Vybrané problémy navrhování a provádění betonových železničních objektů

Úvod

V našem společném příspěvku jsme se snažili přiblížit některé poslední dobou diskutované problémy, které se týkají betonových železničních mostních objektů.

Povrchová ochrana betonu

Není tomu tak dávno, co existovala poměrně rozšířená představa, že konstrukce navržené z betonu či železobetonu jsou prakticky věčné a nepotřebují téměř žádnou údržbu. Ukazuje se, že to však neplatí pro každou betonovou konstrukci. Jedním z důvodů, proč se názor na betonové konstrukce zvláště v posledních několika letech začal velmi rychle měnit, byly naše „domácí” zkušenosti z realizovaných staveb, kdy některé objekty vykazují již po velmi krátké době (v řádu několika let) poměrně značná poškození. Dalším důvodem pak byly zkušenosti zahraniční, které se promítly do evropských norem pro navrhování a provádění betonových a železobetonových konstrukcí, k jejichž zavádění dochází postupně i u nás.

Při určování, jakou třídu a obecněji kvalitu betonu pro konkrétní konstrukci použít, přestaly být v mnoha případech rozhodující požadavky vzešlé ze statického výpočtu, ale jako rozhodující se ukázaly požadavky na zajištění trvanlivosti resp. životnosti mostních objektů. Předpokládaná doba životnosti je u mostů 100 let dle ČSN 73 0031 - “Spolehlivost stavebních konstrukcí a základových půd”.

Trvanlivost objektů ovlivňují hlavně tři faktory: správný a spolehlivý návrh konstrukce, provádění konstrukce a odpovídající údržba. Při návrhu musí projektant, kromě zohlednění požadavků vzešlých ze statického výpočtu, provést klasifikaci vlivu prostředí na betonovou konstrukci. Jde o dříve používaný a známý SAP (stupeň agresivity prostředí), který byl nyní podle ČSN EN 206-1 - “Beton - Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda” nahrazen SVP (stupněm vlivu prostředí). Správně navržená a rozmístěná výztuž (a to i konstrukční) musí v kombinaci se správným ošetřováním betonu zamezit vzniku nepřípustných trhlin včetně trhlin smršťovacích. Přičemž za trhlinu je považována porucha širší než 0,1 mm v agresivním prostředí podle ČSN 73 1215, 0,2 mm ve vlhkém neagresivním prostředí a 0,3 mm v suchém neagresivním prostředí. Trhliny užší nejsou považovány ve smyslu ČSN 73 1201 za strukturní defekty. Již v projektu musí být specifikovány důležité požadavky na provádění betonových konstrukcí, pro které lze v současné době využívat ČSN P ENV 13670-1 - “Provádění betonových konstrukcí - Část 1: Společná ustanovení”. V dokumentaci musí být specifikován požadavek na kvalitu povrchů betonů s určením např. materiálu a způsobu provedení bednění u pohledových betonů, velikosti, množství a charakteru přípustných vad, dovolených odchylek rovinnosti povrchů a přímosti hran, apod. Zhotovitel musí poté s požadavkem na kvalitu povrchu počítat a použití případných sjednocujících nátěrů, sanačních hmot nebo dodatečně aplikovaných ochranných nátěrů, při nedodržení požadované kvality, jde na jeho vrub (viz např. TKP ČD Kapitola 18 - Betonové mosty a konstrukce).

U správně navržené konstrukce není nutno ve fázi projektu navrhovat sekundární povrchovou ochranu. Ta sama o sobě neskýtá záruku dlouhodobé životnosti a trvanlivosti a nelze ji považovat za náhradu hutného mrazuvzdorného betonu požadované jakosti, který zajišťuje dostatečné krytí výztuže, ani jako pojistku na případné překrytí trhlin v betonu způsobených ať již špatným vyztužením povrchu betonu či jeho špatným ošetřováním.

Systémy ochrany betonových konstrukcí mají omezenou účinnost a životnost a je nutné je čas od času obnovovat. Tuto obnovu nelze dlouhodobě zaručit, a proto sekundární povrchová ochrana negarantuje zásadní velké zvýšení trvanlivosti konstrukce.

Jiná situace nastává u konstrukcí stávajících, které jsou sanovány v průběhu jejich životnosti. Ne vždy je možné při sanačních pracích docílit požadovaného efektu pouze obnovením pasivační vrstvy. V takovém případě je použití sekundární ochrany betonových konstrukcí plně na místě.

Stejně tak u konstrukcí, které jsou vystavené zvlášť agresivnímu prostředí, je vhodné navrhnout sekundární ochranu betonové konstrukce. Tato ochrana však musí být navržena na základě konkrétních požadavků do konkrétního prostředí a výběr výrobku pro sekundární ochranu není možné řešit plošně (viz TKP ČD Kapitola 18). Jedná se např. o nátěr spodní stavby při přemostění silniční komunikace v dosahu rozstřiku vody z komunikace s obsahem chemických rozmrazovacích látek, atd.

Pokud již je k realizaci povrchové ochrany betonových konstrukcí přistoupeno, musí být provedena podle schválené dokumentace. V OTP ČD pro dokumentaci železničních mostních objektů sice není dokumentace návrhu povrchové ochrany betonových konstrukcí není zvlášť vyčleněna jako např. projekt protikorozní ochrany OK či projekt vodotěsných izolací, zásadně se však nebude lišit. Základní požadavky na návrh a provádění povrchové ochrany betonu jsou uvedeny v TKP ČD Kapitole 23 - Sanace inženýrských objektů. Některé poznatky lze přiměřeně čerpat i z TP 89 - „Ochrana povrchů betonových mostů proti chemickým vlivům“ platných pro pozemní komunikace, kde je podrobnější rozdělení ochranných nátěrů z hlediska jejich funkce a vhodnosti použití do různých systémů povrchové ochrany označovaných OS-A až OS-F. Někteří dodavatelé ochranných nátěrů pak mají pro tyto systémy navrženy konkrétní vhodné materiály, ať již se jedná o jednotlivé nátěry či celá souvrství, což usnadňuje orientaci v obchodních názvech nátěrových hmot.

Podle TKP ČD Kapitola 23 je při provádění sanačních prací, mezi něž patří i povrchová ochrana betonu, požadováno před zahájením (případně v průběhu) prací zřízení referenčních ploch, které jsou obdobou kontrolních ploch u protikorozní ochrany OK.

Nové poznatky v oblasti provádění systémů vodotěsné izolace

Systém vodotěsné izolace Eliminator® na mostním objektu v km 203,000 trati Přerov - Hranice na Moravě (Jezernický viadukt

Při zhotovování kolejového lože v koleji č. 1 na mostním objektu byly zjištěny závažné poruchy na zhotoveném systému vodotěsné izolace Eliminator® (SVI Eliminator®). Proto byla provedena následná kontrola pracovníkem ředitelství DDC, při které byla zjištěna následující pochybení:

SVI Eliminator® prováděla nová aplikační firma DS izolace Olomouc. Ve smyslu článku 33 „Obecných technických podmínek Českých drah s. o. pro systémy vodotěsných izolací na mostních objektech” nebyl předložen Ř DDC, odboru stavebnímu certifikát dovozce o vyškolení a způsobilosti k aplikaci tohoto SVI.

V průběhu zřizování kolejového lože zhotovitelem mostu došlo k rozsáhlému poškození SVI Eliminator®. Proto byla provedena sonda v sousední koleji č. 2, kde byly zjištěny obdobné poruchy SVI Eliminator®. Zhotovitelem SVI Eliminator® zde bylo ŽS Brno, a. s., závod MOSAN. Způsob a rozsah poškození zcela odporoval výsledkům zahraničních zkoušek opakovaným dlouhodobým zatížením. Z toho vyplývá, že jednou z příčin poruch SVI byl nedostatečný technologický předpis zhotovování kolejového lože a nedodržení jeho některých částí.

Na vzorcích odebraných namátkově z poškozených míst byla shledána v některých případech nedostatečná tloušťka vodotěsné vrstvy (1,6 mm, 1,8 mm). Nebyl tak splněn požadavek ČD z ověřovacího procesu SVI Eliminator® a Technických podmínek dodacích výrobce, že nominální tloušťka vodotěsné vrstvy musí být 3 mm s povoleným minimem 2,4 mm. Na základě těchto zjištěných skutečností bylo pozastaveno běžné používání SVI Eliminator® v souladu s ustanovením článku 40 “Obecných technických podmínek Českých drah s. o. pro systémy vodotěsných izolací na mostních objektech”. Do 10. prosince 2001 byly všechny aplikace SVI Eliminator® realizovány v režimu provozního ověřování. Což mimo jiné znamenalo, že každá aplikace musela být v dostatečném předstihu oznámena řídícímu útvaru systému péče o jakost v oboru staveb železničního spodku - odboru stavebnímu Ř DDC.

To, co se stalo na Jezernickém viaduktu, bylo nutno prověřit nejen s ohledem na výše uvedené skutečnosti. Je třeba připomenout, že jak aplikace, tak i zhotovování kolejového lože probíhalo za vysokých teplot vzduchu i podkladu. Proto je třeba důkladně rozepsat jednotlivé možné příčiny závažných poruch SVI Eliminator®. Jednou z otázek bylo, zda nedošlo ke špatnému zamíchání složek vodotěsné vrstvy či záměně SVI Eliminator® za Eliminator S. Dovozce firma DuOMIS vyloučil chybné namíchání, protože by jeho důsledkem bylo nevytvrdnutí vodotěsné vrstvy. Výrobce firma Stirling Lloyd z Anglie prověřil kontrolou čísel výrobních šarží, že za poslední roky nebyly zjištěny žádné záměny dodaných složek.

Nabízela se druhá otázka, jak ovlivňují vysoké teploty vzduchu i podkladu přilnavost vodotěsné vrstvy? Proto dovozce - firma DuOMIS prověřovala závislost přilnavosti na teplotě. Technické oddělení výrobce Stirling Lloyd zaslalo dopis s výsledky zkoušek přilnavosti k betonovému podkladu. Vzorky tloušťky 3 mm měly při teplotě 23° C minimální přilnavost 1,0 MPa, při teplotě 30° C byla minimální přilnavost 0,9 MPa a při teplotě 40° C 0,8 MPa. Tyto výsledky dokumentují, že se stoupající teplotou klesá přilnavost SVI Eliminator® k podkladu, avšak nedosahuje hodnot nižších, než jsou stanovené v TNŽ 73 6280 (0,5 MPa při + 8° C a 0,3 MPa při + 23° C).

Dále byly provedeny zkoušky pyramidálním testem podle TNŽ 73 6280 (metodika dle ÖNORM S 2076) u TZÚ v Brně. Byly zkoušeny vždy tři vzorky tloušťky 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm a 4 mm při laboratorní teplotě + 20° C a + 40° C. Touto zkouškou byla simulována odolnost proti proražení bodovým zatížením od jednotlivých kamenů kolejového lože v rovině betonového podkladu. Zkoušky byly ukončeny s následujícími minimálními výsledky pro jednotlivé tloušťky vzorků:

Jak je patrné, výsledky zkoušek ukazují, že menší tloušťka vodotěsné vrstvy, než je stanovená, způsobuje větší náchylnost k místním poškozením. Pokud se k tomu ještě přidají vyšší teploty podkladu a vzduchu, kdy klesá přilnavost SVI Eliminator® k podkladu, může dojít při nesprávném způsobu zaštěrkování k znehodnocení vodotěsné vrstvy.

Jak již bylo zmíněno výše, porušení jakéhokoliv systému vodotěsné izolace nastane nedodržením vhodného postupu zhotovování kolejového lože. Jeho popis je zatím součástí „Technologického předpisu SVI”. V případě tak velkého rozsahu prací při zhotovování kolejového lože, jako byl na Jezernickém viaduktu, je nutné vypracovat technologický předpis zaštěrkování, což se nestalo. Dále je třeba, aby při zřizování kolejového lože byl přítomen zástupce zhotovitele mostu, zhotovitele izolace, stavebního dozoru a zhotovitele kolejového lože. Jejich stálá přítomnost by měla být zárukou, že zvolené mechanizmy provádějící zaštěrkování budou pojíždět pouze dovoleným způsobem po již zhotovené vodotěsné izolaci. Žádný SVI nesnese otáčení, smýkání, prudké brždění a rozjíždění a ani dlouhodobé stání mechanizmů. Neméně důležitá je dostatečná tloušťka kolejového lože (zpravidla 300 mm) pod mechanizmy provádějícími zaštěrkování.

Všechny tyto zjištěné skutečnosti vedly k vypracování nových doplněných „Technických podmínek dodacích SVI Eliminator®”. Musí být bezpodmínečně dodržována nominální tloušťka vodotěsné vrstvy 3 mm s přípustným minimem 2,4 mm (při spotřebě 4,2 kg/m2 v ploše). Současně bude nutné na všech stavbách věnovat zvýšenou pozornost i pracím následujícím po zhotovení SVI. Ověřovací stavbou pro SVI Eliminator® byl železniční most v km 535,437 trati Ústí nad Labem - Děčín. Zhotovitelem byla firma N + N Konstrukce a dopravní stavby Litoměřice s. r. o. Náležitou přípravou práce, odpovědným prováděním a správným způsobem zhotovování kolejového lože a jeho kontrolou všemi zúčastněnými stranami na výstavbě mostu (dozoru investora, zhotovitele mostu, aplikační firmy SVI a zhotovitele kolejového lože) se prokázalo, že SVI Eliminator® plní svou funkci bez závad.

Pro SVI Eliminator® je vydáno nové „Osvědčení o shodě s podmínkami Českých drah” č. SVI/021/2001 a č. SVI/022/2001. Jejich nedílnou součástí je „Protokol z ověřovacího procesu systému vodotěsné izolace” čj. 327/2001 - O13 ze dne 12.3.2001 a „Protokol z obnoveného ověřovacího procesu systému vodotěsné izolace” čj. 1827/2001 - O13 ze dne 4.12.2001. Původní „Osvědčení o shodě s podmínkami Českých drah“ č. SVI/006/2001 a č. SVI/007/2001 ze dne 13.3.2001 pozbývají platnosti.

Problémy vestaveb trubních propustků do mostních otvorů

Stojíme-li před otázkou co s nevyhovujícím mostním objektem, který navíc přestal sloužit svému původnímu účelu, snažíme se vždy najít nejjednodušší a nejlevnější řešení. Zrušení bez náhrady často není možné, jelikož objektem dosud protékaly povrchové vody srážkového či jiného charakteru a hydrotechnický výpočet nás většinou ohromí množstvím vody, která zde musí protéct. Problém je často řešen přestavbou mostu, či propustku na propustek o menší světlosti. Do stávajícího mostního otvoru je vsunuta nová konstrukce. Tou bývá nejčastěji trouba nebo rám. Prostor mezi novou a starou konstrukcí se tzv. „zafouká„ betonem a vybudují se nová čela. Toto řešení má na první pohled spoustu výhod. Bývá lacinější a rychlejší než rekonstrukce nebo bourání stávajícího mostu a kromě toho je velmi nenáročné z hlediska výluk.

Starosti nám nastávají ve chvíli, kdy chceme pro tuto konstrukci zjistit únosnost a zatížitelnost. Otázka rozdělení zatížení mezi stávající konstrukci, výplňový beton a konstrukci novou a otázka jejich vzájemného spolupůsobení není vůbec jednoduchá. Proto si projektanti pomáhají nejrůznějším způsobem. Počítají, že veškeré zatížení přenese jenom trouba, kterou pak značně předimenzují nebo naopak trouba ve výpočtu slouží pouze jako ztracené bednění a veškeré zatížení přenese výplňový beton. Ten je v tomto případě prohlášen např. za klenbu z prostého betonu. S přesným výpočtem se projekt nezabývá, protože se projektant spoléhá na to, že tento betonový kolos přenese všechno.

Jenže: jak bylo zjištěno na realizovaných stavbách, beton se při zafoukávání nikdy nedostane na všechna místa, kde bychom ho potřebovali. Ve výplňovém betonu vznikají kaverny jednak kolem trouby (ty zjistíme poklepem), ale také pod spodní hranou původní nosné konstrukce. V kavernách kolem trub se může shromažďovat voda. Vzhledem k tomu, že je vodotěsná izolace na zabetonované troubě neopravitelná a nevyměnitelná, poté co doslouží, voda působí přímo na beton a výztuž trouby.

Kaverny pod původní nosnou konstrukcí se projeví teprve ve chvíli, kdy se tato konstrukce propadne a dojde k deformacím železničního spodku a svršku. Po celou dobu do havárie mají revizní čety na těchto propustcích velmi omezenou možnost kontroly, protože vidět je pouze nová trouba.

Nezanedbatelnou nevýhodou těchto propustků je, že v případě nutnosti zbourání objektu, jsou obtížně odstranitelné. Až se budeme příště zamýšlet nad osudem rušeného mostu, zvažme, jestli tato metoda je opravdu nejlepší cestou. Správnější je jistě navrhovat staticky a konstrukčně „čisté“ objekty.

Nové evropské normy v oblasti betonových konstrukcí

V posledních zhruba dvou letech vstoupil u nás v platnost velký počet nových evropských norem v oblasti betonových konstrukcí. Tyto normy se dotýkají nejen navrhování a provádění konstrukcí, ale i navrhování a zkoušení betonu (jak čerstvého, tak i ztvrdlého).

V roce 2001 nabyly účinnosti dvě normy ČSN EN 206-1 (73 2403) Beton - Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda (1. září 2001) a ČSN P ENV 13670 (73 2400) Provádění betonových konstrukcí - Část 1: Společná ustanovení (1. července 2001). Tyto dvě normy nahrazují částečně předběžnou evropskou normu ČSN P ENV 206 (73 2403) Beton - Vlastnosti, výroba, ukládání a kritéria hodnocení. Proto byl určen možný souběh platnosti výše zmíněných norem a národních norem do konce prosince 2003.

Nová norma ČSN EN 206-1 zavádí mnohé nové pojmy: např. klasifikace vlivu prostředí (norma nezná pojem stupeň agresivity prostředí), specifikátor, specifikace atd. Vliv prostředí je tedy klasifikován ve stupních, je možné jimi popsat i několik vlivů prostředí. Norma dále popisuje klasifikace čerstvého betonu, klasifikace ztvrdlého betonu, požadavky na beton a jeho jednotlivé složky s odkazem na příslušné evropské normy, specifikace betonu atd.

Specifikace betonu provádí specifikátor, který musí zajistit, aby všechny příslušné požadavky na vlastnosti betonu byly zahrnuty ve specifikaci předkládané výrobci betonu. Specifikátor musí také stanovit případné požadavky na vlastnosti betonu, které jsou nutné pro přepravu po dodání, ukládání, zhutnění, ošetřování nebo další úpravy. Beton musí být specifikován buď jako typový beton, jehož hlavní charakteristikou je pevnostní třída, nebo jako beton předepsaného složení, určený složením betonu. Podkladem pro výrobu typového betonu i betonu předepsaného složení jsou výsledky průkazních zkoušek nebo informace získané během dlouhodobých zkušeností se srovnatelným betonem.

Novým pojmem jsou betonářské specifikace, které se používají v zahraničí již mnoho let. K čemu slouží specifikace a komu jsou určeny? Specifikace jsou podkladem pro zpracování cenové nabídky dodavatele stavebních prací, popřípadě cenové nabídky jeho subdodavatele. Jsou podkladem pro kontrolu jakosti prováděného díla technickým dozorem stavebníka. Ve specifikacích může být proto uvedeno pouze to, co se dá ocenit. Specifikace vycházejí od projektanta (tj. architekta nebo inženýra) a jsou určeny spolu s ostatními složkami projektové dokumentace dodavateli (a jeho subdodavatelům) ke zpracování cenové nabídky, technickému dozoru stavebníka (ke kontrole výměr a jakosti), nákladovému dozoru (ke kontrole cenové nabídky a vyúčtování) a autorskému dozoru (pokud projektant nevykonává autorský dozor osobně). Důležitost specifikace vyplývá ze skutečnosti, že ve smlouvách o dílo na dodávku stavebních prací jsou specifikace nadřazeny výkresům. Specifikacím je věnována kapitola 6a v ČSN EN 206-1 a kapitola 4 ČSN ENV 13670-1, kde je kromě toho i tabulka A1, která obsahuje kontrolní seznam, podle něhož lze příslušnou specifikaci sestavit.

ČSN P ENV 13670-1 Provádění betonových konstrukcí - Část 1: Společná ustanovení zahrnuje ustanovení pro provádění betonových konstrukcí z obyčejného betonu, z lehkého betonu s pórovitým kamenivem a z předpjatého betonu, pro které jsou v České republice dosud platné samostatné normy. Navíc obsahuje i ustanovení obdobná předpisům naší ČSN 73 2480 Provádění a kontrola montovaných betonových konstrukcí. Text uvedený v předmluvě popisuje tři základní funkce této normy: přenášet požadavky stanovené během návrhu od projektanta k výrobci (tj. spojovací článek mezi návrhem a prováděním), dát soubor normalizovaných technických požadavků na provádění při objednávce betonové konstrukce, sloužit jako kontrolní seznam pro projektanta pro zajištění toho, že zhotoviteli stavby poskytne všechny závažné technické informace pro provádění konstrukce. Dalšími důležitými normami jsou normy ČSN EN 12350 (73 1301) Zkoušení čerstvého betonu (červenec 2000) a ČSN EN 12390 (73 1302) Zkoušení ztvrdlého betonu (květen 2001). Také pro jednotlivé složky betonu se připravují či již jsou v platnosti nové evropské normy. Pro kamenivo je dokončována prEN 12620:2000 Kamenivo do betonu (předpokládaná platnost od roku 2002). S touto normou souvisí celá řada již platných evropských norem pro zkoušky kameniva. Zkoušení všeobecných vlastností kameniva se provádí podle ČSN EN 932, geometrických vlastností podle ČSN EN 933, mechanických a fyzikálních vlastností podle ČSN EN 1097, určení odolnosti proti teplotě a zvětrávání probíhá podle ČSN EN 1367, chemické vlastnosti se ověřují podle ČSN EN 1744. V červnu 2001 vstoupila v platnost ČSN EN 197-1 (72 2101) Cement - Část 1: Složení a kritéria shody cementů pro obecné použití a evropské podpůrná norma ČSN EN 197-2 (72 2101) Cement - Část 2: Hodnocení shody. Dále jsou připravovány normy pro cementy s nízkým hydratačním teplem EN 197-3, EN 14217 a EN 14216. Pro síranové cementy je dokončováno první pracovní znění ČSN s předpokládaným vydání v roce 2002. Všechny tyto změny se musí promítnout do Technických kvalitativních podmínek Českých drah. V současné době ve spolupráci s ŘSD probíhá jejich přepracovávání, v němž by měly být zapracovány požadavky nových evropských norem pro beton a betonové konstrukce.

Informace o vydávání “Osvědčení ČD” na výrobky

České dráhy neschvalují všechny výrobky, které se u ČD používají. V roce 1997 vstoupil v platnost vnitřní dokument „Systém péče o jakost v oboru staveb železničního spodku Českých drah” (čj. 60 444/96-DDC, účinnost od 1.3.1997), který zavádí tzv. výrobky stanovené. Pouze u nich je nutné, aby kromě zákonných požadavků a Technických kvalitativních podmínek staveb Českých drah (TKP ČD) splňovaly navíc ještě další specifické požadavky ČD. Tyto specifické podmínky jsou popsány v obecných technických podmínkách (OTP), které ČD v takovýchto případech poskytnou výrobci. Podle těchto OTP pak výrobci vypracují „Technické podmínky dodací” (TPD). Na základě schválených TPD je pak vydáno „Osvědčení ČD”.

Pokud výrobek není výrobkem stanoveným, je možné jej používat u ČD při splnění zákonných požadavků a TKP ČD. Pro splnění zákonných požadavků vyplývajících zvláště ze zákona č. 22/1997 Sb. a Nařízení vlády č. 178/1997 ve znění novel je nutné ČD předkládat certifikát výrobku od autorizované zkušebny včetně protokolu a prohlášení o shodě od výrobce. Pokud není zaveden ve výrobně certifikovaný systém řízení jakosti, musí být výrobek podle TKP ČD přejímán stavebním dozorem již ve výrobně.

V obou případech je podstatné, aby výrobek byl navržen pro konkrétní akci v dokumentaci stavby. Zpracovaná dokumentace musí obsahovat veškeré náležitosti pro příslušný stupeň dokumentace podle „Obecných technických podmínek českých drah, s. o. pro dokumentaci železničních mostních objektů”. Pří projednávání daného stupně projektové dokumentace mohou být vzneseny případné další požadavky ze strany ČD.

zpět na seznam