DOPRAVA V OBCI SVTÍ Z HLEDISKA SEIZMICKÉHO ZATÍŽENÍ Zdenk Kaláb 1 , Markéta Lednická 1 The traffic in the Svtí village (Czech Republic) from seismic loading viewpoint This paper summarizes results from experimental seismological measurements in the Svtí village (Hradec Králové District, Czech Republic). The main goal of this research was evaluation of seismic loading of national heritage – St. Andrew church that was founded in 14th century. Seismic loading generated by traffic has probably significant influence on failures in walls and ceiling of the church. The maximum measured velocity of vibrations was generated by heavy trucks. Abstrakt Píspvek shrnuje výsledky experimentálního seizmologického mení realizovaného v obci Svtí v královéhradeckém kraji. Hlavním cílem tohoto výzkumu bylo hodnocení seizmického zatížení národní kulturní památky, kostela svatého Ondeje, který pochází ze 14. století. Vibrace vyvolané dopravou mají pravdpodobn významný vliv na praskliny ve stnách a na strop kostela. Maximální namené hodnoty rychlosti kmitání byly vyvolány prjezdem tžkých nákladních vozidel. Klíová slova seizmické zatížení, národní kulturní památka, seizmologické mení
1. Úvod Osobní i nákladní doprava jsou v souasnosti nedílnou souástí životního prostedí. Z hlediska seizmického zatížení pedstavuje doprava významný zdroj technické seizmicity, zvlášt v zastavných oblastech, kde komunikace procházejí v tsné blízkosti stavebních objekt (Salajka a Kanický 2004, Kaláb et al. 2005, 2006, Kaláb a Stolárik 2008). Krom samotné existence zdroje vibrací (prjezd vozidla, vlaku, …) existuje ada vliv, které mohou úinky tchto vibrací zesilovat – specifické geologické prostedí nebo existence rezonanní struktury v míst šíení vibrací, špatný technický stav vozovky (praskliny, výtluky), zmny tvaru vozovky (nutnost zmny rychlosti v zatáce), apod. Seizmické zatížení vyvolané dopravou po komunikacích se stává problémem také v menších obcích, pes které je odklánna doprava z „hlavních tah“ v pípadech objíždk. V takovýchto malých obcích není vtšinou stav vozovek takovému nárstu dopravy pizpsoben. Nejvtším problémem bývá zvýšení prjezd tžkých nákladních automobil. Tento lánek se zabývá experimentálním seizmologickým mením v obci Svtí na Královéhradecku. Obec se nachází pibližn 7 km od msta Hradec Králové severozápadním smrem. Dvodem mení je posouzení vlivu dopravy na národní kulturní památku, kostel svatého Ondeje ze 14. století. Na komunikaci vedoucí kolem kostela je velký provoz a kvli tžkým nákladním autm praskají na památce zdi a odpadává omítka (komentá Televize Nova). - 68 -
2. Obec Svtí na Královéhradecku Obec Svtí (www.sveti.cz) leží v mírné dolin 7,5 km na severozápad od Hradce Králové (Obr. 1), v nadmoské výšce 284 m. Není zcela jasné, jak obec získala své nynjší jméno. V prvních písemných zmínkách je oznaována jako Svty, Svtín, Svci, od r. 1436 je však používán výhradn název Svtí. Z vykopávek lze usuzovat, že místo bylo osídleno již v mladší dob bronzové, písemné zprávy jsou však až od r. 1365, kdy obec, dvr a kostel patily nmeckým rytím v Hradci Králové. Od r. 1991 do souasnosti je Svtí samostatnou obcí s vlastním obecním úadem. Od bezna r. 2000 je obec Svtí souástí nov vzniklého mikroregionu „Památková zóna 1866“, která pipomíná Prusko-rakouskou bitvu na Chlumu u Hradce Králové z 3. ervence 1866. Kostel sv. Ondeje (Obr. 2), který je dominantou obce, je zapsán v seznamu nemovitých kulturních památek od 3. 5. 1958 (ÚSKP 26138/6 – 724). V letech 1995–97 byla kompletn rekonstruována stecha a vnjší omítka. V roce 2008 byla rekonstruována elektrická sí v kostele s vnitním osvtlením. Nyní se pipravuje rekonstrukce interiéru. Obec dle informací starosty pana Josefa Honce už díve do nejnutnjších oprav kostela investovala pl milionu korun. Pesto se na zdech kostela objevují nové trhliny.
Obr. 1: Obec Svtí (www.mapy.cz)
2.1 Situace v okolí kostela Geomorfologicky je území souástí Hoicko-Jaromské pahorkatiny. Kostel se nachází na nevýznamném terénním zvlnní, do kterého je zaíznuta místní komunikace. Lokální geologii lze charakterizovat jako tvrtohorní usazené horniny, tj. hlíny, spraše, štrky, - 69 -
Obr. 3: Schéma pdorysu kostela sv. Ondeje ve Svtí s pilehlou komunikací a rozmístní jednotlivých seizmických stanic v prbhu experimentálního mení. Šipkou je naznaen smr orientace Obr. 2: Kostel sv. Ondeje ve Svtí (foto: autor) složky N senzoru písky, s promnlivou mocností. Místy lze nalézt druhohorní usazené horniny – pískovce, opuky, jílovce. Podklad, který ve vzdálenosti 20 km vychází i na povrch, tvoí prvohorní zvrásnné a pemnné horniny. Církevní památka se nachází hned u silnice (nejmenší vzdálenost je 6 m), po které denn krom osobních aut projíždí také auta nákladní. Zvýšený poet vozidel je zaznamenáván také v období uzávrek i omezeních na komunikacích E67 a E442. V obdobích zemdlských kampaní, tj. jarních prací, sklizní, orby, …, narstá poet prjezd zemdlských stroj. Jako vtšina stavebních stedovkých památek i kostel v obci Svtí je poškozen trhlinami. Trhliny ve zdejších zdech mají v rozích šíku až nkolik centimetr.
3. Experimentální seizmologické mení Jednodenní experimentální mení seizmického zatížení kostela sv. Ondeje v obci Svtí, bylo realizováno 16. srpna 2010, kdy probíhala sklize obilí a na komunikaci kolem kostela byl tudíž zvýšený provoz zemdlské techniky. K mení byly použity tyi penosné seizmické stanice GAIA firmy VISTEC s tísložkovými senzory (Z – svislá osa, vodorovné osy orientovány paprskov, viz níže). Dv seizmické stanice byly umístny pímo v kostele na dlažb u obvodových zdí – stanovišt SVE 1 a SVE 4 (jedná se o referenní stanovišt z hlediska hodnocení seizmické odezvy budov dle normy SN 73 0040). Na obou tchto - 70 -
stanovištích byly umístny stanice s tísložkovým senzorem LE3D, vodorovná složka N senzor byla orientována rovnobžn s podélnou osou lodi kostela (obr. 3). Vzorkovací frekvence byla nastavena na 500 Hz, záznam dat byl kontinuální po celou dobu mení. Tetí seizmická stanice byla použita pro mení seizmické odezvy na venkovním oprném pilíi kostela, a to cca 0,5 m nad úrovní terénu – stanovišt SVE 3 (obr. 3). Smr složky N byl orientován opt rovnobžn s podélnou osou hlavní lodi kostela. Poslední stanice byla použita pro mení seizmického zatížení pímo u zdroje vibrací, tj. na chodníku u komunikace – stanovišt SVE J. Smr složky N byl orientován rovnobžn s podélnou osou komunikace (obr. 3). Na stanovištích SVE 3 a SVE J byl použit tísložkový senzor typu ViGeo2, vzorkovací frekvence byla opt 500 Hz, záznam dat kontinuální. Všechny stanice byly synchronizovány na svtový as dle signálu GPS. Bhem odpolední ásti mení byl provoz na komunikaci sledován také vizuáln a zaznamenávaly se asy prjezd jednotlivých typ vozidel, tj. zemdlské techniky, nákladních automobil, dodávek a osobních automobil.
4. Výsledky seizmologického mení Pro zhodnocení seizmických úink dopravy na budovu kostela sv. Ondeje byla analyzována pouze data ze stanic umístných v kostele, tj. ze stanovišt SVE 1 a SVE 4. Bhem experimentálního mení dne 16. 8. 2010 bylo na tchto dvou stanicích zaznamenáno v asovém rozmezí od 12:00 do 16:10 místního asu cca 130 prjezd vozidel. Pro podrobnjší analýzu seizmických úink jednotlivých typ vozidel bylo vybráno celkem 23 záznam. Jednalo o 4 prjezdy osobních automobil, 8 prjezd dodávek, 7 prjezd traktor s naloženými vlekami a 3 prjezdy nákladních automobil. Dále byl ješt pidán jeden záznam s nejvtší namenou amplitudou rychlosti kmitání, který byl zpsoben pravdpodobn prjezdem nákladního automobilu (v danou chvíli neprobíhalo vizuální sledování projíždjících vozidel). Namené rychlosti kmitání na uvedených dvou stanicích jsou vyneseny v grafech na obr. 4. Na svislé ose je hodnota rychlosti kmitání v mm.s-1, na vodorovné ose jsou zleva postupn složky Z, N, E stanic SVE 1 a SVE 4. Jednotlivé jevy jsou barevn odlišeny. Z graf je vidt, že maximální seizmický úinek vyvolávají prjezdy nákladních automobil, další jsou traktory a dodávky, jejichž úinek je vzájemn srovnatelný, a nejmenší úinek mají osobní automobily. Vzhledem k umístní stanice SVE 1, která byla situována blíže komunikaci, by se dal pedpokládat vtší úinek od dopravy práv na tomto stanovišti. Z výsledk mení je naopak vidt, že vtšina maximálních namených hodnot rychlosti kmitání je dosažena na stanovišti SVE 4. Nejvíce je to patrné u záznam prjezd nákladních automobil. Zatímco hodnoty rychlosti kmitání na všech tech složkách na stanovišti SVE 1 jsou srovnatelné, rychlosti kmitání na stanovišti SVE 4 se pro jednotlivé složky výrazn liší. U složky N dochází ke snížení hodnot rychlosti kmitání, u složky E naopak k významnému navýšení. Maximální namená složková amplituda rychlosti kmitání byla zaznamenána na stanovišti SVE 4 v 11:16 svtového asu (13:16 místního asu), a to pro složku E = 0,45 mm.s-1. Na stanovišti SVE 1 byla v tu dobu zaznamenána maximální složková amplituda tikrát nižší, cca 0,17 mm.s-1. Píklad záznam tohoto jevu z obou stanic je na obr. 5. Pevládající frekvence na obou stanovištích vycházejí v rozmezí 5 – 20 Hz, u složky E na stanovišti SVE 4 je zetelný pík v rozmezí 8 – 12 Hz. Bhem prjezdu zemdlské techniky (píklad záznamu je na obr. 6) a dodávek nepesáhla maximální rychlost kmitání hodnotu 0,1 mm.s-1. Nejnižší hodnoty byly zaznamenány bhem prjezd osobních automobil, maximální hodnota rychlosti kmitání dosáhla 0,05 mm.s-1. - 71 -
-1
Obr. 4: Namené rychlosti kmitání v mm.s , na vodorovné ose jsou zleva postupn složky Z, N, E stanic SVE 1 a SVE 4. Jednotlivé jevy jsou barevn odlišeny (svtový as prjezd v legend). - 72 -
Obr. 5: Vlnové obrazy a frekvenní spektra nejsilnjšího seizmického projevu vyvolaného dopravou ze dne 16.8.2010 na stanovišti SVE 4 (vlevo) a SVE 1 (vpravo). Pravdpodobn se jedná o prjezd nákladního automobilu. - 73 -
Obr. 6: Vlnový obraz prjezdu traktoru s naloženou vlekou ze dne 16.8.2010 na stanovišti SVE 4 (vlevo) a SVE 1 (vpravo).
5. Vizuální posouzení stavu kostela Na obr. 7 jsou naznaeny prbhy viditelných trhlin ve zdech a stropech (klenbách) kostela, které byly zjištny na základ vizuální prohlídky. Nejvýznamnjší trhliny se vyskytují podél té ásti kostela, která je orientována smrem ke komunikaci. V ásti za oltáem (nejblíže komunikaci) jsou významné trhliny procházející shora klenutým stropem k okenním otvorm, pod nimiž pokraují dále svisle dol (obr. 8). Podobné trhliny jsou patrné i v ostatních okenních otvorech v hlavní lodi kostela. Další viditelné trhliny se vyskytují na stycích stropu a boních zdí, a to pevážn v levé ásti hlavní lodi nad kazatelnou. V tomto míst byla umístna na podlaze seizmická stanice SVE 4 (obr. 3), která zaznamenala maximální hodnoty rychlostí kmitání bhem provádného mení. To by mohlo souviset s významným popraskáním zdí kostela této ásti a s jejich odezvou na seizmické zatížení.
6. Posouzení seizmologického mení Seizmické zatížení zpsobené dopravou adíme v tomto pípad mezi zatížení nahodilá dlouhodobá. Pi hodnocení odezvy stavebního - 74 -
Obr. 7: Schéma pdorysu kostela sv. Ondeje ve Svtí s naznaenými trhlinami
objektu na toto seizmické zatížení je teba nejprve objekt zatídit do tídy odolnosti a tídy významu, pro které jsou v norm SN 73 0040 definovány mezní hodnoty efektivní rychlosti vef Pokud na referenním stanovišti efektivní rychlost pohybu nepesáhne mezní hodnoty efektivní rychlosti, není teba dynamickou odezvu zpsobenou technickou seizmicitou (v tomto pípad jde o dopravu) dále analyzovat. Posuzovaný kostel sv. Ondeje v obci Svtí, spadá do tídy odolnosti A a tídy významu I. Do tídy odolnosti A se adí historické objekty ve zvláštní památkové péi, stavby z neopracovaného kamene nebo cihel s klenutými peklady, stavby chatrné, apod. Tento kostel je nejen historickým památkovým objektem, ale vzhledem Obr. 8: Trhliny ve zdech kostela sv. Ondeje ve Svtí. Vlevo svislá trhlina k významným trhlinám ve zdivu a stropech se dá zaadit do procházející v míst okenního otvoru v ásti za oltáem. Vpravo staveb mén odolných vi dynamickému zatížení. Tída pohled do hlavní lodi kostela s viditelnými trhlinami v míst styku významu je stanovena podle ekonomického nebo stropní konstrukce s boními zdmi vlevo nad kazatelnou. spoleenského významu hodnoceného objektu. Do tídy I spadají objekty s velkým významem jako nap. nemocnice, školy, obchodní domy, mosty, tunely, apod. Kostel sv. Ondeje byl zaazen do této tídy významu vzhledem k možné kumulaci vtšího potu osob. Tabulka 8 normy SN 73 0040 udává pro tídu odolnosti A a tídu významu I mezní hodnotu rychlosti kmitání vef = 0,4 mm s-1 Námi namená maximální hodnota rychlosti kmitání 0,45 mm.s-1 tuto mezní hodnotu pesahuje minimáln. Provedené mení však bylo krátkodobé, a tudíž se dá pedpokládat, že v dob nárstu provozu nákladní dopravy v okolí kostela mže docházet k daleko vtším seizmickým úinkm a významnjšímu kmitání celého objektu. V pípad objektu typu A – I se doporuuje provádt dynamický výpoet pro odezvu konstrukce podle efektivní rychlosti pohybu, je-li dosaženo hodnoty rychlosti kmitání 1,8 mm.s-1 (tab. 10 z SN 73 0040). Možnost poruch (pro dležitá místa objektu) se uvažuje podle normy SN 73 0040 pi hodnotách 4,5 mm.s-1; k poškození prvního stupn, tj. první známky poškození, trhliny šíky do 1 mm na styku stavebních prvk ve stropních fabionech, dochází u 5 % objekt pi hodnotách 7 mm. s-1.
7. Závr Vibrace vyvolané dopravou mohou v uritých pípadech vyvolávat poškození stavebních objekt v blízkosti komunikací. Pro objekty poškozené a se zvážením rzných parametr (nap. konstrukní materiál, stáí, …) lze pedpokládat, že tyto vibrace zhoršují technický stav objekt, a to jednak rozvolováním existujících trhlin, jednak vznikem trhlin nových. - 75 -
Provedené seizmologické mení prokázalo možný vliv vibrací na kostel sv. Ondeje v obci Svtí. Ve zdech kostela a na jeho strop v hlavní lodi a v klenbách jsou v souasné dob zetelné praskliny. Experimentální mení bylo realizováno v období zvýšeného pohybu zemdlské techniky bhem sklizn obilí, nejvtší seizmický projev byl ale zaznamenán pi prjezdu tžkých nákladních automobil. Maximální složková amplituda mla hodnotu 0,45 mm.s-1, což ukazuje na pekroení mezní hodnoty dle normy SN 73 0040 pro nutnost další dynamické analýzy. Je otázkou, co bylo prvotní píinou vzniku trhlin ve zdech a stropech kostela. Jednou z možných variant je nestabilita podloží kostela, nebo terén mezi kostelem a silnicí je mírn svažitý a je možné, že tento svah byl, nebo stále je, v pohybu. Sesouvání svahu dokumentuje i lem okolo vozovky na její protjší stran. Tomuto pohybu svahu mohou napomáhat vibrace zpsobené prjezdy vozidel po komunikaci. Tyto svahové pohyby by mohly ovlivovat technický stav kostela. V souasné dob lze pedpokládat s ohledem na výše uvedené výsledky seizmologického mení, že vibrace vyvolané dopravou po komunikaci v okolí památkov chránného kostela zpsobují zhoršování technického stavu jeho konstrukce. Hodnocení vlivu sesouvání základové pdy (svahu) si vyžaduje další odborné studie. Podkování Tento píspvek vznikl pi ešení projektu GAR 103/09/2007 Vliv technické a pírodní seizmicity na statickou spolehlivost a životnost staveb. Literatura SN 73 0040 Zatížení stavebních objekt technickou seismicitou a jejich odezva. NI 1996. KALÁB, Z., STOLÁRIK, M.: Experimentální mení seizmického projevu kamionové dopravy. Transactions (Sborník vdeckých prací Vysoké školy báské – Technické univerzity Ostrava), ada stavební, ro. VIII, .1/2008, ISSN 1213–1962, ISBN 978–80-248–1883-2, 2008, 235–239. KALÁB, Z., KO ÍNEK, R., KUBEKA, K.: Studium odezvy stavebního objektu na zatížení dopravní seizmicitou. Proceedings of the 3rd International konference on Dynamics of Civil Engineering and Transport Structures and Wind Engineering (DYN-WIND 2005). University of Žilina, Slovak Republic, ISBN 80–8070-352–5, 2005, 86–89. KALÁB, Z., LEDNICKÁ, M., STOLÁRIK, M.: Seizmický projev dopravy na vybraných objektech – píklady z mení. Geotechnika 2006, zborník medzinárodnej konferencie, ORGWARE Stupava a FAST, VŠB-TU Ostrava, ISBN 80–248-1124–3, 2006, 213–218. SALAJKA, V., KANICKÝ, V.: Píspvek k posuzování seizmického zatížení stavebních objekt dopravou, Transactions of the VŠB-TU Ostrava, Civil Engineering Series, ro. IV, . 2, 2004, 261–267. 1
Authors Doc. RNDr. Zdenk Kaláb, CSc., Ústav geoniky AVR, v.v.i., Ostrava, Studentská 1768, CZ 708 00, Ostrava – Poruba, eská republika, E-mail:
[email protected]; také Katedra geotechniky a podzemního stavitelství, FAST, VŠB-Technická univerzita Ostrava Ing. Markéta Lednická, Ph.D., Ústav geoniky AVR, v.v.i., Ostrava, Studentská 1768, CZ 708 00, Ostrava – Poruba, eská republika, E-mail:
[email protected]; také Katedra geotechniky a podzemního stavitelství, FAST, VŠB-Technická univerzita Ostrava
- 76 -
