Aplikace lokální katodické ochrany proti ú ink m bludných proud pro tramvajový most Balabenka Ohrada - Praktické zkušenosti s návrhem, realizací a uvedením do provozu. Posouzení vhodnosti ešení aplikace. Ing. Bohumil Ku era JEKU s.r.o., Limuzská 8, 100 00 Praha 10 - Strašnice Tel. 272 702 597, e-mail:
[email protected] Web: www.jeku.cz
Anotace: ednáška pojednává o zkušenostech s návrhem a realizací katodické ochrany pouze pro jednu podp ru velké mostní stavby. Jsou hodnocena rizika spojená s majetkoprávním ešením, technickým ešením, rizikem poškození stavby a nároky na provoz za ízení.
1. Úvod Problematika aplikace aktivních ochran proti ú ink m bludných proud p i ešení ochrany železobetonových konstrukcí je již adu let diskutována se zna nými obavami o poškození výztuže konstrukcí, zejména p edpjatých. V následujícím p ísp vku je popsán návrh ešení katodické ochrany realizovaný v rámci úkolu „Projekt FT-TA/047 Optimalizace materiálového ešení a aplikace princip protikorozní ochrany technologických za ízení a výrobk “ pro lokální katodickou ochranu, tj. ochranu aplikovanou pouze na ást mostní konstrukce. Pro ešení byla zvolena stávající stavba, která je dlouhodob monitorovaná z hlediska vlivu bludných proud . Cílem úkolu bylo a je odpov t na základní otázku, zda katodická ochrana proti ú ink m bludných proud má v bec smysl, jedná-li se o efektivní ochranu stavby nebo pouze nehospodárn zavedené riziko, které m že poškodit stavbu. 2. Aktivní - katodická - ochrana ve vztahu k železobetonovým konstrukcím Zatímco katodická ochrana proti chemickým vliv m doznala mimo území R svého uznání a byla postupn v minulých dvou desetiletích standardizována jak v zámo í tak na evropském kontinentu1, v R, p estože standard byl p evzat, je k této ochran pohlíženo se zna nými obavami a despektem a nepoda ilo se doposud ji realizovat. Katodická ochrana proti ú ink m bludných proud , v té podob , jak ji známe z aplikací p i ochran liniových za ízení (plynovod a vodovod ), není na železobetonových konstrukcích zavedena a krom nekone ných více i mén odborných diskusí nejsou s touto ochranou žádné zkušenosti z praxe. Jak však ukazují obecné poznatky o vlivu cizích elektrických polí na železobetonové konstrukce, jedná se o ešení zna komplikované a v n kterých p ípadech i rizikové. Tyto obavy byly shrnuty v zavedeném standardu MD R2 a podmínky pro instalaci jakékoliv aktivní (tedy i katodické) ochrany byly zna ztíženy. Zavedená metodika popisuje velmi pe liv , co všechno musí být diagnostikováno p ed rozhodnutím o instalaci katodické ochrany. Jedná se o adu m ení zejména elektrických parametr – tj. p edevším standardní ení vlivu bludných proud dle platné metodiky DEM3. Tato m ení se pak dopl ují dalšími podp rnými m eními provád nými v rámci diagnostiky mostních staveb vypovídajícími o stavu betonu a výztuže. V ideálním p ípad tak, jak je standardizováno, je podkladem pro návrh aktivní - katodické ochrany sou innost standardní diagnostiky mostní stavby dopln ná o m ení vlivu bludných proud . Ukazuje se však, že tento postup nemusí vést ke kýženému cíli v as. D vodem je skute nost, že m ení vlivu bludných proud poskytuje informaci o okamžitém (a zpravidla trvalém) korozním namáhání cizími elektrickými poli, aniž by ješt mohlo ke korozním proces m docházet, zatímco budeme-li o ekávat rozhodující informaci z výstupu diagnostiky mostu, tj. standardní m ení a vyhodnocení dle platných metodik4, budeme ekat až na projevy korozních proces . Zde se zdá, že nastavená p ísná kritéria do ur ité míry mohou blokovat nasazení aktivní ochrany v as.
1
SN EN 12 696 TP 124 3 Metodický pokyn MD R „Dokumentace elektrických a geofyzikálních m ení betonových most pozemních komunikací“ 4 nap . TP 121 nebo návrh TP na predikci životnosti železobetonových konstrukcí 2
3. Aplikace katodické ochrany. Pro aplikaci katodické ochrany, tj. osazení anod mimo železobetonový prvek nebo konstrukci, volbu zdroje a propojení systému je nutno analyzovat adu faktor . edevším je nutno definovat základní požadavky pro návrh pasivních ochranných opat ení a aktivní ochrany proti ú ink m bludných proud , jejichž cílem je minimalizovat korozní ú inky bludných proud i vnucených zdroj . Aktivní – katodickou ochranu je nutno navrhovat s t mito zám ry: 1. Eliminovat anodická pásma stavby, která jsou zp sobena (silnými) cizími elektrickými poli a ve kterých by mohlo z jakýchkoliv d vod docházet ke korozním proces m katalizací bludnými proudy. 2. Nastavit ochranný potenciál stavby tak, aby vliv bludných proud byl eliminován na ijatelné minimum. 3. Zavést ochranný potenciál takovým zp sobem, aby zdroj katodické ochrany byl schopen reagovat na dynamické zm ny trak ních soustav, a to nejen ve smyslu eliminace trak ních zp tných proud , ale p edevším také, aby sám zdroj ochrany p i absenci dynamických složek trak ních proud konstrukci neohrozil. 4. Definovat (alespo pro ú ely ov ení) ochranný potenciál v závislosti na parametrech stavby, zejména s ohledem na p ítomnost chloridových iont a pH konstrukce a zjišt ný vliv bludných proud . 5. Katodická ochrana musí být schopna kdykoliv a pr žn poskytovat informaci o svoji funkci, tj. stanovují se požadavky na kontrolu stavu ochrany, sb r dat a historii funkce s požadavkem bezobslužný provoz. 6. Katodická ochrana m že být uvedena do provozu jen na takové konstrukci, kde je zaru eno elektricky definované pospojení výztuže. Krom stanovených požadavk je nutno p i ešení návrhu také najít ešení na adu otázek spojených s její realizací. Jedná se zejména o zjiš ování pH, volbu rozsahu ochrany, rozdílných chemických vliv na konstrukci, atd.
4. Princip katodické ochrany proti ú ink m bludných proud . Princip ochrany je obdobný ešení známému z liniových za ízení, tj. ve vztahu k rozm ru stavby se navrhuje umíst ní anod z vhodného materiálu, vývody z prova ené výztuže chrán né konstrukce jsou vyvedeny do m icích – napájecích bod a odtud napájecími kabely do ízeného zdroje. Rovn ž z anod jsou vedeny napájecí kabely do ízeného zdroje. Zdroj vyhodnocuje referen ní nap tí mezi vhodnou referentní elektrodou (nap . gelovou Cu/CuSO4) a vývodem z výztuže konstrukce. Zjišt né nap tí musí spl ovat kriterijní hodnotu, která je zadána jako pevný parametr. Druhým parametrem musí být kontrola proudu tak, aby nebyly p ekro eny povolené meze pro proudovou hustotu, která by mohla iniciovat korozní procesy. Zdroj je ízen v ase a musí být dostate rychlý na zm ny dynamických složek bludných proud a udržovat ochranný potenciál konstantní. Schematicky je ešení uvedeno na p iložených obrázcích.
Obr. .1 Schematické zapojení katodické ochrany pro zám r lokální aplikace katodické ochrany na ást konstrukce.
5. Realizace katodické ochrany. 5.1. P íprava výztuže k p ipojení katodické ochrany i kontrolních m eních na obnažené výztuži bylo zjišt no, že ani jedno z nov obnažených míst na spodní stavby nevykazuje stav neprova enosti výztuže, všechny kontrolované body (cca 10 bod ) byly elektricky definovan pospojeny (hodnoty m eného elektrického odporu na p ístroji GEOHM C a ABB M5020 byly menší než0,02 ohmu). Z patky pilí e bylo vyvedeno celkem šest vývod pro napájení zdrojem katodové ochrany, a to ze t ech p ístupných stran patky dle níže uvedených obrázk . Obnažení patky ze strany tvrté prakticky nebylo proveditelné, a to jednak z d vodu záporové larsenové st ny, jednak terénních pom a jednak postupu terénních úprav stavby. ili bylo nutno respektovat reálný stav a podmínky pro instalaci ochrany v terénu. Pro první indikaci rozložení potenciálu ve vertikálním sm ru se používá snímání z p vodního vývodu z výztuže, který je ve výšce cca 2m nad patkou, tedy nad místem napájení v i p ipraveným vývod m z patky podp ry.
5.2. Instalace a návrh anod Návrh po tu a typu anod byl proveden výpo tem. P vodní zám r instalovat pouze jednu anodu u pilí e byl opušt n jako ešení ne zcela funk ní, ale i z d vodu dalších možností zkoumání chování systému. Na druhou stranu, p vodn navržený po et šesti ažosmi anod byl ehodnocen a byly instalovány pouze dv anody na každé delší stran patky, tj. celkem ty i kusy FeSi anody o délky 1m. rný odpor p dy v míst instalace anod a chrán ného p edm tu. rný odpor p dy byl zjišt n dodate nými pr zkumy p i m ení vlivu bludných proud –viz výsledky uvedené v p edchozích ástech úkolu. ρ pro ekvivalentní hloubku 0,75 až1,25 m = 50 Ωm ρ pro ekvivalentní hloubku 2,25 až3,75 m = 22 ÷ 25 Ωm ρ pro ekvivalentní hloubku 3,75 až6,25 m = 12 ÷ 22 Ωm.
Požadovaný posun potenciálu je navržen 300 až 600mV; rozsah je stanoven d íve eným sm sným potenciálem5 u jednotlivých podp r. Obvykle byl zjišt n m ený potenciál na úrovni -200 až -400mV proti nepolarizovatelné referentní sond Cu/CuSO4. Za dostate ený ochranný potenciál se považuje v souladu s d íve uvedenými skute nostmi potenciál -0,65 až -0,85 mV proti elektrod Cu/CuSO46, požadovaný posun potenciálu je rozdílem obou interval . Dimenzování proudového zatížení anod. Pro dimenzování proudové kapacity se vychází z prvních praktických zkušeností s aplikací anody na železobetonovou konstrukci; p i návrhu systému pro celou mostní konstrukci lávky v Srbsku ochranný proud nep ekro il 1 A. Jmenovitý proud navržené elektrody je 500mA. Volba ty elektrod z d vodu homogenity pom rn velkého základu je tak relevantní po všech stránkách. Je otázkou dalšího ov ování, zda bude k provozu posta ovat menší po et elektrod. Navržené anody Pro dané podmínky jsou navrženy balené FeSi ty e. Uzem ovací anoda bude sestávat jen ze 4 ks balených FeSi ty í (1 ty o hmotnosti cca 8 kg, ∅ 40 mm a délky 845 mm – ve výpo tu použito 1 m - zahrnut i koksový obal do 1 m). Vn jší pláš obalu je tvo ena ocelovým plechem o tloušce 0,55 mm. Anody jsou uloženy v hloubce min. 2m, tj. pod úrovní spodní hrany patky podp ry (spodní stavba sestává z pilot a patky).
Obr. 2 Schematické uložení anod v ezu.
Výpo et zemního odporu anody: ρ R=
2L
4h +3L
d
4h + L
; L> d
ln 2π L
h= 2m L= 6 m d = 0,15 m 5
Viz technické podmínky TP 124, potenciál výztuže podp ry proti blízké referentní relektrod Cu/CuSO4 bez vylou ení chyby IR spádu 6 V dalším textu se vždy rozumí potenciál v i elektrod Cu/CuSO4, nebude jižuvád no
ρ = 23,5 Ω m R = 3,7 Ω Obr. 3 Schematické uložení anod v p dorysu –definitivní návrh
Zp esn ní odhadu dovoleného proudového zatížení jedné podp ry s ohledem na plochu výztuže. Do výpo tu lze zapo ítat i piloty pod patkou. Dále s ohledem na zvýšení bezpe nosti byla dovolená proudová hustota zmenšena na 30mA/m2 – tedy pod spodní mez intervalu 40 až60mA/m2 tak, jak jsou tyto údaje dostupné z jižd íve citovaných literárních pramen . Proud katodové ochrany s ohledem na povahu chrán né konstrukce by nem l p ekro it 3,4A. S ohledem na dosažené praktické zkušenosti byl osazen jeden zdroj s kapacitou 1 až 10A, avšak regulací omezený na kapacitu 1 až1000 mA. ešení vychází z doposud získaných poznatk v praxi. V míst podp ry .5 se vyskytuje záporová st na v blízkosti podp ry (cca 1m od patky) z doby výstavby. Tato st na byla využita pro zkušební m ení jako p ípad zcela poškozené a obnažené výztuže v zemi a bylo provedeno m ení, kdy záporová st na byla chrán na spole s podp rou .5. Následující obrázky dokumentují postup výstavby a realizaci ochrany v terénu. (P edpokládá se skute ný proud na úrovni cca 0,2 až0,5A).
Obr. 4 Výkop jámy pro anody, hl.2,2m pod úrovní stávajícího terénu. Terén je v kone né podob zvýšen o další cca 0,5 až 1m. Kabely jsou uloženy v chráni kách, svorkování je provedeno v krabici a chrán no silikonem.
Obr. 5. Uložení kabelových vedení na pilí i. Kabely jsou uloženy v ocelových trubkách z d vodu ochrany p ed zlod ji. Vše je zakryto sana ním nát rem (vedení jsou na zadním pilí i.
Obr. 6. Umíst ní rozvad e katodické ochrany v tubusu mostu. Rozvad zabezpe ovacím kontaktem a bezpe nostném zámkem.
je vybaven
6 Ov ování funk nosti systému katodické ochrany. 6.1. Uvedení za ízení do provozu Funk nost za ízení byla prvotn testována ve výrob jako celek, a to jak naprázdno, se zatížením. Ve výrobním závod byly nastaveny zdroje, se ízena regulace proudu a nap tí. Na míst , po osazení rozvad e, bylo nutno ov it kvalitu propojení všech vodi , byly zkoušeny potenciály v i elektrod Cu/CuSO4. P ed zahájením funkce za ízení byla provedena kontrolní m ení potenciál u jednotlivých podp r a bylo ov eno elektrické pole v zemi. Tato ení sloužila pro porovnání a ov ení hodnot d íve m ených.
6.2. Kontrolní m ení p ed uvedením do provozu ed zapnutím bylo nutno ov it výchozí parametry mostní stavby a okolí tak, aby bylo možné po aktivaci ochrany vyhodnocovat zm ny.
Tab. 0. P ehled sm sných potenciál od roku 1993 do roku 2006. Pilí , op ra .:
Pr rok 1993
rná hodnota potenciálu Uz [mV]
rok 1995
rok 2000
rok 2000
rok 2006 p ed zapnutím KO
hodnocení
-
-137,44
-318,4
-318,4
zni ený vývod
-38
-74,94
-421,8
-421,8
zni ený vývod
-
-214,4
-214,4
-330
zlepšení
-127
-59,4
-59,4
-
-369,2
-369,2
nep ístupný stavba -233
zhoršení
-73,72
-19,2
-19,2
-14
zhoršení
-
-
-219,2
-219,2
-182
zhoršení
-
-
-349,8
-349,8
-365
zlepšení
-
-310,59
-272,8
-272,8
-281
zlepšení
-
-364,47
-217,6
-217,6
-119
zhoršení
-224
-
-289,4
-289,4
-215
zhoršení
-417
-
-231,2
-231,2
-282
zlepšení
-450
-
-291
-291
-315
zlepšení
OP1 P2 P3 -139 P4 P5 -16 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 OP13
ení opakovan prokazují, že je správná pé e oblasti pilí P4, P5 a P6, kdyžpilí e P4 a P6 jsou v dob realizace katodové ochrany nep ístupné. Pilí P6 je pilí em nejblížtrati D.
Dodate ný pr zkum.
Z pr zkumu je patrné, že od doby m ení p ed sedmi lety se výrazn zvýšil spád nap tí ve sm ru mostu, zatímco kolmá složka spádu nap tí (intenzity elektrického pole) k mostní stavb je minimální. Z hlediska hustot bludných proud platí, že mostní stavba je namáhána více nežtomu bylo do roku 2000 zejména v oblasti podp r P4 a P5. Na obou koncích ke zm velikosti elektrického pole v zemi nedošlo.
Je nutno poznamenat, že zm nou terénních podmínek – výstavba mostních objekt a koridoru došlo k rozsáhlým terénním úpravám. V dané lokalit však rozhoduje menší m rný odpor ve v tších hloubkách. Tyto hodnoty se zm nily jen minimáln , došlo k mírnému zvýšení m rného odporu p dy (z 10 až22 m na 14 až24 m).
Pozn.: Zjišt né proudové hustoty jsou zna soustavám.
vysoké a odpovídají blízkým trak ním
Graf .2: Elektrické pole v zemi v blízkosti podp ry .5 (bod M2), m eno p ed zapnutím katodické elektrody. Je patrná vysoká složka spádu nap tí v jednom sm ru.
Graf .4 Kolmá složka elektrického pole v bod M2 –zv tšeno. Z grafického pr hu je patrná odezva i vypnutí katodové ochrany. Elektrody byly v terénu umíst ny (viz situace E1) vn systému anody – katoda ve vzdálenosti cca 5 m. Je patrné, že diference o velikosti cca 1mV/m není z hlediska korozních vliv a ovliv ování jiných blízkých staveb podstatná.
Graf .5 Elektrické pole v bod M3 (u op ry .1 strana Palmovka) –bez vlivu katodické ochrany.
Kontrola elektricky definovaného pospojení výztuže. Kontrola byla provád na pr žn p i p íprav podp ry. P ed uvedením do provozu bylo provedeno m ení elekrického odporu mezi jednotlivými vývody, a pro napájení nebo kontrolní m ení. Všechny vývody vykázaly hodnotu menší než 0,01 až 0,02 . Lze konstatovat, že vývody jsou elektricky definovan propojeny, lze konstatovat, že výztuž je prova ena a je možné ji p ipojit k aktivní ochran .
7. Zapnutí ochrany. Vzhledem ke zkouškám zdroje pod zatížením bylo rozhodnuto, že prvotní sepnutí bude provedeno tak, že chrán ny budou spole podp ra P5 i blízká larsenová st na, tj. 2 plocha obnažené oceli v zemi o rozm ru cca 100m . Výchozí parametry ochrany: Ochranný potenciál: Dovolený proud: Potenciál výztuže podp ry p ed zapnutím: Potenciál kovové st ny p ed zapnutím:
-0,74V 1A -200 mV -396mV
Stav po zapnutí: Ochranný potenciál: Skute dodávaný proud do systému: Potenciál výztuže podp ry a st ny (po ustálení):
-0,74V 0,990 mA -700 mV
Konstatuje se, že ochrana je zcela funk ní, je schopna unést plné zatížení po libovolnou dobu.
Stav po t ech týdnech provozu (spojena výztužs larsenovou st nou): Ochranný potenciál: -0,74V Skute dodávaný proud do systému: 0,320 mA Potenciál výztuže podp ry a st ny: -700 mV Konstatuje se, že po uvedení do provozu jsou po prvních dvou dnech chrán né objekty v podstat polarizovány, proud ochrany výrazn klesl.
8. První vypnutí ochrany. Pro první vypnutí ochrany byl nasazen multitaskingový multimetr DATATAKER, který snímal odezvy elektrického pole v zemi mimo anody a dále sm sné potenciály výztuže. Prvním krokem bylo odpojení larsenové st ny. Pr h proudu dodávaného do systému jen pozvoln klesal –viz grafický záznam uvedený v p íloze (graf .12). Pokles proudu na cca 160mA odpovídá získaným praktickým zkušenostem. Lze tedy konstatovat, že proud, který zajiš uje ochranný potenciál -740mV nem že korozn ohrozit žádnou ást stavby. Je také ale t eba p ipomenout, že p edchozí diagnostické zkoušky neprokázaly poškození konstrukce takové, aby byla zjišt na masivn obnažená výztužnebo korodující výztuž. Je t eba si uv domit, že vnuceným potenciálem na prakticky
nepoškozené konstrukce jen vylepšujeme potenciálové pom ry. Dle všech d íve provedených eních je výztuž v chrán ném míst v zásad dob e chrán ná p edevším vlastní pasivací výztuže v alkalickém prost edí betonu a ochranu nepot ebuje. Bude však jist zajímavé po dlouhodobém m ení pozorovat do jaké míry se m ní parametry typu obsah chlorid v betonu nebo hloubka pr niku agresivních látek k výztuži.
Graf .9 Záznamy sm sných potenciál (m ených vývod z výztuže v i elektrod Cu/CuSO4). P i vypnutí ochrany dochází v prvním okamžiku k posunu potenciál (drop voltage): eno na vývodu P5 v i sond mobilní: o 125mV (z -725 na -600 mV) eno na vývodu P5 v i sond t sn u pilí e: o 175mV (z -725mV na -550mV) - Ostatní vývody z patky v i blízké sond : o 175mV (z -725mV na -550mV) Pozn.: Bylo by lze poznamenat, že pokud bychom považovali kritérium „drop voltage“ za relelavantní i pro p ípad ochrany železobetonové konstrukce, je spln no.
Graf .11 Záznamy pr hu potenciálu mezi jednotlivými vývody podp ry a mezi podp rou a anodou. Posun potenciálu odpojené larsenové st ny a podp ry P5 p i zapnuté ochran inní cca 125mV (Potenciál larsenové st ny je kladn jší.). Po vypnutí jsou potenciály prakticky srovnané, potenciál výztuže pod pry P5 je mírn záporný v i potenciálu výztuže (o cca 25mV). P i zapnuté ochran lze vysledovat i posun potenciálu podp ry v i nosné konstrukci. Posun vypovídá o elektrickém izola ním odd lením nosné konstrukce od spodní stavby.
Graf .12 Jak uvedeno shora, první zapojení ochrany bylo provedeno tak, že katodu tvo ila podp ra .5 spole s blízkou larsenovou st nou. Vliv na proud zdroje po odpojení larsenové st ny byl zaznamenán do grafické podoby. Pokles byl pom rn pomalý. Z hodnoty 320mA na hodnotu 160mA došlo v asovém intervalu cca 160s, tj. 2,5min. Neodpov zenou otázkou je, pro k poklesu došlo nikoli skokov .
Graf .13 Poslední a jeden z nejvýznamn jších pr je záznam zm ny potenciálu na chrán ném objektu pilí i P5. Je patrný postupný pokles potenciálu z hodnoty -460mV na hodnotu -680mV. Dosažení ochranného potenciálu trvalo cca 3 min.
9. Ekonomické vyhodnocení provozu. Provozní náklady na provoz ochrany jsou definovány jednak vlastní spot ebou elektrické energie p i provozu energie, náklady na zajišt ní napájení elektrické energie a osobními náklady na provoz systému. Provozní náklady. Provozní náklady za spot ebovanou elektrickou energii jsou velmi p íznivé a jsou ovlivn ny edevším rozsahem chrán ného objektu a jeho korozním stavem. Spot eba elektrické elektrické energie poroste s velikostí chrán ného p edm tu. V sou asné dob jsou k dispozici dva objekty provozované se systémem ochrany pracujícím na podobném principu v R. Posuzovaný mostní objekt Tramvajový most Palmovka – Balabenka s chrán nou jednou podp rou a lávka pro p ší v Srbsku, kde je chrán no p t podp r srovnatelné velikosti. Jestliže velikost ochranného proudu pro jednu podp ru iní cca 160mA a velikost proudu pro t podp r podobné velikosti dosahuje cca 900mA, lze s v domím jednoduchosti úvahy dovodit ur itou závislost spot eby elektrického proudu na velikosti podp ry nebo na metr tvere ný plochy jedné podp ry mostní stavby. Je nutno však zd raznit, že princip za ízení spo ívá v napájení podp r, které jsou elektricky izola odd leny od navazujících konstrukcí. Výpo tem lze ov it hodnoty na instalovaných elektrom rech obou systém . Vlastní spot eba beze ztrát na napájecím a ídícím systému iní: P = 160mA x 0,7V = 0,112 W i trvalém provozu po dobu jednoho m síce bude tato spot eba init 80Wh, tj. celkem 33 hal za m síc provozu s ádovou p esností úvahy. Tyto náklady jsou zcela zanedbatelné. Ode et spot eby elektrické energie na podružném elektrom ru, který je sou ástí rozvad e katodické ochrany vykazuje za období jednoho m síce 3 kWh, tj. cca 12K /m síc. Další položku tvo í v p ípad p ipojení k distribu ní síti NN stálý poplatek za elektrom r. Zde je náklad jižnepom rn vyšší a dosahuje ádu 100 K /m síc. Samostanou položkou je náklad na dálkový sb r dat. Za ízení je vybaveno GSM modulem a p enosem na ur ený mobilní telefonní p ístroj nebo do po íta e. SIM kartu instalovanou v GSM modemu ochrany bude nutno dobíjet. Praxe ukazuje, že položka sestává ze dvou ástí. Jednu ást tvo í náklady na funkci ochrany a informace o stavu za ízení. Tyto informace vysílá bu za ízení ochrany automaticky samo nebo se uživatel pomocí SMS zpráv dotazuje. Náklady na tyto operace iní 100 K za m síc. Po uvedení do provozu a „zaho ení“ systému tento náklad klesá a ástka 100 K je dosta ující i na dobu p l roku i více. Druhou ástí této položky je vlastní sb r dat. Sb r dat se provádí do PC ur enému pracovníkovi. Doba p enosu závisí na nastavené etnosti sb ru dat v ochran . V pr ru lze rezervovat jednu hodinu m sí , tj. náklad cca do 500 K /m síc. Ochrana je elektrickým za ízením a jako takové je nutno pro ni zajiš ovat periodickou revizi elektrického za ízení. Perioda revize je stanovena normou a pro toto za ízení je posta ující perioda 3 až5 let. V návaznosti na provedenou revizi bude nutno za ízení udržovat – istit, n kdy opravit. Cenu revize lze odhadnout na 3000,- K , cenu za údržbu na cca 5.000,ve shodné period . P epo tem lze stanovit m sí ní náklad na provoz a údržbu elektrického za ízení –ochrany ve výši 200 až300 K .
Poslední položku je nutno uvažovat na osobní náklady pracovníka, který se bude novat sb ru dat a pozd ji jejich vyhodnocení a dále na pracovníka údržby. Správce mostní stavby musí ur it pracovníka, který bude schopen dle pot eby se na stavbu dopravit, zkontrolovat funkci za ízení vizuáln , za ízení zapnout nebo resetovat. Ur ený pracovník musí data rovn žuchovávat a vyhodnocovat je. Tato položka je nejcitliv jší a souvisí s celou problematikou posuzování vhodnosti aplikace podobných systém . Správce mostních objekt vyžaduje minimalizaci náklad na provoz velkého mostu a samoz ejm minimalizaci nárok na údržbu stavby samotné i systém podp rných. Požadavek sb ru dat a jeho archivace je tak nejv tší p ekážkou ve v li provozovatel podobná za ízení provozovat. P ipus me, že pov ený pracovník se bude v novat za ízení ochrany p l dne m sí bez ohledu na jeho kvalifikaci. Pak lze odhadnout m sí ní položku na osobní náklady na provoz ochrany p i produktivit pracovníka 500,-K /hod ve výši 2000,m sí . Celkové m sí ní provozní náklady na provoz ochrany tak dosahují /m sí , tj. 36.000,-K za rok a 720.000,-K za dvacet let provozu za ízení.
3.000,-
Investi ní náklady na instalaci ochrany v etn p edprojektové a projektové p ípravy, inženýrské innosti a realizace lze odhadnout na cca 200.000,- až500.000,-K v závislosti na zvolený systém ochrany a rozsah chrán ných p edm . Celkové náklady tak dosahují cca 1,2 miliónu na období dvaceti let p i zodpov dném ístupu všech zú astn ných. Nyní je t eba si položit zásadní otázku: Je výdaj 1,2 milionu adekvátní požadavku na zvýšení životnosti a ochranu stavby? Není jednodušší a levn jší ponechat stavbu bez ochrany s tím, že rozsah jejího poškození nelze jednozna dlouhodob predikovat a bude v kone ném d sledku levn jší jednorázová oprava mostu ekn me jednou za dvacet až za ty icet let? Odpov na otázku není jednoduchá a spo ívá v prvopo áte ním rozhodnutí o tom, kdy a do jakých podmínek ochranu nasadit. Pokud by ochrana byla nasazována do podmínek podobných tomuto úkolu, tj. do míst, kde sice je z ejmý výskyt cizích elektrických polí a tedy bludných proud , avšak mostní stavba nevykazuje po patnácti letech provozu žádné zjevné známky poškození, bude se jednat nepochybn o plýtvání finan ními prost edky. Pokud však diagnostika stavby zjistí, že k poškození stavby v ase dochází a v míst stavby je z ejmý vliv bludných proud , m že být taková ochrana významnou podporou pro zachování stavby v provozu. P íkladem je mostní stavby v Pardubicích p es tra D, kde jedna z podp r mostu se nacházela v t sné blízkosti koleje a po dvaceti letech provozu stavby byla podzemní ást konstrukce zcela rozrušena a bez výztuže. Most byl odsouzen k likvidaci. Objektivní posouzení vhodnosti aplikace ochrany tak z stavá nejv tším problémem efektivnosti celého systému. Takovým typickým p íkladem postupu v praxi je tento úkol. Analogickým zp sobem se odvíjí i b žná praxe: Provozovatel stavby vy lení omezené (b žné) prost edky na diagnostiku stavby. Specializované pracovišt provede základní diagnostiku stavby, získá informace o vlivu bludných proud , základní informace o stavu mostní stavby (pH, krycí vrstvy, chloridy, vizuální kontrola). V p ípad , že tyto faktory budou nep íznivé, m že být rozhodnuto o instalaci katodické ochrany, tedy budou vy len ny prost edky pro její instalaci a p ikro í se k realizaci, vybere se dodavatel –specializované pracovišt .
V takovém p ípad musí specializované pracovišt , které zakázku jižzískalo, provést další detailní analýzu stavu konstrukce, která má být chrán na –ov it stav prova ení výztuže, korozní stav konstrukce pod úrovní terénu. Pokud zjistí n které skute nosti, které vedou ke zbyte nosti nebo nesprávnosti instalace systému, m lo by specializované pracovišt od takové realizace odstoupit. To ale samoz ejm s ohledem na tok finan ních prost edk a smluvní vztahy mezi odb rateli a dodavateli není reálné a k takovému rozhodnutí by byla nutná vysoká kvalifikace správce mostu. V podobné situaci se nacházíme i v rámci tohoto úkolu. Bylo-li by odhlédnuto od výzkumné povahy úkolu a jeho zásadního a systémového významu týkajícího se ov ení funkce navrhovaného ešení, bylo by korektní pro daný most ochranu nerealizovat a zvolit jiný mostní objekt, který je nap íklad v podobném korozním prost edí, ale je staršího data a s vyšším stupn m poškození. To však s ohledem na ekonomický a organiza ní chod úkolu není možné. Taková situace se vyskytuje i v b žné praxi. Autor úkolu se snaží touto úvahou zd raznit úlohu zodpov dnosti a kvalifikace specializovaných pracoviš a provozovatel p i podobných krocích. Lze doplnit, že práv toto byl jeden z ady d vod , pro který byla možnost instalace aktivních ochran na mostních objektech v R technickými podmínkami TP 124 zna ztížena, ne-li znemožn na.
i posuzování ekonomické efektivnosti aplikace aktivní ochrany nelze také pominout skute nost, že instalace anod do zem znamená prakticky vždy zpracování projektové dokumentace pro vydání stavebního povolení a stavební ízení. P i instalaci anod dochází k záboru pozemku nebo vzniku v cného b emene na cizím pozemku. Tato skute nost m že mít dopad i na efektivnost celého systému, nebo ne vždy se poda í sjednat uložení anody do cizího pozemku bezplatn . Jedná se o komplikaci související s investi ními náklady, která že mít dopad i do náklad provozních v podob periodické platby za užívání cizího pozemku. V p ípadech, kdy chrán ná mostní stavba není vybavena tubusem, je s touto položkou nutno po ítat i pro instalaci kiosku pro zdroj ochrany. V daném p ípad bylo nutno zajistit v lokalit výstavby ve spolupráci se stavbou, která m la jižvydané stavební povolení, ov ení existence všech inženýrských sítí stávajících i nov navrhovaných a dohodnout pozici uložení anod.
Rozhodnutí o aplikaci katodické ochrany tak není zdaleka tak jednozna né, jak by se p i pouhém technickém pohledu na ešení mohlo zdát. Proto i nadále bude aplikace katodických ochran na železobetonových konstrukcích považována za zcela výjime né za ízení, které je možné navrhovat jen za speciálních podmínek.
Seznam Literatury: [1] Koroze ocelové výztuže v železovém a p edpjatém betonu, B.Bažant, SNTL, 1989 [2] Technické kovy, jejich výroba, vlastnosti a zkoušení, A.Beneš, SNTL, 1958, str.171, Betonové mosty, L.Landa, Z.Kleisner, J.Zvara, SNTL, 1988 [3] TP 124 Technické podmínky „Základní ochranná opat ení pro omezení vlivu bludných proud na mostní objekty a ostatní betonové stavby pozemních komunikací“, MD R, SD, Praha, 2000 [4] Metodický pokyn „Dokumentace elektrických a geofyzikálních m ení betonových most pozemních komunikací, MD R, 1995 [5] SR 5/7(S) Služební rukov proud , D s.o., 1997
„Ochrana železni ních mostních objekt proti ú ink m bludných
[6] TP 72, Diagnostický pr zkum most PK, MD R, 1995 [7] Studie užití aktivních ochran most pozemních komunikací“, JEKU, Ing. B. Ku era 1996, MD- R, [8] Laboratory simulation of Corrosion in Renforced Concrete, Cindy W. Ramirez a spol., Houston, CORROSION/90 [9] Stray Current Corrosion in Electrified Rail Systems, T.J.Barlo, A.D.Zdunek, Corrosion95, NACE IAC, 1995, Northwestern University BIRL [10] P edpjatý beton ve Švýcarsku 1982 až1986, Publikace FIP pro kongres [11] Sulla Protezione Catot Ica Dei Ferri Del Calcestruzzo Armato, L´Industria Italiana.Cemento, .9/1981, str.595-601 ( asopis) [12] asová závislost korozního procesu a problematika predikce životnosti železobetonových a p edpjatých konstrukcí, MD R 803 120 107, SVÚOM, Kalabisován, Hrdoušek, Vodi ka, Zahrada, Holický, P evorovský, 2001-2004 [13] Výstavba lávky pro p ší v Srbsku, Katodická ochrana proti ú ink m bludných proud , JEKU s.r.o., KPTECH, 2003 SN EN 12 696 Katodická ochrana oceli v betonu, (2000) SN EN 50162 Ochrana p ed korozí bludnými proudy ze stejnosm rných proudových soustav, (2004)
