Skúsenosti z diagnostiky železničných mostov

Článok sa zaoberá diagnostikou železničných betónových a murovaných mostov v zlom stave so zameraním na zistenie ich reálneho stavu a zaťažiteľnosti. Predmetné mosty boli diagnostikované na území Slovenska a Českej republiky. Výsledkom diagnostiky a prepočtov bolo stanovenie optimálneho spôsobu rekonštrukcie, prípadne prestavby.

V článku predstavujeme niekoľko vybraných typov mostných konštrukcií a ich porúch, ktoré sa na jednotlivých typoch konštrukcií prejavujú opakovane. Tieto poruchy majú vplyv na zaťažiteľnosť a zvyškovú životnosť mostných konštrukcií.

V niektorých prípadoch je možné kvantifikovať príslušnú poruchu a priamo ju zohľadniť v statickom prepočte (napríklad pri korózii výstuže je možné stanoviť jej korozívny úbytok), ale v niektorých prípadoch to nie je možné (napríklad zohľadnenie vplyvu trhlín v oporách a pilieroch, nadlimitné vysunutie ložísk a pod.). Diagnostika mosta predstavuje prvý krok pri stanovení vhodných vstupných parametrov pred samotnou statickou analýzou.

Kľúčová prvá obhliadka

Ak je to len trochu možné, je v štádiu uvažovania alebo plánovania diagnostiky a prepočtu mostnej konštrukcie potrebné zrealizovať jej fyzickú obhliadku v teréne. Plánovať diagnostiku je síce možné aj na základe podkladov od správcu alebo majiteľa objektu (mostný list, záznamy o mostných prehliadkach, archívna dokumentácia), ale pre čo najefektívnejšie nastavenie jej náplne relevantnými výsledkami sú informácie získané pri obhliadke často nenahraditeľné.

Samotný stav mosta môže byť už v reálnom čase odlišný oproti jeho stavu v čase realizácie ostatnej mostnej prehliadky. Dôležitou súčasťou prvotnej prehliadky je naplánovanie prístupu tak, aby bolo možné dostať sa k častiam konštrukcie, kde majú zmysel realizácia terénnych skúšok alebo odber vzoriek materiálov pre laboratórne skúšanie.

V niektorých prípadoch je potrebné počítať s postavením lešenia, prenájmom vysokozdvižnej plošiny alebo mostnej prehliadačky, čo má zásadný vplyv aj na plánovanie očakávaných nákladov na diagnostiku.

Prehľad základných porúch mostných konštrukcií

Ďalej uvádzame súhrn vybraných porúch, ktoré boli opakovane identifikované na mostných objektoch riešených v rámci našich zákaziek. Ide o mostné objekty, ktoré sa nachádzajú na území SR a ČR. Bližšie informácie o jednotlivých mostoch neuvádzame.

Spodná stavba

Poruchy spodnej stavby (obr. 1) vznikajú väčšinou v dôsledku použitia betónu so slabou pevnosťou a odolnosťou proti poveternostným vplyvom, v dôsledku dlhodobého zatekania alebo vplyvom preťaženia.

Nosná konštrukcia
Železobetónové prefabrikované nosníky
Pri týchto nosníkoch dochádza často k odlupovaniu krycej betónovej vrstvy a následne k degradácii nosnej betonárskej a predpínacej výstuže. Najčastejšie je to v súvislosti s dlhodobým postupným prenikaním vody pomedzi nosníky z dôvodu nefunkčnej izolácie. Značný vplyv predstavuje aj pôsobenie posypových solí počas zimných mesiacov v podjazdoch mostov. Niekedy bývajú aj pôvodne masívne hlavné nosné prúty úplne prekorodované, čo podstatne znižuje únosnosť.

Železobetónové monolitické konštrukcie
Často sa pri nich vyskytuje korózia výstuže vplyvom rozpadu betónovej krycej vrstvy, ktorá býva pri starších konštrukciách tenká a často aj z betónu s nižšou pevnosťou (obr. 3). Postupujúca degradácia výstuže a súvisiaca strata únosnosti sa prejavujú nárastom priehybu mosta a poklesom jeho tuhosti.

Prefabrikované nosníky s predpínacou výstužou
Najhoršia kombinácia pri týchto typoch nosníkov je, keď nie je predpínacia výstuž chránená injektážou a cez nevhodne zvolené mostné závery zateká voda priamo na kotvy a po čase následne do predpínacích kanálikov k výstuži. Vplyvom dlhoročného zatekania do nezainjektovaných kanálikov dochádza potom k veľkým korozívnym úbytkom a niekedy až k úplnému prekorodovaniu predpínacej výstuže, čo je pri štíhlych nosníkoch veľmi nebezpečné (obr. 4).

Oceľové valcované alebo zvárané profily
Často dochádza k hĺbkovej korózii a veľkým korozívnym úbytkom na koncoch nosníkov, ktoré sú obvykle veľmi ťažko kontrolovateľné (obr. 5). Ak je nosník nedostatočne chránený a pomerne nízko nad vodným tokom, dochádza k jeho celkovej korózii.

Uloženie
Najmä pri dlhých mostoch sa vyskytujú poruchy súvisiace s veľkými dilatačnými pohybmi nosnej konštrukcie (obr. 6). Ide napríklad o použitie nevhodných ložísk, alebo o osadenie ložísk na nesprávne miesto. Chyby vznikajú buď už v projekte, alebo pri realizácii – osádzaní ložísk.

Klenbové mostné konštrukcie
Pri klenbových mostoch je v drvivej väčšine problém s presakovaním vody cez nosnú konštrukciu kvôli nefunkčnej izolácii, čo má za následok postupný rozpad materiálu klenby. Fatálne to býva najmä v prípade, že je klenba tehlová.

Ak sa v klenbe ukáže priečna trhlina, je to väčšinou signál, že došlo pravdepodobne k nerovnomernému sadnutiu jednej z opôr. Na riešenie takéhoto stavu je v prvom rade potrebné zamedziť pokračovaniu sadania a zároveň zaistiť klenbu proti zrúteniu.

Voľba vhodného spôsobu rekonštrukcie, prípadne prestavby, na základe
diagnostiky

Mostný objekt tvorí súčasť dopravnej infraštruktúry a je jedným z limitujúcich miest, podľa ktorých je možné určiť bezpečný prejazd vozidiel na určenej trase alebo jej časti. Stavebná údržba, oprava, rekonštrukcia a prestavba (prípadne výmena celej konštrukcie) patria k často používaným spôsobom zabezpečenia požadovanej prepravy pri využití pôvodnej komunikácie.

Stavebná údržba a oprava majú neinvestičný charakter a predstavujú práce menšieho rozsahu. V takomto prípade sa uvádza objekt do pôvodného stavu bez potreby vypracovania projektovej dokumentácie, prípadne podľa projektu opráv.
Rekonštrukčné práce a prestavba už majú investičný charakter a menia sa nimi technické parametre mosta.

Celkový rozsah prác závisí od cieľov, ktoré chceme dosiahnuť (vychádza sa z finančných možností, potrebnej technickej diagnostiky a pod.). Pre danú časť je spracovaná podrobná dokumentácia s cieľom získať požadované parametre.
Nezriedka sa stretávame s tým, že samotná diagnostika mostov je spracovaná bez vedomia statika, čo vedie k zbytočne vynaloženým časovým a finančným prostriedkom.

Získané výsledky sú často ťažko aplikovateľné, prípadne nepoužiteľné. Predstavujú veľké množstvo informácií, z ktorých nie je možné určiť ani základné vstupy pre spracovanie statických posudkov.  Veľkým prínosom je zistenie prítomnosti výstuže a jej polohy pomocou nedeštruktívneho vyhľadávania rôznymi radarovými systémami (obr. 8).

Z týchto systémov získame krásne farebné obrázky, z ktorých však nevieme zistiť priemer výstuže, jej typ, prípadne požadované korózne úbytky. Na určenie týchto parametrov je potrebná deštruktívna diagnostika, ktorou sa zistia reálne parametre materiálov (obr. 9).

Z uvedeného vyplýva, že pre potreby statických výpočtov je vhodná kombinácia nedeštruktívnych a deštruktívnych metód. Použitie oboch metód vytvorí komplexnejší obraz o stave konštrukcie, čím sa získajú aj vhodnejšie vstupy pre spracovanie statických posudkov a návrh vhodného spôsobu rekonštrukcie.

Na určenie vhodnej metódy návrhu rekonštrukcie, prípadne prestavby mosta majú vplyv určenie stavebno-technického stavu a stanovenie zvyškovej životnosti. Tieto parametre vyplývajú z výsledkov diagnostického prieskumu, aj z podrobnej obhliadky objektu. Výsledné hodnotenie stavebno-technického stavu a zvyškovej životnosti mosta zodpovedá najvyššiemu hodnoteniu zo všetkých porúch, ktoré sú zhrnuté vo výsledkoch diagnostického prieskumu.

Podľa súčasne platnej legislatívy by v mnohých prípadoch mohla byť znížená výsledná životnosť na základe neudržiavaného okolia mosta, aj keď samotný mostný objekt nevykazuje žiadne výrazné poruchy, ani to nezodpovedá jeho veku.  Na stanovenie vhodného spôsobu opravy, prípadne údržby, je dôležité aj zhodnotenie finančného hľadiska z dlhodobého pohľadu.

Vhodné je zohľadniť výsledky stavebno-technického prieskumu, predpokladanej zvyškovej životnosti, ako aj predpokladaný ďalší vývoj správania mosta. Na Slovensku však pre mostné objekty chýba metodika na spracovanie ekonomickej analýzy nákladov na celý životný cyklus mosta, z ktorej mnohokrát vyplýva vhodnosť použitia zvolenej metódy.

Z uvedeného vyplýva, že vhodnosť rekonštrukcie, prípadne prestavby mosta závisí od veľkého množstva parametrov, pričom nie je možné určiť jednoznačne vhodný typ rekonštrukcie alebo prestavby len na základe výsledkov stavebno-technickej diagnostiky a vykonanej obhliadky. Rozhodujúce parametre tak sú zostatková životnosť a investičné náklady z dlhodobého hľadiska.

Záver

V našich krajinách sa v zásade využíva niekoľko typov mostov, pri ktorých sú za roky ich prevádzky známe ich slabiny a vo väčšine prípadov sa opakujú aj podobné, resp. rovnaké vady a poruchy. V článku uvádzame len zjednodušený základný prehľad porúch typických pre jednotlivé typy konštrukcií s uvedením najpravdepodobnejšej príčiny ich vzniku.

Tieto chyby a poruchy, ktoré sa na konkrétnom riešenom moste vyskytujú, dávajú základnú informáciu o probléme a pre skúseného statika sú ich typ a poloha návodom na voľbu zmysluplnej náplne diagnostiky. Tá potom následne vedie k čo najefektívnejšiemu návrhu opravy alebo prestavby mosta.

Cieľom článku je zdôrazniť potrebu úzkej spolupráce medzi diagnostikmi a statikmi. Ideálny stav je, ak nie je diagnostika samoúčelná, ale pripravená na mieru konkrétneho mosta tak, aby statikovi poskytla relevantné informácie pre čo najlepšie nastavenie výpočtového modelu mosta pre statický prepočet. Takým spôsobom sa podarí aj čo najviac sa priblížiť realite.

TEXT: Ing. Vladimír Piták, Ing. Karol Dobosz, Ing. Martin Korenko, PhD., Ing. Ľubomír Macura
FOTO: AFRY CZ – Slovensko

Vladimír Piták, Karol Dobosz, Martin Korenko a Ľubomír Macura pôsobia v spoločnosti AFRY CZ – Slovensko.

Článok bol uverejnený v časopise IS 1/2024