SANACE A ZESILOVÁNÍ BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ, METODY, TECHNOLOGICKÉ POSTUPY, PŘÍKLADY

SANACE A ZESILOVÁNÍ BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ, METODY, TECHNOLOGICKÉ POSTUPY, PŘÍKLADY REPAIR AND REINFORCEMENT OF CONCRETE STRUCTURES METHODS, TECHNOLOGICAL PROCEDURES

Doc. Ing Jan Tomek, CSc.

SMYKOVÉ ZESÍLENÍ VNĚJŠÍ UHLÍKOVOU VÝZTUŽÍ INCREASING SHEARING REINFORCEMENT

STRENGTH BY EXTERNAL CARBON STEEL

Ing. Jan Perla JAPE-projekt, spol. s r.o., tř. Gen. Píky 9, 613 00 Brno tel: 532043541, fax: 532043591 Anotace : Metodika návrhu smykového zesílení železobetonových konstrukcí externí povrchovou uhlíkovou výztuží pomocí lamel (CFRP-plated) či sítí (CFRsheets) vycházející ze stále platných českých technických norem. Příklady použití smykového zesílení z praxe. Abstract: Method of design aimed at increasing the shearing strength of reinforced concrete structures by an external surface carbon steel reinforcement using CFRP-plates or CFR-sheets, and based on valid Czech building standards. Examples of increasing shearing strength in practice.

1.

ÚVOD

Od roku 1996, kdy byla na našem území poprvé použita technologie lepených uhlíkových lamel pro dodatečné zesílení železobetonových konstrukcí na objektu hlavní budovy Dětské nemocnice v Brně pro umístění počítačového tomografu (viz [3]), se významně rozšířilo zesilování železobetonových konstrukcí vnějšími uhlíkovými lamelami (CFRP-plated). Ročně se jenom na našem trhu jedná o několik stovek metrů aplikovaných lamel od tří prodejců (firmy Sika CZ – systém CARBODUR, firmy MBT Stavební hmoty – systém MBrace a firmy MAPEI – systém CARBOPLATE). Provedeno bylo i více zkoušek na stavebních fakultách tradičních technických univerzit v Brně (Prof. Ing. Štěpánek) a v Praze (Dr.Ing. Podolka – viz např. [4], [5] a [6]). Zatímco o praktických příkladech zesilování prvků při nedostatečné ohybové únosnosti již bylo vícekrát referováno (např. [7], [8] a [9]) a metodice statického návrhu podle systému dřívějších norem ČSN bylo věnováno více článků (viz např. [10], [11], [12] a [13]), dostupných článků o zesílení nedostatečné smykové únosnosti vodorovných prvků již tolik není. Na našem území bylo o smykovém zesílení referováno např. ve [13], kdy byla ukázána praktická aplikace zesílení. Vlastní metodice návrhu smykového zesílení již nebyly články věnovány. Protože v posledním období bylo provedeno několik zesílení nedostatečné smykové únosnosti podle autorova statického návrhu, je tento článek zaměřen na praktické zkušenosti navrhování tohoto druhu zesílení podle platných ČSN (viz [1]). Uvedeny jsou dva příklady smykového zesílení – zesílení pomocí pásků uhlíkových lamel na bocích stropních trámků charakteristického T-průřezu (o kterém již bylo částečně referováno v [7] a [13]) a novější (modernější) způsob zesílení pomocí uhlíkových tkanin přes boky a spodní líc střešního vazníku montované haly. 56

2.

NÁVRH SMYKOVÉHO ZESÍLENÍ PODLE [1]

Smyková únosnost průřezu se skládá z únosnosti vlastního betonu, z únosnosti zabudované betonářské výztuže a z únosnosti dodatečně provedené povrchové uhlíkové výztuže. Jak již bylo zmíněno, uhlíkovou výztuží mohou být jednak lamely (CFRP-plated) použité jako třmínky (tzv. U-spony, anebo v limitním případě i jako jednotlivé pásky lamel pouze na bocích betonového průřezu), nebo uhlíkové tkaniny (CFR-sheet). Prodejci těchto speciálních materiálů jsou schopni poskytnout podklady k navrhování podle převážně národních předpisů výzkumných centrál a sídel mateřského výrobce (především se jedná o metodiky vycházející ze starší normy DIN, příp. novějších norem SIA). V poslední době je možné ještě použít metodické pokyny fib (viz [14]), které důsledně vycházejí ze zpracovávaných norem CEN (viz [15]). Pro běžného projektanta je na našem trhu ale zatím nutná orientace na platný a ucelený systém dřívějších norem ČSN. Proto jsem pro vlastní potřebu rozšířil vzorce smykové únosnosti používané platnou normou [1] o vliv dodatečného zesílení uhlíkovými materiály, takže v dalším budou používána označení jednotlivých veličin (charakteristiky betonů, značky sil apod.) podle této normy. Při návrhu dodatečného smykového zesílení je nutné vždy postupovat podle Přílohy 9 normy [1]. Celkovou smykovou únosnost průřezu lze potom napsat jako modifikaci vzorce (483) normy [1] – v dalším jsou původní vzorce normy již uváděny pouze uvedením čísla vzorce z původní normy (třímístné označení s číslicí “4” na první pozici) a nové vzorce jsou číslovány průběžně (od čísla “1”): Qu = Qbu + Qsu + Qcfu kde Qbu Qsu Qcfu

(1)

je výpočtová posouvající síla na mezi porušení přenášená betonem v tlačené části průřezu na konci šikmého řezu výpočtová posouvající síla přenášená v šikmém řezu smykovou výztuží a skládá se z únosnosti třmínků a případných jednotlivých vložek zabudované betonářské výztuže výpočtová posouvající síla přenášená v šikmém řezu povrchovou uhlíkovou výztuží (lamelami anebo tkaninou)

Únosnost betonu na mezi smykového porušení stanovíme podle vzorce (484) s využitím součinitelů smykové pevnosti dle čl. P 9.2.5. v [1], přičemž do podélného vyztužení lze započítat i vliv případných uhlíkových lamel použitých na ohybové zesílení průřezu (zvýšením součinitele κs). Pro výpočet délky kolmého průmětu šikmého řezu je nutné nejprve stanovit sílu přenášenou na jednotku délky šikmého řezu, kterou lze pro souvislou tkaninu (navazuje na bocích betonového průřezu na sebe) určit podle upraveného vzorce (471): fcfs = Acfs . γcf . Rcfsd kde Acfs γcf

(2)

je průřezová plocha tkaniny (na obou lících betonového prvku), kterou je možné provést i ve více vrstvách součinitel podmínek působení uhlíkové výztuže (obvykle se uvažuje γcf = 1,0) 57

výpočtová pevnost uhlíkové tkaniny v tahu při uvažování součinitele spolehlivosti materiálu γmcf = 1,2

Rcfsd

Tento vzorec lze dále modifikovat i pro uhlíkovou tkaninu lepenou s mezerami, kde je nutné výše uvedený tvar podělit vzájemnou osovou vzdáleností pásů tkanin. Při krátkých délkách průmětu šikmého řezu, anebo při větších osových vzdálenostech pásů tkaniny je nutné modifikovat vzorec (472), který je nutné používat i při dodatečném vyztužování pomocí lamelových třmínků (tzv. U-spon), příp. i pomocí jednotlivých pásků lamel na bocích: fcfb =

Acfs . γcf . Rcfsd

(3)

∑sbi + c

kde Acfb

γcf Rcfsd ∑sbi c

je průřezová plocha všech lamel (jednotlivých pásů tkaniny) na obou lících betonového prvku, které protínají šikmý řez uvnitř úseku o délce a = 0,75c měřené od průsečíku šikmého řezu s podélnou tahovou výztuží podle obr. 69 v [1] součinitel podmínek působení uhlíkové výztuže (obvykle se uvažuje γcf = 1,0) výpočtová pevnost uhlíkové lamely (tkaniny) v tahu při uvažování součinitele spolehlivosti materiálu γmcf = 1,2 součet vzdáleností jednotlivých lamel (pásů tkaniny) uvažovaných pro výpočet plochy Acfb (měřeno ve směru normálových sil) délka průmětu šikmého řezu do směru normálových sil stanovená podle vzorce (469)

Při výpočtu výše uvedených sil dodatečného uhlíkového vyztužení na jednotku délky je nutné uvážit i vliv případného ukončení tkaniny (lamel) na bocích betonového prvku. Zde je nutné neustále kontrolovat geometrii dodatečného vyztužení s ohledem na “zakotvení” povrchové výztuže za případnou smykovou trhlinou, přičemž vliv nepřesnosti průběhu smykové trhliny doporučuji uvážit součinitelem κcf,d = 0,8. U mnoha případů bude místo kritéria “a” rozhodovat toto geometrické uspořádání dodatečného vyztužení (zesílení). Pro stanovení výpočtové pevnosti uhlíkových materiálů je nutné uvážit i vliv rozumného maximálního poměrného přetvoření εf,e (s hodnotou v intervalu 0,004 až 0,006) a plochu lepené tkaniny je nutné násobit součinitelem spolehlivosti provedení tkaniny κcf,A (vyjadřuje množství uhlíkových vláken v laminovaném průřezu), který lze uvažovat hodnotou v intervalu 0,7 až 0,9. Pro stanovení celkové únosnosti posuzovaného průřezu ve smyku lze odvodit vzorce únosnosti pro jednotlivé materiály – viz vz. (1). Jejich odvození je jednoduché, ale je nutné důsledně dodržovat veškerá výše uvedená doporučení. Zároveň je nutné kontrolovat, zda-li nedošlo k nadměrnému zvýšení smykové únosnosti. Obecně se doporučuje nezvyšovat únosnost průřezu více než na dvojnásobek. Při použití přesnějších metod lze kontrolovat dosažení mezní hodnoty poměrného přetvoření uhlíkového materiálu: 58

0,8

εfn,e kde εfn,e Rsn Es

Rsn

(4) Es je normové poměrné přetvoření uhlíkové výztuže (tkaniny anebo lamel), které lze stanovit podle následujícího vztahu (5) normovápevnost zabudované betonářské výztuže v tahu, která se podílí na celkové smykové únosnosti modul pružnosti zabudované betonářské výztuže

a hodnotu normového poměrného přetvoření uhlíkové výztuže: εfn,e

=

κcf,ε . εfn,e

kde εfn,e κcf,ε εf,e

(5)

je normové poměrné přetvoření uhlíkové výztuže (tkaniny anebo lamel) redukční součinitel pro poměrné přetvoření (u tkanin se obvykle se uvažuje roven 0,8 a u lamel roven 1,0) poměrné přetvoření uhlíkové výztuže (tkaniny nebo lamel)

U komplikovanějšího smykového zesílení je nutné provádět i detailnější posudek poměrného přetvoření zabudované betonářské výztuže, protože se jedná o neaktivované dodatečné zesílení smykové únosnosti, kdy je aktivace inicializována přitížením (zvětšením přenášených vnitřních sil) betonového prvku. Zároveň se v těchto případech doporučuje kontrolovat i šířku smykových trhlin a jejich vliv na dodatečnou uhlíkovou výztuž (zejména na lamely). Tyto vlivy je velmi obtížné kvantifikovat (v našich předpisech se nevyskytují), takže se zde otvírá další pole pro vědecký aplikovaný výzkum na našich technických univerzitách. Jako poslední podmínku je nutné zkontrolovat kotevní oblast smykové uhlíkové výztuže – kontroluje se soudržnost uhlíkového materiálu s betonovým povrchem pro stanovenou (dosaženou) výpočtovou hodnotu posouvající síly. Při dodatečném zesilování betonových konstrukcí je nutné (a platí to zejména pro starší konstrukce) provést dostatečný a kvalifikovaný stavebně diagnostický průzkum. Pokud jsou k dispozici původní výkresy vyztužení, postačuje pouze ověření rozměrů průřezů a ověření vyztužení charakteristických míst. Jinak je nutné postupovat destruktivním způsobem (sondami do krycích vrstev betonu k použité výztuži), příp. nedestruktivně pomocí gamagrafického snímkování (zejména u horní výztuže, nebo u ohýbané smykové výztuže). Podle zkušeností je nejvíce rozdílů proti výkresové dokumentaci u třmínkové smykové výztuže. Z povrchu obnažené výztuže a doby realizace konstrukce lze obvykle určit druh výztuže. Materiálové charakteristiky je potom možné převzít ze [2]. V případě pochybností je nutné z konstrukce odebrat vzorky výztuže pro stanovení pracovního diagramu v tahu, výsledky statisticky vyhodnotit na zaručené (charakteristické) hodnoty a použít dílčí součinitel spolehlivosti materiálu γms = 1,1. Velkou pozornost je nutné věnovat i zesilovanému betonu, kdy nestačí zjistit pouze pevnost betonu v tlaku (a v žádném případě ne pouze nedestruktivně pomocí Schmidtových tvrdoměrů), ale je nutné zjišťovat i pevnost v tahu povrchových vrstev betonu (zejména na bocích betonových prvků) a rovněž i statický modul pružnosti zesilovaného betonu. 59

Podle výše uvedeného zjednodušeného postupu lze navrhnout bezpečné a zejména efektivní zesílení nedostatečné smykové únosnosti betonových průřezů. Autor použil tuto metodiku vícekrát, i při návrhu již realizovaných smykových zesílení (dva příklady zesílení se stručnou charakteristikou a zejména fotografickou dokumentací z provádění jsou uvedeny v následujících kapitolách). 3.

ZESÍLENÍ UHLÍKOVÝMI LAMELAMI NA BOCÍCH PRVKU

Tento starší způsob smykového zesílení byl použit na objektu firmy ABB na ulici Milady Horákové v Brně. Jednalo se o zesílení průjezdu do dvora, kdy investor požadoval takové zesílení konstrukce, které by zaručovalo bezpečný průjezd těžší techniky do dvora (dopravníky betonu pro chystanou dvorní přístavbu). Předmětná konstrukce trámového stropu byla proto zesílena na parametry vozovky zatěžovací třídy B podle mostních norem (tj. pro vozidlo o hmotnosti do 22,0 tun s tlakem od předního kola 27,5 kN a od zadního kola 82,5 kN při vzdálenosti náprav 3,0 m). Zesílena byla jednak ohybová únosnost (zvýšením průřezu spřaženou nadbetonávkou shora na stávající stropní desce a přídavnou spodní výztuží z uhlíkových lamel CARBODUR typu S 512 firmy Sika na spodním líci stropních trámů betonového T-průřezu) a rovněž i smyková únosnost šikmými krátkými lamelami typu CARBODUR S 512 po 450 mm. Původní železobetonové trámy měly průřez 250×500 mm včetně stropní desky tl. 120 mm. Beton z roku 1957 odpovídal druhu “f” tehdejší klasifikace (podle dnešního hodnocení se jedná o beton tř. B20) a pro konstrukci se dochovala původní projektová dokumentace. Realizaci provedla v létě roku 1998 firma Saron Brno (Ing. Navara). Na zesílené konstrukci byly provedeny i zatěžovací zkoušky, které provedla a vyhodnotila firma BESTEX. Podrobnosti již byly uvedeny ve [13].

Obr. 1: Rozmístění pásků CFRP–lamel na bocích trámků

4.

ZESÍLENÍ UHLÍKOVÝMI TKANINAMI PŘES BOKY A SPODNÍ LÍC PRVKU

Tento novější způsob smykového zesílení byl použit na objektu skladové haly v Lobendavě. Jednalo se o zesílení nedostatečně nadimenzovaných střešních sedlových plnostěnných vazníků u montovaného železobetonového skeletu. Zesílení bylo nutné jednak pro dodatečné požadavky investora na hmotnost podvěšených instalačních vedení, ale rovněž i z důvodu chyby zpracovatele výrobní dokumentace atypic60

Obr. 2: Nalepené pásky lamel Sika CarboDur S 512 a měření při zatěžovací zkoušce

Obr. 3: Zatěžovací vozidlo při zkoušce zesílené konstrukce průjezdu

kých prefabrikovaných prvků. Pochybení se týkalo nedostatečné mezní únosnosti ve smyku při zatížení původně uvažovaným podvěšeným vedením (nehledě na požadované zvýšení intenzity tohoto zavěšeného vedení) a rovněž i nedostatečných délek zakotvení podélné tažené výztuže při spodním líci průřezu v uložení na sloupy. Na tyto nedostatky se přišlo v průběhu realizace (již po namontování vazníků a střešního pláště, ale ještě před provedeObr. 4: Výpočet šikmých řezů a rozmístění pásů CFR–tkaniny ním zavěšeného vedení) na podzim roku 2002. Sedlové střešní vazníky na rozpon 25,2 m jsou plnostěnné o šířce 180 mm s rozšířeným horním pásem na 430 mm. Jejich výška v uložení činí 1010 mm a ve hřebeni 1,9 m. Provedeny byly z betonu tř. B40 a betonářské výztuže jakosti 10 505 /R/. Pro zesílení byly použity jednosměrné uhlíkové tkaniny WRAP 230 C firmy Sika, které se nalepovaly na boky vazníku spojitě přes spodní líc průřezu (bylo nutné kontrolovat pouze dostatečné zakotvení horního konce tkaniny), a lepidlo Sikadur 330, které je v sortimentu firmy určeno speciálně pro lepení uhlíkových tkanin. Z požárních

Obr. 5: Příprava oblastí pro lepení tkanin

Obr. 6: Realizované smykové zesílení střešního vazníku

61

důvodů bylo povrchové smykové zesílení dodatečně obloženo požárními deskami. Realizaci provedla v listopadu roku 2002 firma VMS Praha (Ing. Stryk), kterému tímto děkuji za poskytnutí fotografické dokumentace. 5. ZÁVĚR Zesílení nedostatečné smykové únosnosti betonových průřezů je další možností použití externí povrchové uhlíkové výztuže. Zjednodušeně uvedená metodika návrhu tohoto zesílení důsledně vychází z platných českých technických norem, které jsou ověřeny delším užíváním ( a praxí) a které, narozdíl od připravovaných norem CEN, autor pokládá i za sofistikovanější z hlediska metody dílčích součinitelů spolehlivosti. Při realizaci zesílení smykové únosnosti se v praxi ověřilo i jednodušší provádění uhlíkových lamel a tkanin, takže tyto materiály postupně vytlačily dříve používané zesílení ocelovými plechy. Zejména uhlíkové tkaniny, které se dnes vyrábí i vícesměrné, slibují bezpečné zesílení smykem i kroucením namáhaných betonových průřezů, které je navíc realizačně poměrně jednoduché. Další možností jejich aplikace jsou v našich podmínkách nedostatečně vyztužené sloupy, které lze jednoduše ovinout a napravit tak buď nedostatečnou únosnost (pouze částečně uvažováním ovinutého jádra betonu), anebo konstrukční nedostatky (nevhodně uspořádané, anebo chybějící třmínky apod.). Zároveň lze zvyšovat i odolnost konstrukcí vůči seismickým účinkům, či jiným dynamickým projevům. Autor příspěvku děkuje firmám Sika CZ se sídlem v Brně, Sika Slovensko se sídlem v Bratislavě a MBT Stavební hmoty se sídlem v Chrudimi za poskytnutí výzkumných zpráv, firemních metodik navrhování a zejména za zprostředkování konzultací se zahraničními specialisty. LITERATURA [1] ČSN 73 1201 – Navrhování betonových konstrukcí srpen 1986 [2] ČSN 73 0038 – Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách červen 1986 [3] Perla J. Zesílení betonových průvlaků pomocí přilepené uhlíkaté výztuže, In: Sanace betonových konstrukcí 1997, s. 95÷99, SSBK Brno, květen 1997 [4] Podolka L.: Poznatky ze zkoušek nosníků zesílených CFK lamelami, In: Sanace a rekonstrukce staveb 99, s. 169÷178, ČSS Praha, říjen 1999 [5] Podolka L.: Zkušenosti se zesilováním konstrukcí CFK lamelami - porovnání dvou systémů, In: Sanace betonových konstrukcí 2001, s. 66÷72, SSBK Brno, květen 2001 [6] Podolka L.: Zesilování konstrukcí nekovovými materiály – porovnání dvou systémů, In: Sanace betonových konstrukcí 2002, s. 106÷113, SSBK Brno, květen 2002 [7] Perla, J.: Praktické zkušenosti s návrhem externího zesílení betonových konstrukcí pomocí uhlíkových lamel, In: sborník Betonářské dny ‘99, s. 233÷241, ČBZ Pardubice, prosinec 1999 [8] Podolka L.: Zkušenosti se zesilováním konstrukcí CFK lamelami a CFK tkaninami, In: Betonářské dny 2001, s. 160÷165, ČBS Pardubice, listopad 2001 62

[9] Rademacher, M.: Zesilování ŽB konstrukcí uhlíkovými lamelami Sika CarboDur – příklady aplikací, In: Sanace betonových konstrukcí 2002, s. 93÷98, SSBK Brno, květen 2002 [10] Štěpánek P.: Navrhování dodatečného zesílení betonových konstrukcí externí lepenou výztuží, In: Betonářské dny 98, s. 171÷174, ČBZ Pardubice, prosinec 1998 [11] Štěpánek P.: Některé aspekty statického návrhu zesílení železobetonové konstrukce lepenými uhlíkovými lamelami, In: Sanace betonových konstrukcí 1998, s. 108÷111, SSBK Brno, květen 1998 [12] Perla, J.: Navrhování zesílení betonových konstrukcí pomocí uhlíkových lamel Sika CarboDur, In: seminář Zesilování konstrukcí externí uhlíkovou výztuží, nové technologie betonu, Sika CZ Brno, listopad 1999 [13] Perla, J.: Sanace betonových konstrukcí pomocí uhlíkových lamel Sika CarboDur, In: Sanace betonových konstrukcí, roč. 1999, č. 4, s. 2÷9 [14] Externally bonded FRP reinforcement for RC structures, fib Bulletin 14, fib, July 2001 [15] prEN 1992-1-1 – Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1: General rules and rules for bulldings, draft for Stage 49, CEN, July 2002 [16] Perla, J.: Rekonstrukce Janáčkova divadla v Brně, In: sborník Betonářské dny 2001, s. 190÷198, ČBS Pardubice, listopad 2001 [17] Perla, J.: Rekonstrukce Janáčkova divadla – dokončení 1.etapy, In: sborník Betonářské dny 2001, s. 82÷92, ČBS Pardubice, listopad 2001 [18] Deuring M. : Verstärken von Stahlbeton mit gespannten Faserverbundwerkstoffen, EMPA Dübendorf 1993 [19] Neubauer U. : Verstärken von Betonbauteilen mit geklebten CFK-Lamellen Sika CarboDur - Einführung und Berechnungsbeispiele, In: Neue Technologien zum Erhalten und Verstärken von Bauteilen, Gladbeck, červen 1997 [20] Hankers Ch.: Zum Verbundtragverhalten laschenverstärkter Betonbauteile unter nicht vorwiegend ruhender Beanspruchung, In: HEFT 473, s. 5÷107, Beuth Verlag Berlin, 1997 [21] Holzenkämpfer P. : Ingenieurmodelle des Verbunds geklebter Bewehrung für Betobauteile, In: HEFT 473, s. 109÷209, Beuth Verlag Berlin, 1997 [22] Sandner D.: Statische Verstärkung mit Sika CarboDur. Berechnung - Beispiele, In: Neue Technologien zum Erhalten und Verstärken von Bauteilen, Gladbeck, červen 1997 [23] Design Guide FRP – Fibre Reinforcement Polymer for S&P Products, firemní podklady, S&P Brunnen, June 2000 [24] Shear strengthening of Beams with SikaWrap, firemní materiál, Sika Zürich, December 1999

63

REKONSTRUKCE HALY MLÝNICE A SKLADU SUROVIN V CEMENTÁRNĚ MOKRÁ REDEVELOPMENT OF GRIDING PLANT HALL AND RAW MATERIAL STORE OF THE MOKRÁ CEMENT WORKS Ing. Jiří Vlašimský Ing. Ivo Macháň

(1) (2)

(1) Sika CZ, s.r.o., Bystrcká 36, 624 00 Brno Tel.: 546 422 464, FAX: 546 422 400, e-mail: [email protected] (2) SASTA, spol.s r.o., Houbalova 4, 628 00 Brno Tel.: 544 422 366, FAX: 544 422 369, e-mail: [email protected] Anotace: celková rekonstrukce a modernizace haly mlýnice a skladu cementářských komponent v Cementárně Mokrá, jejíž součástí bylo též zesilování a sanace stávajících železobetonových konstrukcí Abstract: General redevelopment and modernisation of the grinding plant hall and the store of cement components of the Mokrá cement works, including the strengthening and repair of the existing reinforced concrete structures. 1. ÚVOD Po vstupu strategického partnera do společnosti Českomoravský cement a.s. se začala podoba našich cementáren měnit. I Cementárna Mokrá postupně mění svoji tvář. V období 03 – 08 / 2002 proběhla rekonstrukce haly, v níž je umístěn sklad cementářských surovin a mlýnice. Jedná se o železobetonový skelet z roku 1964, půdorysných rozměrů 160 x 30 m a výšky přes 25 metrů. Celková rekonstrukce sestávala z modernizace skladových prostor - změna dispozice a systém skladu sypkých cementářských komponent. To znamenalo bourání části stávajících železobetonových příček a obvodových stěn, betonáž nových. Dále proběhla oprava střechy, stropních ocelových konstrukcí, výměna opláštění. Významnou část rekonstrukce činilo též zesílení obvodových železobetonových sloupů a stěn haly s jejich následnou sanací a ochranou proti agresivitě prostředí (obr. 1,2).

2. ZESILOVÁNÍ A SANACE ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ V minulosti, díky překračování maximálního množství uskladněných surovin došlo k vychýlení sloupů včetně jeřábové dráhy. Neopatrnou manipulací při nakládání surovin byly prudkými nárazy s drapákem značně poškozeny hrany sloupů, případně i další části železobetonových konstrukcí (obr. 3, 4). Některé části konstrukcí také vykazovaly značně pokročilý stav koroze výztuže, zejména v exteriéru. Překvapivě byla zkorodovaná i výztuž, která sice měla malé

64

krytí betonu, ale celá léta byla doslova pasivována a chráněna dodatečnou, až několik centimetrů silnou vrstvou zatvrdlého cementového prachu, takže by se dalo předpokládat, že ke korozi výztuže nedojde. Na obrázcích je vidět stav výztuže po odstranění zatvrdlého cementového prachu – doslova omítky (obr. 5, 6). Na základě stavebně technického posudku byly navrženy metody zesilování (VUT Brno, ing. Klusáček) a navržena technologie sanace poškozených i nepoškozených stávajících železobetonových konstrukcí (Balance Brno ,s.r.o.).

Obr. 1, 2: Celkový pohled na halu před a po rekonstrukci

Obr. 3, 4: Poškození sloupů ve skladu surovin

Obr. 5.,6.: Koroze výztuže pod cementovými nánosy

65

VLASTNÍ SANACE ŽB.KONSTRUKCE SE DÁ ROZDĚLIT DO TŘÍ ZÁKLADNÍCH ČÁSTÍ: 1)

Sanace železobetonových konstrukcí Tato část sestávala prakticky z kompletního technologického postupu sanací, tak jak jej známe z příruček. Tryskání sanovaného povrchu na nosný podkladní beton (odstraňování vrstev zatvrdlého cementového prachu), obnažení zkorodované výztuže a její ošetření. Dále zajištění krycí vrstvy reprofilační správkovou maltou ručně nanášenou pro lokální opravy, nebo u velkoplošných zásahů strojně nanášenou suchou torkretovací směsí na přikotvené kari-sítě (obr. 7, 8). Celoplošně nanesení jemné stěrkové malty jako příprava podkladu pod nátěr. 2) Statické zajištění a zesílení sloupů vnesením sil do betonu umístěním přepínacích lan Monostrand (obr. 9, 10). 3) Ochrana železobetonových konstrukcí proti agresivnímu prostředí ochranným nátěrem, v oblastech se zvýšeným rizikem další koroze výztuže se prováděla aplikace migračního inhibitoru koroze (obr. 11,12).

Obr. 7.,8: Plošná reprofilace suchým torkretem na přikotvenou síť

Obr. 9: Zesílení sloupů lany Monostrand

Obr. 10: Sanované sloupy ve skladu

66

Obr. 11,12: Pohled na sanované venkovní konstrukce opatřené ochranným nátěrem

3. ZÁVĚR Hlavním dodavatelem stavebních prací byl IMOS Brno, a.s.. V subdodávce zesilovací práce a sanace betonových konstrukcí realizovala firma SASTA, spol. s r.o., podle projektové dokumentace projekční a statické kanceláře Balance s.r.o. (sanace) a na základě projektu VUT Brno ( zesilování ). Použity byly sanační systémy Sika : SikaMonoTop 610 /SikaTop 122 SP/ SikaMonoTop 620 pro ruční zpracování, SikaRep4N / SikaMonoTop 620 pro strojní zpracování , ochranný nátěr Sikagard Elastocolor W, inhibitor koroze SikaFerroGard 903, ochrana mechanicky zatížených ploch výsypek Sikagard 720 EC. Veškeré práce byly prováděny v několika etapách za provozu, bez odstávky výroby cementu. Přesto se podařilo dílo předat v požadovaných termínech a kvalitě díky vysokému pracovnímu nasazenía a díky použití nejmodernějších sanačních technologií.

67

REKONSTRUKCE ŽELEZNIČNÍHO MOSTU V KM 311, 171 TRATI DĚTMAROVICE – STÁTNÍ HRANICE ČR/SR; „MYŠÍ DÍRA“ V TŘINCI RESTORATION OF THE BRIDGE OVER THE RAILWAY AT KM 311, 171 OF THE RAILWAY LINE DĚTMAROVICE – SLOVAK BORDER; “MYŠÍ DÍRA (MOUSE HOLE)” IN TŘINEC Ing.Libor Hlísníkovský Ing.Richard Wojnar MBT Stavební hmoty s.r.o., K Májovu 1244, Chrudim, 537 01 Tel: +420 469 607 111, Fax: +420 469 607 112, e-mail: [email protected], www.mbtsh.cz Anotace: Článek popisuje velmi významnou rekonstrukci mostu nad železnicí v Třinci, při níž se používá jako hlavní hydroizolační membrána dvousložkový nástřikový polyuretan Conipur 255. Abstract: Paper describes very important restoration of the bridge over the railways in Třinec with the use of two component polyurethane sprayed waterproofing Conipur 255 as a main waterproofing membrane. Zhotovitel stavby: Sdružení firem „MYŠÍ DÍRA V TŘINCI“ vedoucí sdružení: Firesta – Fišer, rekonstrukce, stavby a.s. Brno členové sdružení: D5 akciová společnost Třinec Stavební společnost CZ a.s., Valašské Meziříčí Zhotovitel technologie izolací spodní stavby a mostovky: MBT Stavební hmoty s.r.o. Chrudim Projektant prováděcí dokumentace: DOPRAVOPROJEKT s. r. o. Ostrava Lhůta výstavby: červen 2001 – listopad 2002 Rekonstrukce – úplná přestavba - drážního mostu byla součástí stavby s názvem „Rekonstrukce podjezdu Myší díra na silnici II/468, Frýdecká, Třinec“. Jednalo se o rozhodující stavební objekt této stavby – na realizaci byla určena více než čtvrtina nákladů celé stavby. Stavba byla rozčleněna na 42 stavebních objektů. Kromě uvedené přestavby drážního mostu zahrnuje rekonstrukci silnice v úseku dlouhém zhruba 370 m včetně veškeré kanalizace, rekonstrukci silničního mostu přes Olši, rekonstrukci potrubního mostu horkovodu, výstavbu čerpací stanice odpadních vod, stavbu nových opěrných zdí, které jsou z části postaveny na kotvených milánských stěnách, stavbu okružní křižovatky, rekonstrukci světelné křižovatky, stavbu nové energolávky na rozšířeném silničním mostě, demolice pozemních staveb, rekonstrukce chodníků a mnoho, většinou komplikovaných, přeložek inženýrských sítí. 68

Ředitelstvím silnic a dálnic České republiky a Komisí Evropského společenství v rámci programu přeshraniční spolupráce CBC Phare byla na jaře roku 2001 vyhlášena výzva k podání nabídky na realizaci projektu. Smlouva na zakázku byla podepsána dne 19. 6. a na konci června po předání staveniště byla stavba zahájena. Úsek rekonstruované komunikace v těsné blízkosti centra Třince má značný význam. Město zde jako přirozená překážka rozděluje řeka Olše a současně v bezprostřední blízkosti souběžně vedené náspové těleso železniční tratě Dětmarovice – státní hranice. Jde o jeden ze dvou nejdůležitějších železničních tahů z Česka na Slovensko. Na silniční komunikaci bezprostředně v blízkosti drážního mostu navazuje vjezd do jižní brány nejvýznamnějšího průmyslového podniku regionu TŽ a.s. Stavba byla od počátku hodnocena pro provádění jako velmi náročná, musel být splněn požadavek na trvalé zajištění veřejné silniční, železniční a pěší dopravy po celou dobu stavby. Původní podjezd pod drážním mostem s nevyhovující podjezdnou výškou i šířkou – právě proto nazývaný „Myší dírou“ - měl naprosto nedostatečnou kapacitu, která byla v příkrém rozporu se stále rostoucí dopravní intenzitou na tomto úseku silnice. Postup výstavby rozhodujícího stavebního objektu stavby, drážního mostu v km 311, 171 trati Dětmarovice – státní hranice ČR/SR, byl projektem rozčleněn do osmi základních etap a každá etapa dále do několika navazujících fází. Do konce září byly provedeny podmiňující úpravy zatrolejování. V říjnu 2001 byla do obou hlavních kolejí na mostě a pod odbočnou výhybku z výtažné koleje na vlečku TŽ a.s. vložena mostní provizoria z volných nosníků. Pod ochranou provizorií se postavila nová opěra a střední pilíř. Současně se stavěly opěrné zdi a zárubní zdi na kotvených milánských stěnách podél nového chodníku na straně k TŽ. Po dokončení nové spodní stavby, která byla na „mladý“ beton izolována speciální cementovou izolací Thoroseal FX 122, betonáži železobetonové údolnicové desky, zřízení vozovky a po dokončení plánovaných přeložek na straně k TŽ a.s. byla na konci května 2002 do nového mostního otvoru pod mostní provizoria převedena silniční doprava. Od dubna probíhala stavba nové jablunkovské opěry v otvoru původního mostu pro pěší. Od 3. do 16. června 2002 se uskutečnily hlavní výluky železničního provozu pro vynětí mostních provizorií, úplné odbourání původního mostu a vložení nové ocelové konstrukce včetně úložných prahů. Nosná ocelová konstrukce šikmého železničního mostu s průběžným kolejovým ložem o dvou polích s vějířovitým uspořádáním hlavních nosníků byla vyráběna od konce ledna firmami TŽ Strojírenská výroba a.s. a D5 akciovou společností. Konstrukce byla vyrobena ve 12 částech o hmotnosti od 12 do 30 tun. Tyto byly vyvezeny na montážní kompletační plošinu na vlečce TŽ a.s. v blízkosti mostu. Zde byly sesazeny a svařeny do tří montážních dílů pro vkládání. Každý montážní díl vlastně představuje konstrukci o dvou polích pro jednu průběžnou kolej na mostě. Sestavení montážních dílů na montážní kompletační plošině bylo provedeno pomocí dvou silničních jeřábů Demag AC 395 . Manipulace s montážními díly OK ve výlukách železničního provozu včetně postupného ukládání na podpěry mostu byly prováděny dvěma kolejovými jeřáby EDK 750, přesuny montážních dílů pomocí železničních oplenových vozů. Vlastní montáž byla neobvyklá a v českých podmínkách jedinečná. Spočívalo to především v provedení kvalitních nosných montážních svarů v krátkých termínech. 69

Každý ze dvou nosných montážních svarů (vždy mostovkový plech délky 27 m a oba příčník v celém průřezu) včetně přípravy, všech předepsaných zkoušek a také všech případných oprav byl v harmonogramu výluky omezen na 24 hodin s tím, že pouze po dobu 345 hodiny na počátku svařování byl zcela vyloučen železniční provoz. Po celou dobu montážních prací nikdy nebyl vyloučen železniční provoz ve všech kolejích na mostě současně (tzv. „nickolejný provoz“) na dobu delší než 345 hodiny. Obavy odborníků z toho, že se nepodaří v komplikovaných výlukách povolených bez jakýchkoli rezerv sestavit navazující montážní díl OK pro svarový spoj s dostatečnou přesností, se díky mimořádné kvalitě a nasazení montážních pracovníků nenaplnily. Na vnitřní povrch žlabu kolejového lože byla provedena nástřiková izolace CONIPUR 255 tl. 5 mm na dně žlabu a 3 mm na stěnách, které ukončují kolejové lože napříč mostu. Tato izolace byla postupně provedena na montážní kompletační plošině mimo mostní otvor před uložením dílů konstrukcí do provozovaných kolejí. Izolace nevyžaduje ochrannou vrstvu, přesto na žádost správce mostu má ještě ochrannou vrstvu z gumotextilních recyklovaných pásů a desek tl. 7 – 10 mm. Použitím pryžové ochranné vrstvy izolace se zřejmě podařilo významně snížil hlukové emise od projíždějících železničních vozidel po mostě. Správci mostu se tak podařilo svým požadavkem zkvalitnit projektové řešení stavby v intravilánu města. Na závěr výluky bylo kolejiště na mostě uvedeno do původního stavu před rekonstrukcí. Bezprostředně po té se prováděly práce na opěrných stěnách chodníku, včetně finálního nátěru povrchu všech betonových zdí PCI-Betonfinish W. Obdobně pokračovaly práce na podkladních a vozovkových vrstvách silniční komunikace včetně všech souvisejících prací. Základní údaje: překonávané překážky: úhel přemostění: světlá šířka otvorů: světlá výška otvorů: kolmá délka přemostění: šikmá délka přemostění šířka mostu: výška mostu: konstrukční výška: stavební výška: osová vzdálenost kolejí: izolace žlabu kolejového lože ocelového mostu: izolace spodní stavby: nátěry betonových konstrukcí:

Silnice II/468 v kategorii M16,5/60 s oboustrannými chodníky cca 70° 11,2+12,2 m 4,95m 24,40 m 26,06 m 17,56 až 19,11 m 6,55 m Průměrně 0,51 m Průměrně 1,12 m Nemění se (4,75 m) Stříkaná izolace Conipur 255 (pro průběžné štěrkové lože) Modifikovaná cementová izolace Thoroseal FX 122 Speciální nátěrová hmota PCI-Betonfinish W

Na mostě přes Olši byly rozšířeny dosavadní opěry i pilíř, aby na něm mohlo být zajištěno prostorové uspořádání vozovky dle projektu. Na podzim 2001 byla vyměněna ložiska mostu a současně provedeny úpravy na úložných prazích mostu. Na původní a současně na nové betonové atypické předpjaté rozšiřující nosníky desek mostu byla nadbetonována spojitá spřahující železobetonová deska. Následovalo zřízení 70

izolačních a vozovkových vrstev, dobetonování říms, osazení nového zábradlí a výstavba nových chodníků. Součástí stavby bylo postupné vybudování nové okružní křižovatky silnic II/468 a II/476 ve třech navazujících etapách. Obdobně byla provedena rekonstrukce křižovatky ulic 1.Máje a Frýdecké také ve třech jiných samostatných etapách během srpna a září 2002. Současně s rekonstrukcí silnice došlo samozřejmě k úplné rekonstrukci jejího odvodnění, rekonstrukci veřejného osvětlení a bylo provedeno nové dopravního značení vždy v celém rozsahu úseku dotčeného stavbou. Rekonstrukce silniční komunikace, přestavba tří mostů, výstavba nových inženýrských stavebních objektů a překládky inženýrských sítí řešené projektem stavby jsou v celém svém rozsahu součástí schváleného územního plánu města Třince, ve kterém je stavba vedena jako veřejně prospěšná. Rekonstrukce úseku silnice II/468 a především řešení podjezdu této komunikace pod drážním mostem na trati ČD Dětmarovice – státní hranice je plně v souladu s programem rozvoje sítě pozemních komunikací. Realizací stavby dochází jednak k podstatnému zlepšení propojení centrální části Třince s areálem nemocnice a sídliště Sosna a dále pak ke značnému zkvalitnění přístupu k hraničnímu přechodu Horní Lištná – Leszna Obr. 1: Stav před rekonstrukcí Gorna. Stavební dílo bylo dokončeno dle projektu stavby a dle nabídkového harmonogramu ve vysoké kvalitě tak, aby odpovídalo potřebám města - jeho občanů i návštěvníků.

Obr. 2: Most po rekonstrukci

Za zhotovitele technologie izolací spodní stavby a mostovky – Ing. Libor Hlisníkovský, MBT Stavební hmoty s.r.o. Chrudim Za sdružení zhotovitelů stavby – Ing. Tomáš Chalupa, Firesta – Fišer, rekonstrukce, stavby a.s. Brno

Obr. 4: Pohled z železničního mostu k železniční stanici Třinec

Obr. 3: Čištění penetrace Conipox 81 od přebytečného písku před vlastním nástřikem izolace Conipur 255 na části mostovky připravované mimo vlastní místo uložení

71

SANACE SPODNÍ STAVBY MOSTU PŘES DÁLNICI D1 REPAIR OF THE SUBSTRUCTURE OF THE BRIDGE OVER THE D1 MOTORWAY

Ing. Milan Matějíček Ing. Jiří Zahrada, CSc. ŽS Brno, a.s. závod MOSAN, Burešova 938/17, Brno-střed 660 02 tel.: +420 541 572 202 fax.: +420 541 572 210 e-mail: [email protected] www.zsbrno.cz Anotace: Oprava spodní stavby mostu ev. č. D1 - 226 přes dálnici D1 v km 190,074 na západním přivaděči v Brně. Hlavním úkolem opravy mostu bylo zesílení patních částí sloupů podpěr, sanace narušených částí ŽB sloupů a úložných prahů a zpevnění krajnic. Abstract:

Repair of the substructure of bridge No. D1 - 226 over the D1 motorway at km 190,074 on the western feeder street in Brno. The repair‘s main aim was the strengthening of the column footing, repair of the damaged parts of reinforced concrete columns and bearing blocks, and strengthening of shoulders.

1. STRUČNÝ POPIS PŘEDMĚTNÉHO MOSTU

Obr. 1: Celkový pohled na most po rekonstrukci

Betonová mostní konstrukce (obr.1) o pěti prostých polích sestává ze dvou samostatných konstrukcí pro každý jízdní pruh. Mostní konstrukce je sestavena z dodatečně předpjatých prefabrikovaných nosníků typu KA-67 uložených na elastomerová ložiska. Most je směrově přímý a převádí dvě dvoupruhové komunikace pro každý dopravní směr. Spodní stavbu tvoří 2 krajní masivní železobetonové opěry (č. 1 a 6) a 4 vnitřní železobetonové členěné podpěry (č. 2 až 5). Vnitřní členěné rámové podpěry tvoří vždy šestice ŽB kruhových sloupů o průměru 900 mm, které jsou vetknuty do stupňovitých základových pasů opřených na pilotách Franki. Rámovou podpěru ukončuje lichoběžníkový ŽB úložný práh s převislými konci.

72

2. Z HISTORIE MOSTU Stavební objekt byl postaven v letech 1971 až 1973 státním podnikem Dopravní stavby Olomouc, podle prováděcího projektu vypracovaného v roce 1970 Dopravoprojektem Brno. V roce 1994 a 1995 proběhla oprava nosné konstrukce spojená s jejím zvedáním a výměnou ložisek. V rámci této opravy proběhla rovněž částečná sanace spodní stavby, která spočívala v opravě porušených míst a v sanaci betonových povrchů částí poškozených sloupů Obr. 2: Rozsáhlé poškození úložných a úložných prahů. prahů

3. DIAGNOSTICKÝ PRŮZKUM STAVU SPODNÍ STAVBY Diagnostická zpráva z roku 1998 konstatuje, že přes provedenou sanaci pokračuje koroze výztuže, v krycí vrstvě se projevují trhlinky kopírující pruty výztuže a dochází k lokálnímu odtržení celé krycí vrstvy. Zpráva končí konstatováním, že případná rekonstrukce vyžaduje provizorní podepření nosné konstrukce a doporučením na zvážení nahrazení celé spodní stavby. Následný diagnostický průzkum v roce 1999 ukončený zprávou z ledna 2000 potvrdil a upřesnil předcházející výsledky. Zkoušky pevnosti betonů, které byly stanoveny na vzorcích z jádrových vývrtů ze sloupů vnitřních podpěr potvrzují rozdílnou kvalitu betonu (krychelná pevnost od 19,4 do 28,2 MPa v roce 1998 a 25,6 až 37,8 MPa v roce 1999), která neodpovídá návrhu prováděcího projektu na beton B 330. Průměrná pevnost úložných prahů vykazovala 34 a 38 MPa, což je pevnost dostačující, která nevede ke snížení únosnosti mostu. Rozsáhlá potenciální a elektrická měření prokázala značnou korozi betonářské výztuže (potenciál v roz-

Obr. 3, 4: Stav sloupů před sanací

73

mezí: bez koroze / -200 mV / až silné lokální korozní narušení / -350 mV / ). Na sloupech je odtržena krycí vrstva výztuže v oblastech dosahujících 25 až 75 % povrchu sloupů. Podle závěrečné zprávy zaručená pevnost betonu spodní stavby jako celku nepřesáhne 22 MPa, betony mají vysokou otevřenou pórovitost. Konstatuje se, že degradace cementového tmele spojená s vyluhováním CaO a SiO2 postupuje rychle s odhadem, že jádro některých sloupů bude zasaženo během tří až čtyř roků a koroze výztuže bude dále Obr 5: Zesílení sloupů ochrannou přibetonávkou pokračovat. stav po rekonstrukci 4. NÁVRH OPRAVY MOSTU Návrh sanačních opatření na zabezpečení spodní stavby je časově omezen na předpokládanou dobu cca 15 až 20 let. V souvislosti s výhledovým rozšířením dálnice u Brna na šestiproudou, bude nutné tento mostní objekt demolovat a zcela nahradit novou mostní konstrukcí na základě nového prostorového řešení křižovatky v místě západního přivaděče. Vedle technického řešení se jednalo především o rozhodnutí o ekonomicky přijatelné sanaci spodní stavby, která by zabezpečila dostatečnou spolehlivost a bezpečnost při zachování příznivého vzhledu celého objektu.. Na základě všech skutečností a po statickém přepočtu únosnosti spodní stavby, které vychází relativně příznivě i při nedodržení kvality betonu předepsané prováděcím projektem se investor (Ředitelství silnic a dálnic ČR - závod Brno) rozhodl provést méně náročnou sanaci spodní stavby, která zabezpečí konstrukci po dobu omezené životnosti, tj. cca 15 let. Bylo konstatováno, že vnitřní podpěry byly celkově dobře a bezpečně vyztuženy na základě velmi dobrého návrhu mostní konstrukce, odpovídající znalostem a odborné úrovni v době návrhu a stavby. Slabinou zůstala špatná kvalita betonu, jejíž příčiny se nepodařily spolehlivě odhalit ani diagnostickými průzkumy či studiem zbylých materiálů ze stavby. Značná rozdílnost pevností betonu poukazuje patrně na technologickou nekázeň v době výstavby. Návrh opatření sledoval také praktický postup opravy bez potřeby provizorního podepření, které by mohlo výrazně zkomplikovat provoz na dálnici. Na základě již výše zmíněného se návrh opravy ustálil na těchto hlavních bodech: 1) ochranné zesílení patních částí železobetonových sloupů, 2) sanace narušených částí železobetonových sloupů a úložných prahů 3) ochranné nátěry spodní stavby a 4) zpevnění krajnic pod mostem. 5. PRŮBĚH STAVEBNÍCH PRACÍ PŘI OPRAVĚ Zakázku na provedení opravy spodní stavby mostu D1 - 226 získala firma ŽS Brno a.s., závod MOSAN a uskutečnila ji v termínu září až listopad 2002. Stavba musela probíhat za nepřetržitého provozu, z čehož vyplynulo to, že práce probíhaly po jednotlivých opěrách. Doprava pod mostem na dálnici byla přizpůsobena tak, že byly zachovány dva jízdní pruhy v obou směrech a pro opravu měl zhotovitel k dispozici pouze odstavné pruhy (při opravě krajních podpěr), respektive rychlé pruhy 74

(při opravě střední podpěry). Staveniště bylo odděleno od provozu na dálnici pouze prefabrikovanými montovanými ŽB svodidly. Ochranné zesílení patních částí železobetonových sloupů bylo navrženo na výšku 1,6 až 1,8 m nad základovým pasem, tj. na výšku 0,6 m nad zpevněný horní povrch krajnic a středního pruhu dálnice. Ochranná obetonávka z betonu C 30/37 sap 3b (B 425) byla provedena v konstantní tloušťce 200 mm s vnějším průměrem 1300 mm a doplněna konstrukční výztuží kotvenou jak základových pasů tak i do sloupů. Pro splnění druhého bodu opravy mostu bylo nutno mechanicky odstranit zdegradované, zkarbonatované a nesoudržné části sloupů, úložných prahů i obou opěr, což bylo provedeno lehkými sbíjecími kladivy a následně na to byl povrch celé spodní stavby otryskán vysokotlakým vodním paprskem při tlaku 1500 barů. Na takto připravený podklad bylo možno začít aplikovat jednotlivé složky sanačního systému firmy Super - Krete, který předepsal investor. Na obnaženou, suchou a očištěnou výztuž byl štětcem nanesen antikorozní nátěr Super - Krete Rust Buster ve dvou vrstvách (druhá vrstva až po zaschnutí první). Poté byl beton ošetřen hloubkovou penetrací Super - Krete Pene Krete, která funguje na bázi krystalizace a tím zpevňuje, utěsňuje a stabilizuje plochy s cementovým pojivem. Tato penetrace také vytlačí kontaminanty vzniklé karbonatací a sulfatací betonu a zbytkovou mastnotu na povrch, který je následně opláchnuta tlakovou vodou (cca 250 barů). Na takto ošetřený a provlhčený povrch byla aplikována hrubá reprofilační malta (zrnitost do 4 mm) Super - Krete Ready Mix B, která byla ještě doplněna o adhezní můstek Super - Krete SBA. Hrubá reprofilace byla provedena metodou suchého stříkání. Po nanesení hrubé reprofilace se již ručně nanášela jemná reprofilační stěrka (zrnitost do 0,36 mm) Super - Krete Ready Mix A ve dvou vrstvách. Aby byla sanace betonových konstrukcí spodní stavby mostu úplná byl na závěr použit ochranný nátěr Super - Krete Ure - Kote. Tento nátěr tvoří vrchní těsnič uzavírací stěrky před pronikáním vlhkosti a jiných kontaminantů z okolního prostředí do konstrukce a zlepšuje estetiku sanace. Nátěr byl proveden válečkem ve dvou vrstvách (druhá vrstva vždy po zaschnutí první). Stejným nátěrem byli ošetřeny i nové obetonávky pat sloupů. Posledním důležitým bodem při opravě spodní stavby mostu bylo rychlejší odvedení srážkové vody a vody obsahující chemické rozmrazovací látky od pat sloupů. Před opravou nebyl prostor okolo sloupů vydlážděn, takže se kontaminovaná voda vsakovala a následně také zdržovala u pat sloupů, čímž docházelo k jejich rychlejší degradaci. Z tohoto důvodu byla provedena dlažba z žulových kostek, která nyní mnohem snáze a rychleji odvede vodu pryč od sloupů. 6. ZÁVĚR Na základě rozboru výsledků předchozích diagnostických průzkumů a vyhodnocení narušení vzorku betonů odebraných během opravy je nutné považovat i tuto opravu za dočasnou. I přes vysokou kvalitu provedených sanačních prací a použitých materiálů oprava pouze zpomalí probíhající korozní procesy a prodlouží zbytkovou životnost konstrukce, nemůžeme však od ní očekávat uvedení konstrukce do původního stavu.

75

POUŽITÍ ČESKÝCH FRP KOMPOZITŮ K ZESILOVÁNÍ KONSTRUKCÍ USING THE CZECH FRP COMPOSITE FOR STRENGTHENING STRUCTURES Dr. Ing. Luboš Podolka České vysoké učení technické v Praze, fakulta stavební, Thákurova 7, 166 29 Praha 6, Tel.: 02/24354620, fax.: 02/3117362, email: [email protected]

Anotace: Ověření vlastností na experimentálních prvcích. Použití předpínaných FRP polymerů k zesílení konstrukce. Zkušenosti a jejich uplatnění v praxi. Abstract: Verification nature the Czech FRP composite at the experimental elements. Using prestressed FRP composites for strengthening structures. Experiences and their use in practise. 1. ÚVOD V 90. letech nastává prudký rozvoj technologií zesilování konstrukcí pomocí nekovových materiálů na bázi skleněných, aramidových a uhlíkových vláken. Tento trend vede k optimalizaci tvaru zesilujících prvků pro různé způsoby zesílení a pro různé konstrukce. Dále tyto materiály již slouží jako výztužné prvky nových konstrukcí, kde plně nahrazují klasickou betonářskou výztuž, takže se dnes již můžeme setkat s předpínacími lany, lamelami rovnými nebo tvarovanými, prostorovými konstrukcemi, prvky ve tvaru válcovaných profilů nebo žebírkové výztuže a v neposlední řadě právě s ohebnými pásy, jejichž tvar odpovídá textilii (tj. tkanině). 2. UPLATNĚNÍ KOMPOZITŮ VE STAVEBNICTVÍ V ČR V ČR existuje řada výrobců konstrukčních prvků z kompozitních materiálů, jedná se především o výrobce plastových rámů oken, dveří, prosklených stěn a zastřešení včetně světlíků. Dále se tento materiál uplatňuje v oblasti inženýrských sítí při výrobě trubek, zásobníků, septiků a čistíren odpadní vody, většina bazénů pro soukromé využití je provedena právě z plastů (kompozitů). V případě konstrukčních prvků se dosud jedná o konstrukce pochozích lávek (rošty), trubky, tyče a až v poslední době nacházejí kompozity uplatnění i u nosných profilů tvaru U, I, T apod. Jedním z největších výrobců konstrukčních kompozitů je závod kompozity firmy Prefa Brno, a.s.

76

3. EXPERIMENTY S KOMPOZITNÍMI PRVKY VYRÁBĚNÝMI VE FIRMĚ PREFA BRNO, A.S., ZÁVOD KOMPOZITY

Zesílení konstrukce pomocí dodatečně předpjaté lamely, která je předepnuta pomocí speciálního přípravku přes momentový klíč. Lamela je kotvena lepením a pomocí předem zabetonovaných kotev do betonu. Experimentální prvek : trámek rozměrů 120x180x3000mm z betonu B 30, lamela rozměrů 50x1,2mm, délky cca 2800mm. Pohled na detail kotevního prvku a předpínací přípravek pro napnutí lamely, použit momentový klíč a vneseno předpětí do lamely σp =355 MPa. Zesílení konstrukce pomocí sklolaminátových tyčí φ14 mm, které mají být použity ve formě předpínacích tyčí, tj. na koncích proveden závit tak aby pomocí momentového klíče bylo umožněno vnesení předpětí do konstrukce. Experimentální prvek : trámek rozměrů 120x180x3000mm z betonu B 30, ukončen čelním plechem rozměrů 200x250x15mm, tyče průměru 14mm, délky 3100mm.

77

Pohled na detail ukotvení sklolaminátových tyčí přes patní plech, tyče předepnuty momentovým klíčem a vneseno předpětí do tyče σp =83 MPa. (cca 30 % pevnosti tyče Rd = 250 MPa)

Zesílení pomocí čedičové tyče φ14 mm, která je umístěna do předem vynechané drážky 30x30x2800mm v nosníku, spolupůsobení zajištěno přes lepený spoj. Experimentální prvek : trámek rozměrů 120x180x3000mm z betonu B 30. 4. ZKOUŠKY NOSNÍKŮ Nosníky byly podrobeny zkouškám na lámací dráze. Experimentální prvky byly zatěžovány silou ve třetinách rozpětí. Při zkouškách byly zjišťovány poklesy podpor, průhyb nosníku uprostřed rozpětí, poměrná deformace ocelové výztuže a poměrná deformace lamely, či zesilujícího prvku vždy uprostřed rozpětí nosníku při každém zatěžovacím cyklu, který představoval nárůst síly po 3 kN s výdrží 120 s na každém stupni. Kromě uvedeného se zjišťoval vznik a rozvoj trhlin jejich vyznačením na boční stěně betonových nosníků. Signály snímačů jednotlivých veličin byly vyhodnocovány měřicí ústřednou a prostřednictvím počítače zaznamenány na disketu a vytištěny na tiskárně. 5. VÝPOČET ÚNOSNOSTI ZESILOVANÝCH NOSNÍKŮ K výpočtu únosnosti nezesíleného i zesíleného nosníku byla použita metoda mezních přetvoření. 78

6. ZÁVĚREČNÉ SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ EXPERIMENTU Výpočtem stanovená únosnost zesíleného nosníku byla experimentálně potvrzena u všech variant. Vypočtené hodnoty průhybu na úrovni charakteristického zatížení vykazují velmi dobrou shodu s hodnotami určenými při experimentu. Hodnoty průhybů dosažené při experimentech přesahují hodnoty limitních průhybů, které jsou uvedeny v normě (ČSN 731201) pro dílce flim=l/100, neboť dosahují až hodnoty f = l/60.

Pohled na porušený nosník s předpjatou lamelou a detail poruchy s přetrženou lamelou, v místě kotvení nedošlo k poruše vzhledem k použitému mechanickému kotvení přes zabetonovaný plech. Únosnost nezesíleného prvku M M

ú(p)

ú

= 3,6 kNm, únosnost předpjatého nosníku

= 8,86 kNm.

Při zatížení 18 kN, tj. hodnota dvou sil naměřena šířka trhliny cca 0,1 mm. Je zde vidět tedy patrná shoda chování experimentálního prvku odpovídající vypočtené únosnosti. Došlo tak k nárůstu únosnosti na více jak dvojnásobek nezesíleného nosníku.

Pohled na porušený nosník zesílený pomocí předpjatých sklolaminátových tyčí. Porucha nosníku vznikem tahové trhliny procházející středem nosníku. 79

Únosnost nezesíleného prvku Mú = 3,6 kNm, únosnost zesíleného nosníku předpjatými sklolaminátovými tyčemi Mú(p) = 8,55 kNm. Při zatížení 18 kN, tj. hodnota dvou sil naměřena šířka trhliny cca 0,1 mm. Je zde vidět tedy patrná shoda chování experimentálního prvku odpovídající vypočtené únosnosti. Došlo tak k nárůstu únosnosti na více jak dvojnásobek nezesíleného nosníku.

Pohled na porušený nosník zesílený do drážky vlepenou výztuží z čedičových vláken. Porucha nosníku vznikem tahové trhliny procházející středem nosníku. Únosnost nezesíleného prvku Mú = 3,6 kNm, únosnost zesíleného nosníku s vlepeným čedičovým profilem Mú(z) = 7,7 kNm. Při zatížení 15 kN, tj. hodnota dvou sil naměřena šířka trhliny cca 0,25 mm, deformace nosníku f = 11,4 mm < l/250 = 2850/250=14mm. Je zde vidět tedy patrná shoda chování experimentálního prvku odpovídající vypočtené únosnosti. Došlo tak k nárůstu únosnosti na více jak dvojnásobek nezesíleného nosníku. 7. ZÁVĚR Z výzkumu dané problematiky zesilování ohýbaných prvků byly získány následující poznatky : Zesilování nosníků pomocí předpjatých CFK lamel se jeví jako progresivní způsob. Reálně lze zesilovat prvky o 20 - 25 % při použití nepřepjatých lamel vzhledem k malému nárůstu tuhosti konstrukce. Právě použití předpjatých lamel posunuje hranici efektivity zesílení až k dvojnásobku únosnosti původní konstrukce bez výrazného nárůstu průhybu původní konstrukce a také zvyšuje ekonomiku návrhu zesílení. Použití sklolaminátových tyčí k zesílení konstrukce je efektivní pouze za předpokladu, že tyto tyče budou využity ve formě předpínacích tyčí jako náhrada ocelových. Při použití tyče v nepředpjatém stavu je její využití neefektivní vzhledem k nízkému modulu pružnosti, bylo by nutno vyvolat nadměrné přetvoření prvku pro její efektivní využití. Použití tyčí z čedičových vláken jako náhrady betonářské výztuže se jeví do 80

budoucna jako velmi efektivní zvláště v provozech, které negativně působí chemickými vlivy na železobetonovou konstrukci a způsobují korozi zabudované betonářské výztuže. Výpočty zesilovaných nosníků, včetně vyhodnocení zatěžovacích zkoušek až do úplného porušení i dalších způsobů zesílení, je možno získat u autora. Poznámka: Firma Prefa Brno a.s, závod kompozity nabízí objednavateli výrobu kompozitu dle jeho požadavků z různých vláken použitých pro výrobu konstrukčního prvku. Výroba probíhá metodou pultruze. Připravuje se v letošním roce provedení experimentálních zkoušek na kompozitní spražené konstrukci, která je tvořena I profilem ze skleněných vláken s vloženou uhlíkovou lamelou při spodním povrchu a betonovou deskou vyztuženou mřížkou ze skleněných vláken. Zpracováno za podpory grantového projektu č. 103/01/P057 „Zesilování konstrukcí materiály na bázi uhlíku“.

LITERATURA [1] Podolka Luboš: Zesilování konstrukcí nekovovými materiály, Sborník konference CONCON 2002, Studio Axis, spol. s.r.o., únor 2002 [2] Podolka Luboš: Zesilování konstrukcí nekovovými materiály, porovnání jednotlivých systémů, Sborník konference SANACE 2002, SSBK, květen 2002 [3] Podolka Luboš: Zesilování konstrukcí nekovovými materiály, Sborník konference SANACE WTA CZ 2002, WTA CZ, listopad 2002 [4] Podolka Luboš : Kompozity vyráběné v ČR a jejich uplatnění žb konstrukcích, Sborník konference BETONÁŘSKÉ DNY 2002, ČBZ, listopad 2002 [5] Štěpánek Petr, Vaňura Tomáš, Podolka Luboš : Locally Unstable Composite Columns, Advances in Structures, Steel, Concrete, Composite and Aluminium, Australia, June 2003 [6] Hans-Peter Andrä, Gert König, Markus Maier : Einsatz vorgespannter kohlefaser-Lamellen als Oberflächenspannglieder, Beton- und Stahlbetonbau 96, Heft 12, 2001, str. 737-747 [7] Podolka L.: Strengthening beams by means of CFK strips, Proceeding Composites in Construction CCC2001, October 2001, Porto, pp. 487-492 [8] P.Štěpánek and L. Podolka: Strengthening and Repair of RC Structures in the Czech Republic Using CFRP Strips, Proceeding CICE 2001 International Conference on FRP Composites in Civil Engineering, December 2001, Hong Kong, pp. 467-473

81

ZESILOVÁNÍ ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ UHLÍKOVÝMI LAMELAMI JIRÁSKOVO GYMNÁZIUM NÁCHOD STRENGTHENING OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES BY CARBON PLATES Ing. Miloš Rademacher MEGAS, s.r.o., Hradec Králové, středisko 03 - sanace Vážní 1003, 500 03, Tel.: 495 540 676, Fax.: 495 540 660, e-mail: [email protected]

Anotace: Zesilování železobetonových konstrukcí uhlíkovými lamelami patří dnes již ke standardním metodám, které mohou úspěšně a elegantně odstranit nedostatky a poruchy těchto konstrukcí. Maximální pozornost je třeba věnovat návrhu zesílení a posouzení kvality betonu. Abstract: Strengthening reinforced concrete structures by carbon plates belongs today to standard methods which can remove the faults and defects of these structures in an elegant and successful way. Greatest attention is to be paid to the design of strengthening and to the assessment of the quality of concrete. Akce:

„Posílení únosnosti 3 ks žb. stropních trámů lamelami CFK SIKA CARBODUR v zrcadlovém gymnastickém sále Jiráskova gymnázia v Náchodě v rámci dílčí rekonstrukce jeho objektů“

Technologie: Zesílení stropních trámů uhlíkovými lamelami SIKA CARBODUR, kotvení lamel, injektáž trhlin, reprofilace trámů“ Investor: Jiráskovo gymnázium, Řezníčkova 451, 547 01 Náchod Projektant rekonstrukce: Atelier Tsunami spol. s r.o., Náchod Autoři statického návrhu zesílení: Ing. Petr Mašek, Ing. Tomáš Král (Mašek a Král – statika, dynamika konstrukcí a staveb, Velké náměstí 149, Hradec Králové) Technický dozor investora: p. Brandejs Generální dodavatel rekonstrukce: Petr Mazáč, Náchod Realizace sanace: Megas s.r.o., Hradec Králové – autorizovaný aplikátor materiálů firmy SIKA CZ s.r.o. se specializací na systém SIKA CARBODUR Termín realizace: červen - červenec 2002

ÚVOD Zpráva v tisku (Náchodsko, 1. února 2002): „ Ředitel Jiráskova gymnázia v Náchodě Pavel Škoda nám ukázal praskliny ve sborovně, které byly prvním poslem varujícím před nebezpečím. Statik dále zjistil, že stropní nosníky dvanáct let staré přístavby nemají potřebnou únosnost. Ředitel školy se proto rozhodl preventivně přístavbu uzavřít.“ Popis poruch stropních trámů: -

nedostatečná únosnost trámů (chybný návrh) výrazný průhyb trámů trhliny ve smykových oblastech trámů

Obr. 1: Stropní trámy po obnažení omítky

Obr. 2: Detail trámu – odtrhový terč

špatná kvalita betonu (odtrhové zkoušky) a provedení daná postupem výstavby Popis sanace: -

Autory statického posouzení byl navržen následující postup sanace: trhliny byly utěsněny epoxidovým tmelem a zainjektovány pomocí injektážních pakrů epoxidovou pryskyřicí stropní trámy byly zesíleny uhlíkovými lamelami – každý trám trojicí lamel různých délek dle výpočtu a návrhu z důvodu nedostatečné kvality betonu (ověřeno odtrhovou zkouškou) bylo nutné provést kotvení lamel pomocí kotevních přítlačných ocelových desek, přivařených k výztuži trámů

Obr. 3: Zesílení trámu lamelami, kotvení lamel

Obr. 4: Celkový pohled na konstrukci po sanaci

83

lokální reprofilace betonu trámů Použité sanační materiály: Uhlíkové lamely SIKA CARBODUR, S 1012 Epoxidový tmel Sikadur 30 CFK Injektážní epoxidová pryskyřice Sikadur 52 Epoxidový tmel Sikadur 31 Rapid

48,0 mb

ZÁVĚR V novém školním roce lze gymnastický sál opět využívat plně ke svému účelu. Teď snad již bez obav.

8484

REKONSTRUKCE BETONOVÝCH PŘEDPJATÝCH NÁDRŽÍ V ČOV V KRALUPECH NAD VLTAVOU REHABILITATION OF PRESTRESSED CONCRETE TANKS IN WASTE-WATER TREATMENT PLANT

Ing. Tomáš Kohoutek Ing. Jaroslav Šach Doc. Ing. Zdeněk Tobolka, CSc.

(1) (2) (3)

(1) Metrostav a.s divize 6, 110 00 Praha 1, Na Florenci 35, Tel. 724 373 023, e-mail : [email protected] (2) Tel. 777 283 999, e-mail : [email protected] (3) Metrostav a.s. 180 00 Praha 8, Koželužská 5, Tel. 266 709 262, e-mail: [email protected] Anotace: Článek popisuje rekonstrukce válcových betonových nádrží v ČOV Kralupy n.Vlt. Jde o nádrže postavené v šedesátých letech, které po čtyřiceti letech užívání byly ve špatném stavu a vykazovaly značné průsaky. V článku je popsán stav jejich betonových konstrukcí a sanačních postupy použité při rekonstrukci, tj. nové ovinutí lany a oprava především vnitřních betonových povrchů sanačními hmotami. Abstract: The paper deals with the renovation of the prestressed concrete tanks in the waste-water treatment plant (WWTP) in Kralupy. The tanks were built in the 60´ and strong leakage occured in the last period. The final decision concerning of rehabilitation consisted in new winding with prestressed strands and repair of the concrete surface with special mortar, painting and injection technologies ÚVOD V rámci probíhající modernizace ČOV v Kralupech byly rekonstruovány i dvě kruhové nádrže z předpjatého betonu, které byly projektovány v roce 1959. Vyhnívací nádrž je uzavřená tlaková válcová nádrž z předpjatého betonu s dolním a horním kuželovým vrchlíkem, uskladňovací nádrž je nahoře otevřená bez horního vrchlíku. Horní povrch vrchlíku vyhnívací nádrže byl doplněn přizdívkou z dutinových keramických příčkovek zatřených cementovým potěrem. Nádrže mají vnitřní průměr 13,0 m. Jejich kuželovité dno je ze železobetonu s klasickou výztuží, svislé válcové stěny jsou předpjaté ve svislém i vodorovném směru. Kromě klasické výztuže v betonu byla těsně pod povrchem nalezena přídavná svislá výztuž z ocelových lan vzdálených cca jeden metr chráněných betonovou zálivkou. Obě nádrže ve válcové části byly 85 85

spirálově ovinuty patentovým drátem chráněným torkretovým nástřikem cementovou maltou. Na vnějším povrchu byla obezdívka z dutinových cihel s omítkou. STAVEBNÍ STAV NÁDRŽÍ Při průzkumu byla u obou nádrží odstraněna obezdívka a potvrzen špatný stav původní vodorovné předpínací výztuže z patentového drátu. Předpínací výztuž byla poškozena korozí hlavně v podzemní části nádrží, v horních částech byla i po 40 letech užívání ještě funkční. Vnější i vnitřní povrchy svislých válcových stěn u obou nádrží byly v dobrém stavu. Výrazné poškození betonu bylo nalezeno na vnitřku vrchlíku vyhnívací nádrže, kde došlo ke zkorodování původní výztužné sítě. Krycí vrstva výztuže a samotná výztuž místy zcela chyběly. Omytím tlakovou vodou tlakem 120 až 150 MPa. Po odstranění narušené vrstvy betonu hloubky 30 až 40 mm byl již povrch soudržný a pevný, z plochy vystupovala štěrková zrna až 15 mm. Mimo vnitřní povrch vrchlíku se vizuálně beton jevil jako dobrý s dostatkem hrubého kameniva. Zkouškou na kontrolních jádrových vrtech byla potvrzena jeho pevnost 40 MPa. TECHNOLOGIE OPRAVY Při rekonstrukci bylo zcela odstraněno původní předpětí patentovým drátem. V místech dosud funkčního předpětí docházelo přitom k náhlému uvolňování drátu, což způsobovalo nemalé problémy při jeho odstraňování. Předpětí bylo nahrazeno 86

dnes užívaným lanovým systémem DYWIDAG o napínací síle v rozmezí 150-90 kN v závislosti na hloubce nádrže. Nové předpětí je předpínacími lany typu Monostrand průměru 15,3 mm. Ta byla rozmístěna po vnějším obvodu obou nádrží. Podle požadavku projektanta se provedlo zesílení výztuže vrchlíku přidáním KARI sítí 200 x 300 mm zevnitř po celé ploše. Doprava sítí do vnitřku nádrže přístupovým otvorem průměru ca 600 mm vyžadovala však jejich rozřezání na menší díly. KARI síť byla připevněna chemickými kotvami ke stropu. Vady v ploše betonu byly hledány akustickým trasováním. Lokálně byla mechanicky odbourána označená porušená místa, tj. kaverny, trhliny, dutá místa a odpadávající části povrchu v tloušťkách nad 15 mm. Zkorodovaný a zkarbonatovaný beton byl celoplošně otryskán dle stupně poškození vysokotlakým vodním paprskem s rotační tryskou o výstupním tlaku 140 MPa. Dále byl celoplošně očištěn nízkotlakým vodním paprskem povrch betonu od vzniklých usazenin, kalů a prachu. Antikorozní ochrana výztuže byla navržena spojovacím můstkem SIKA TOP-ARMATEC 110 EPO CEM. Na obnaženou otryskanou suchou ocelovou armovací výztuž požadované čistoty Sa 2 1/2 dle DIN byla nanesena štětcem epoxy-cementová ochrana TOP-ARMATEC v tloušťce cca 1 mm ve dvou pracovních krocích. Tentýž materiál byl dále použit jako spojovací můstek mezi starým a novým betonem. Natíral se na otryskanou výztuž s přesahem na okolní beton. Po čekací době 12 hodin byla aplikována druhá vrstva ve stejné tloušťce. Jako spojovací můstek se provedla následná reprofilace do nezavadlého nátěru. Reprofilace se dělala ručně a nástřikem šnekovým čerpadlem reprofilační maltou s cementovým pojivem CALOFRIG BP 20. Malta byla zušlechtěna umělými vlákny a reaktivní syntetickou disperzí SIKACEM 810 . Tloušťka vrstvy pro jeden pracovní postup byla do 40 mm. Povrch reprofilační malty se nahrubo upravil plastovým hladítkem. Je třeba uvést, že na reprofilace vrchlíku bylo spotřebováno 20 tun materiálu. Jako ochrana sanovaného povrchu vrchlíku vyhnívací nádrže se použila hmota INERTOL POXITAR provedená až pod budoucí úroveň vodní hladiny. Tento dvousložkový materiál na bázi dehtu a epoxidu umožňuje nanášení i na vlhký podklad. Má zajistit plynotěsnost vyhnívací nádrže. Nanesení je možné nátěrem nebo stříkacím zařízením tlakem 25 MPa (250 bar) tryskou 0,53 mm o vydatnosti 0,4-0,5 kg na m2. Nástřik či nátěr se provádí ve dvou pracovních fázích, čekací doby mezi jednotlivými nástřiky při teplotě 15 oC nesmí být delší než jeden den. Povrchová úprava stěny nad budoucí hladinou je hmotou CONCRESEAL PLASTERING, ta je složena ze směsi speciálních cementů a chemických přísad. Má vodotěsné, ochranné a krycí vlastnosti. Na předem očištěný povrch tlakovou vodou se nanáší zednickou štětkou spojovací můstek z této hmoty. Druhý vyrovnávací krok se provádí do mírně zavadlého prvního nátěru a zahladí molitanovým hladítkem. Dno a stěny nádrží se ochránily hydroizolačním krystalickým nátěrem AQAFIN-IC na bázi speciálních cementů a chemických přísad. Nátěr prostupuje do kapilár a pórů, kde krystalizuje a stává se součástí betonového povrchu. Nanáší se na předem očištěný a vlhký povrch hrubou zednickou štětkou v tloušťce nátěru odpovídající spotřebě 0,75-1kg /m2. U obou nádrží bylo doplněno opláštění a tepelná izolace. Nosná konstrukce byla provedena z pásové oceli připevněné k nádrži ocelovými kotvami HSA M8/80. Tepelná izolace je rohožemi ROCKWOOL WM 65 2x50 mm na stěnách, deskami TECHROCK 2x60 mm na vrchlíku. 87

Opláštění je z trapézového plechu HSA T 25/125 0,63 v barvě RAL 1003 signální žluté. Zkouška vodotěsnosti naplněných nádrží prokázala dobrou vodotěsnost a tak úspěšnost zvoleného sanačního způsobu. Projekt sanace byl zpracován Hydroprojektem Praha, rekonstrukci provedla divize 6 a.s. Metrostav, nové předpjetí zajistily SM 7, opláštění a tepelnou izolaci G+H Montage Baucomex, sanační práce pak firma AVE-servis. ZÁVĚR Uvedený popis sanací dvou předpjatých betonových nádrží zhruba stejného stáří v ČOV Kralupy nad Vltavou ukazuje na některé společné znaky poškození i s jinými nádržemi v čistírnách odpadních vod. Jsou to především netěsnost pláště a objevující se průsaky stejné jako u nádrží ze železobetonu /1/. Přitom kvalita vlastního betonu může být naprosto rozdílná, od velmi dobré až po nízkou. Příčinou průsaků jsou spíše průsaky pracovními spárami a spárami způsobenými objemovými změnami. Vnější povrchy nádrží po ca 40 letech nevykazují větší závady, u vnitřních povrchů jsou podstatné poruchy v úrovni hladiny a v prostoru nad hladinou. Vlivem chemické agresivity, teplotních a vlhkostních změn dochází k poměrně silné degradaci betonového pláště do hloubky 30 až 40 mm. Důsledkem je především ztráta plynotěsnosti, která v těchto místech bývá pro řádnou funkci nádrže rozhodující. Samostatným problémem jsou prostupy technologických potrubí, osazení zámečnických prvků a různých úchytů. Zde dochází jednak k silné korozi prvků z běžné ocele a vzhledem k nedostatečné péči při betonáži i k zhoršené kvalitě betonu v přímém okolí. Obnovení vodotěsnosti pláště pomůže především jeho nové předpětí a oprava v podstatě běžnými sanačními metodami. Obtížnější jsou opravy horních vrchlíků. Samostatným problémem je přístup do opravovaných nádrží z hlediska dopravy materiálů a potřebných strojních zařízení. Přesto se ukazuje, že sanace betonových nádrží tohoto typu je účelnější než jejich demolice a výstavba nových. LITERATURA [1] P.Šotola, Z.Tobolka, J.Maštera Sanace betonové konstrukce vyhnívací nádrže ČOV Turnov, sborník SSBK Sanace 2002, str. 101-105, ISSN 1211-3700

88

EFEKTIVNÍ ZESÍLENÍ ZÁBRADELNÍHO MOSTU NA TŘÍDU B EFFECTIVE CLASS B STRENGHTENNING OF TWO-BEAM BRIDGE Ing. Pavel Hrůza Ing. Ladislav Klusáček, CSc. Ing. Rostislav Mitrenga

(1) (2) (3)

(1) Stavby silnic a železnic a.s, odštěpný závod Hradec Králové, Sušilova 1528, 500 02 Hradec Králové, mobil: 602439165, [email protected] (2) VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí, Veveří 95, 662 37 Brno, tel.: 541147854, e-mail: [email protected] (3) Kamínky 287/15, 634 00 Brno, mobil: 0777/872701, [email protected] Anotace: Popis zesilování zábradelní mostní konstrukce volnými kabely typu Monostrand. Efektivní metoda, která svou statickou účinností výrazně převyšuje ostatní metody zesilování stavebních konstrukcí a mostů. I u zdánlivě tuhé mostní konstrukce, kterou se jeví žlb. parapetní most malého rozpětí, lze touto metodou v podélných (parapetních) trámech a v příčnících výrazně změnit průhyb. U popisované konstrukce bylo předpětím dosaženo plného vyrovnání průhybů od vlastní tíhy. Abstract: Describing of class B strenghtenning of two-beam bridge using free cabels. This is much more effective method than other methods of strenghtenning civil constructions and bridges. It is possible to change the deformation also in case of low span bridges. Own weight deformations in this tested construction were full balanced using post-tensionnig. Mostní železobetonová konstrukce z roku 1932 byla po letech provozu převáděné silnice III.třídy navržena k zesílení a k celkové sanaci. Nosná konstrukce vykazovala po diagnostických zjištěních a po statickém přepočtu nízké zatížitelnosti: např. výhradní Vr=12 tun - požadavek silniční dopravy (v zastoupení investora) byl zvýšit zatížitelnost na tř.B (dle ČSN 73 6203) tj. na Vr=40 tun. Jednalo se o mostní objekt s jedním mostním otvorem přes řeku Dědinu, v úhlu křížení 78g. Kolmá světlost činila 14,65 m, šikmá světlost 15,55 m, rozpětí nosné konstrukce 16,4 m, celková délka mostu byla 17,3 m. Konstrukce byla uložena na ocelolitinová (pevná a pohyblivá) ložiska na úložných žb. prazích. Šířkové uspořádání činilo 5,45 m mezi zvýšenými obrubníky, oboustranné chodníky 2x1,25 m. Světlá šířka mostu byla 7,95 m, celková šířka mostu činila 9,45 m. Nosná konstrukce byla tvořena dvěma podélnými (parapetními, zábradelními) trámy výšky 2,40 m, šířky 0,75 m navzájem spojenými deseti příčníky rozměrů 0,65/0,30 m. Příčníky byly monoliticky spojené s žb. nosnou deskou tl. 0,16 m. Beton původní NK byl rozdílné kvality, ve statickém výpočtu bylo možno s jistotou počítat

89

( v tlačených průřezech) se značkou 170. Výztuž byla tvořena kruhovými průřezy C38 s hodnotami dovoleného namáhání při zatížení hlavním 120 MPa a při zatížení celkovém 140 MPa. Výztuž desky byla z důvodu zpřesnění výpočtu obnažena i nad podporami, tj. nad příčníky, a bylo konstatováno vyztužení spojité mostovky i na záporné momenty. Na základě těchto zjištění bylo navrženo zesílení mostu předpínacími kabely složenými z chráněných lan MONOSTRAND LS 15,7 mm. Zesílení bylo konstrukčně vytvořeno systémem náhradních kabelových kanálků a předpínací kabely byly vloženy do podélných nosných prvků (parapetů) i do příčníků (obr.1, obr.2). Zesílení původní mostovky bylo navrženo nadbetonováním spřaženou žb.deskou.

Obr. 1: Vedení kabelů v hlavních trámech zábradelního mostu

Obr. 2: Vedení kabelů v příčnících zábradelního mostu

Před vlastní sanací bylo nutno hloubkově injektovat trhliny v patkách parapetního trámu a následně vlastní sanační práce byly navrženy v těchto krocích: a) b)

důkladná předúprava degradovaného betonu celého mostu nejprve mechanicky a následně vysokotlakým vodním paprskem s rotační tryskou pečlivé očištění obnažených a zkorodovaných ocelových výztužných vložek v celé mostní konstrukci nejprve mechanicky a následně vysokotlakým vodním paprskem s jednotryskovým (bodovým) nástrojem 90

c) d) e) f) g)

provedení ochrany ocelových výztužných vložek silikátovými materiály provedení zesilovacích prací mostní konstrukce jak vnesením předpětí, tak spřaženou deskou aplikace adhézního můstku v celé ploše sanovaných betonů mostu provedení hrubé a jemné reprofilace nosné konstrukce mostu (spodní stavba byla opravena pouze zainjektováním a provedením ochranného silikátového nátěru) opatření vnitřní a horní plochy parapetních nosníků ochranným nátěrem

Při provádění předpínacích prací byly měřeny změny deformací hlavních (parapetních) nosníků i příčníků indukčnostními snímači dráhy s průběžným záznamem během předpínání. Zesilování zábradelních mostů předpětím systémem náhradních kabelových kanálků přináší obecně řadu výhod: •

• •

• • •

Na rozdíl od lepené výztuže, která se aktivuje až po zatížení a tudíž se nespolupodílí na přenosu sil od stálého zatížení, se vnesením předpětí do konstrukce vyrovnává výrazná část vnitřních sil vzniklých od stálého zatížení; tím se účinně zlepšuje stav, kdy konstrukce není namáhána od nahodilého zatížení a pro přenos účinků nahodilého zatížení se vytváří potřebná rezerva. Zvýšení zatížitelnosti touto metodou je běžně 200 až 300%; to je téměř řádově vyšší efekt než při použití lepené výztuže, kde podle zkušeností lze dosáhnout zlepšení o cca 30%. Trhliny vzniklé statickým nebo dynamickým zatížením v tahových částech železobetonových konstrukcí výrazně urychlují proces koroze železobetonu. Vnesení tlakových sil předpětím dochází k uzavření těchto trhlin nebo nedochází již k jejím otevírání; tím se prodlužuje odolnost betonové konstrukce proti korozi. Většinu prací spojených s touto technologii lze provést bez přerušení provozu na objektu nebo jen s jeho částečným omezením. Při zesilování mostů předpínáním využíváme celou šířku intervalu stupně předpětí, při zesilování trámových mostů dosahujeme zpravidla stupně předpětí λ = 0,15 až 0,25. Ekonomické výhody: U mostů, které se zdají po statické stránce neopravitelné, nebo nelze jinými metodami dosáhnout požadované zatížitelnosti a kdy se přistupuje k demolici a výstavbě nového objektu, lze zpravidla za třetinu až polovinu ceny nového objektu dosáhnout požadovaných parametrů právě použitím této efektivní metody zvyšování zatížitelnosti.

Popisovaná mostní konstrukce je zesílena volnými kabely složenými z opláštěných předpínacích lan typu Monostrand NPE Ls 15,7 mm. Hlavní nosníky jsou zesíleny čtyřmi třílanovými kabely, příčníky jedním třílanovým kabelem a jedním lanem. Lana jsou umístěna částečně v náhradních kabelových kanálcích a částečně jsou opřena o podhledovou část nosníků. 91

Obr. 3: Náhradní kabelové kanálky s kabely pod různými úhly

Náhradní kabelové kanálky byly vyvrtány diamantovou technikou φ52 mm. Délka náhradních kabelových kanálků v hlavních nosnících je až 5 m. Pro provedení těchto dlouhých a přesných vrtů byl použit speciálně vyvinutý přípravek na uchycení vlastního vrtacího zařízení. Toto zařízení umožňuje provádění velmi přesných vrtů i pod malými úhly, které u hlavních nosníku kabelových kanálků byly 13,6o a 19,6o (obr.3). Ukotvení lan bylo provedeno do třílanových kotev osazených na kotevních desky tl. 30 mm a umístěných do předem připravených kotevních sklípků. Sklípky byly vytvořeny diamantovou technikou v čelech nosníků. Osazení deviátorů bylo provedeno rovněž do předem připravených sklípků (vyřezaných diamantovou technikou) (obr. 3 a obr.4). Napínání kabelů probíhalo postupně. Nejdříve byly napínány kabely střídavě na obou hlavních nosnících (obr.5). Následně se začalo s předpínáním příčníku od středu rozpětí mostu opět střídavě směrem k oběma opěrám. Napínací síly byly 192 kN pro každé lano s dobou podržení 3 minuty. Napínací síla se vnášela Obr. 4: Kotvy v čele hlavního nosníku; postupně po krocích a sledovalo se chování průmět drah kabelů konstrukce. Napínání se provádělo jednolanovou pistoli s hydraulickým pohonem a bylo provedeno během 10 hodin. Skutečná protažení u všech lan byla v určené toleranci předem spočítaných teoretických protažení. I přesto, že lana mají opláštění PE folií, bylo po napnutí kabelů provedeno zainjektování kabelových kanálků. Injektáží se sledovalo mimo jiné důsledné vyplnění trhlin a místních nekvalit v betonu nosné konstrukce. Kotevní sklípky hlavních nosníků a příčníků se obetonovaly s dostatečným krytím. 92

Postup prací byl následující: 1) navrtání náhradních kabelových kanálků 2) provedení a osazení dodatečných deviátorů 3) vytvoření dodatečných kotevních oblastí a osazení kotev a podkladních desek 4) protažení lan a předepnutí 5) zainjektování kabelových kanálků a obetonování kotevních oblastí 6) betonáž spřažené desky 7) povrchová sanace konstrukce 8) provedení vozovky a chodníků Při uvažování celkové tuhosti tohoto typu konstrukce (parapetní nosníky 0,75/2,40 m), teoretického výpočtu deformací od vnášených sil a skutečných (naměřených) deformací, se nelze ubránit zamyšlení nad příčinou zvýšených hodnot deformací – vzepětí hlavních nosníků vlivem předpínání dodatečně vneseného do konstrukce. Příčinou může být: • lokální poškození betonu trhlinami v původní tahové oblasti nosníků (a jejich následné uzavírání) • nízká (a velmi nestejnoměrná) tlaková pevnost betonu (s četnými kavernami) použitého konstrukčního betonu • Nepřesné stanovení přetvárných hodnot konstrukce. Stanovit přesný modul pružnosti u takové konstrukce je velmi složité; navíc v situaci konkrétní stavby, kdy jsme omezeni jak finančními prostředky tak i časově, je toto téměř nemožné.

Obr. 5: Napínání kabelů hlavních nosníků; kabely příčníků připraveny pro následné napínání

93

NOSNÍK B NOSNÍK A

Negativní průhyb (mm)

PŘÍČNÍK

Čas napínání kabelů (hod)

Obr. 6: Vzpínání (negativní průhyby) hlavních nosníků a středního příčníku v l/2

Na obr. 6 je uvedeno vzpínání mostu (negativní průhyby) zjišťované v závislosti na postupu předpínacích prací. V čase 0 až 6 hodin probíhalo střídavě předpínání kabelů na hlavních trámech. Je vidět, že nosníky se také střídavě přizvedávaly a tento jev osciloval kolem jisté střední hodnoty. Po ukončení předpínání (čas 6 hod) se negativní průhyby obou hlavních nosníků lišily jen minimálně (do 10%) a téměř dosáhly hodnot teoretických okamžitých průhybů od vlastní tíhy (5,0 mm výpočtový průhyb; -4,2 mm negativní průhyb od předpínání). Je zřejmé, že výpočtový statický efekt zesílení (zatížitelnost výhradní vzrostla z 16 na 40 t) je doprovázen příznivým deformačním účinkem předpínání. Použití metody vyrovnání zatížení volnými kabely (Load Balance Method) je zde názorně dokumentováno redukcí průhybů od vlastní tíhy konstrukce o téměř 85%. Současně s nosníky se při předpínání negativně deformoval i střední příčník. Vlivem kroucení jeho deformace mírně „předbíhala“ hlavní trámy. V čase 6 hod až 10 hod pobíhalo následně předpínání příčníků. Zde je zajímavé, že negativní průhyb středního příčníku se zvyšoval při předpínání nejen jeho samého, ale i všech sousedních příčníků, a to prakticky stále o stejnou hodnotu. Analýza tohoto jevu ještě není ukončena; je však pravděpodobné, že jde o vliv roštové tuhosti mostovky a tuhosti v kroucení hlavních nosníků. Výsledný negativní průhyb středního příčníku oproti hlavním nosníkům byl změřen hodnotou –2,3 mm. Uvedený příspěvek uvádí typický příklad efektivního užití volných kabelů při zesílení žb. mostní konstrukce běžného rozpětí systémem náhradních kabelových kanálků. Na konkrétní konstrukci je uvedeno standardní konstrukční řešení. Realizace proběhla v roce 2002; autorem konstrukčního a statického řešení zesílení byl Ing. L. Klusáček, CSc.; generálním dodavatelem SSŽ a.s.; zhotovitelem zesílení volnými kabely Ing. R. Mitrenga.

94

REKONSTRUKCE MOSTU E. Č. 2985 – 2 PŘES LABE U NĚMČIC RESTORATION OF BRIDGE NO. 2985 – 2 OVER THE LABE RIVER AT NĚMČICE Ing. Vlastimil Tyrala Ing. Ivo Muthsam MADOS MT s.r.o., Lupenice 51, 517 41 Kostelec nad Orlicí Tel.: 494 544 524, fax: 494 544 554, e-mail: [email protected] Anotace: Celková rekonstrukce železobetonového obloukového mostu přes řeku Labe u Němčic. Nová izolace vnitřního povrchu a horní železobetonové desky. Tlaková injektáž a sanace povrchů z betonu a umělého kamene. Abstract: Overall restoration of a reinforced concrete arch bridge over the Labe river at Němčice. New waterproofing of the inner surface and the upper reinforced concrete slab. Pressure grouting and repair of reinforced concrete and artificial stone surfaces. Most přes Labe tvoří tři oblouky každý o světlosti 30 m. Celková délka mostu je 113 m, celková šířka 8,32 m. Dva oblouky mostu se klenou přes stálé koryto řeky, třetí oblouk je nad občas zaplavovaným územím. V roce 2002, kdy byl most opravován, byla voda téměř pořád všude. HISTORIE MOSTU Most postavila podle projektu Ing. Hynka Vrbického v letech 1933 – 1934 firma Ing. Josef a František Novák z Hradce Králové. Dílo je zapsáno jako nemovitá kulturní památka technického charakteru v Pardubickém (východočeském) kraji a je v seznamu pod č. 5168. Ke kvalitě provedeného objektu považujeme za vhodné konstatovat, že dílo bylo provedeno velmi zdařile jak tvarovým uspořádáním, tak zabudováním poměrně velmi kvalitních materiálů. Vždyť most byl v provozu téměř sedmdesát let bez opravy pouze běžně udržován (četné vrstvy asfaltové vozovky na kamenné dlažbě zcela utopily kamenné obrubníky i odvodňovače). PŘÍPRAVA OPRAVY, DIAGNOSTIKA Opravu mostu od úvodního záměru až po vypracování dokumentace pro stavební povolení (DSP) připravovalo ŘSD v Pardubicích. V roce 2002 byl most převeden na Kraj Pardubice, rekonstrukci objednal krajský úřad. Diagnostiku provedl Ing. Hrůza – Betondiagnostik. Na základě pečlivé prohlídky, zkoušení betonu z jádrových odvrtů, chemického rozboru a zkušeností autora byl poměrně přesně popsán základní stav 95

konstrukce. Všechny závady mají tradičního společného původce – zatékání vody do konstrukce, její opakované zamrzání a působení chemických látek ze zimního posypu. Jako velké plus bylo konstatováno, že armatura má až na vyjímky slušné krytí. Na základě diagnostiky a nalezené historické dokumentace byla vypracována DSP firmou STRADA v.o.s. z Hradce Králové. OPRAVA MOSTU Opravou mostu byla na základě výběrového řízení pověřena firma Silnice Hradec Králové a.s. výrobní divize Nový Bydžov. Kompletní rekonstrukční práce provedl subdodavatel MADOS MT s.r.o. Oprava obsahovala klasický postup: obnažení nosné konstrukce (NK), bourání co nejvíce betonu, otrýskání vysokotlakým vodním paprskem, tlaková injektáž trhlin dvousložkovými materiály, sanace vnitřního i vnějšího povrchu, nátěry, betonáže, izolace a výměna mostního příslušenství. Všechny práce musely být prováděny bez přerušení provozu pro pěší a cyklisty. Termín zahájení byl stanoven na 26.4.2002, ukončení do 31.10.2002. OBNAŽENÍ NK Značně silnou vrstvu asfaltových vrstev odstranily frézy, kamenné obrubníky byly vybourány s ohledem na jejich zpětné osazení, odstranily se betony říms a podklad pod vozovkou. Pak se objevily nepředpokládané konstrukční prvky – prostor nad oběma pilíři obsahoval příčná a podélná táhla, která s konstrukcí stálého zařízení znemožnila strojní odtěžení štěrkopísku na betonový oblouk. Pracné bylo i odstraňování izolace s ochrannou betonovou mazaninou. Ač izolace byla viditelně nefunkční, její celoplošné odstraňování se muselo provádět postupně širokými dláty. Provoz pěších a cyklistů byl zajištěn na dřevěné lávce vybudované mezi původním zábradlím nad mohutnou parapetní zdí. PŘÍPRAVA POVRCHU, VYSOKOTLAKÝ VODNÍ PAPRSEK Všechny plochy na mostě byly otrýskány vysokotlakým vodním čerpadlem Uraca 1200, plochy s cementovým „pačokem“ i křemičitým pískem. Projektant požadoval tlak od 800 do 1000 barů s rotační tryskou. Aby bylo omezeno znečištění vodního toku při odstraňování zbytků izolace, byly odvodňovače nad řekou ucpány a voda znečištěná asfaltem byla odčerpávána do cisteren a odvážena mimo mostní objekt. Po ručním odsekání dunivých míst byl povrch připraven pro nanášení sanační malty. Jeho pevnost kontrolovaná akreditovanými laboratořemi dostatečně splňovala požadovaná kritéria. TLAKOVÁ INJEKTÁŽ TRHLIN Železobetonová konstrukce vykazovala velké množství trhlin jak v parapetních zdech, tak v ploše oblouku. Bylo proto provedeno více jak 1750 metrů vrtů a osazeno 3 tisíce „pakrů“. Pro injektáž byly vybrány materiály firmy MC Bauchemie. Byly to epoxidové materiály s různou viskozitou a dobou vytvrzování dle šířky injektované spáry a polyuretanové kompozice do spar, kde byla předpokládána vlhkost (od deště nebo průběžné práce s vysokotlakým paprskem). Jednopístové čerpadlo pracovalo s tlakem do 360 barů. I když bylo prováděno uzavření viditelných trhlin sanační maltou, bylo to často nedostatečné. Injektážní kompozice vytékala na předem těžko odhadnutelných 96

Obr. 1: Původní stav

Obr. 2: Detail původního stavu

Obr. 3: Odtěžení zásypu oblouků

Obr. 4: Odbouraná hrana oblouku

Obr. 5: Tlaková injektáž

Obr. 6: Sanace a izolace vnitřní klenby

Obr. 7: Sanace oblouku a římsy

Obr. 8: Sanace spodní stavby z pontonu

97

místech, často vzdouvala izolaci na vnitřní stěně parapetní zdi. Proto bylo rozhodnuto volit četnější vrty tak, aby bylo v maximální míře dosaženo proinjektování a uzavření pohledových ploch betonové konstrukce. Spotřeba injektážních hmot výrazně převýšila předpokládaný objem. Kontrolou na náhodně vybraných vývrtech bylo zjištěno dostatečné proinjektování trhlin. SANACE POVRCHŮ Pro rychlý postup sanací železobetonové konstrukce a oprav kamenných pilířů bylo rozhodnuto, že konstrukce bude přístupná v jakémkoliv místě z lešení tak, aby bylo možné provádět kdekoliv jakýkoliv technologický postup sanace. V deštivém počasí se to projevilo jako velmi výhodné. Na obloucích bylo zavěšené lešení a u opěr rozsáhlé trubkové lešení. U pilíře ve vodním korytě byl zakotvený rozpojený ponton z mostní soupravy s lešením, u druhého pilíře bylo lešení na kotvených konzolách a dle potřeby krátkodobě trubkové lešení. Vnitřní povrch konstrukce byl pro natavení izolačních pásů ručně vyspraven v nejnutnějším rozsahu vtlačením sanační malty do nerovností po bourání a vodním paprsku. Byl požadován minimální rozsah sanací tak, aby bylo možné nalepit izolační pás tl. 5 mm na penetrační nátěr. Úprava vnějšího povrchu konstrukce v původním návrhu DSP obsahovala po klasické úpravě povrchu a ošetření zkorodované armatury několik technologických kroků: spojovací můstek, sanační maltu s minimem vhodných chemických přísad a povrchovou stěrku. Po projednání s investorem, projektantem a odborným garantem byl přijat návrh zhotovitele, že bude provedena jedna vrstva v průměrné tloušťce cca 10 mm bez můstku a stěrky, která však obsahuje zvýšené množství vhodné chemie, a tím splní požadavky ochrany dané původním návrhem. Tato malta byla nanášena mokrým způsobem šnekovým čerpadlem se současným použitím vzduchového kompresoru. Kinetická energie takového nanášení malty je výrazně vyšší než ručně, což má značný vliv na hodnoty kontrolních zkoušek. Navíc tuto maltu lze vyhladit („zatočit“) v technologické době zpracování do pohledného povrchu, na který lze nanášet přímo ochranný nátěr. Pro zvýraznění nosného oblouku byla při omítání bočních stěn zvětšením tloušťky sanační malty vytvořena vystouplá hrana, na které je i rozhraní barevného nátěru. Sanační vrstva běžným suchým torkretem byla prováděna v tloušťkách nad 30 mm, byla to vybouraná lokální „hnízda“ a degradované hrany konstrukce, zejména hrana betonového oblouku. Tento torkret byl také překrytý mokrou sanační maltou. Na mostě je část zábradlí nad pilíři a opěrami z betonu, které má omítku v podobě terazza. Dodavatel sanačních malt navrhnul a dodal k odzkoušení několik směsí z podobného drceného kameniva. Byla vybrána malta, která se nejvíce podobala původní omítce. Z té pak byly provedeny drobné vysprávky i celoplošné opravy betonového zábradlí. Jako sanační malty byly použity výrobky firmy Lafarge: Armatop, Gun, Sanatop jemný a hrubý a Fin. NÁTĚRY Všechny plochy na opravované konstrukci jsou natřené. Bylo použito několik typů nátěrových hmot podle umístění a s ohledem na maximální životnost. Spodní plochy, 98

které nejsou vystaveny přímému kontaktu chemickým látkám a mrazu, jsou natřeny dvouvrstvým nátěrem ve dvou barevných odstínech pro zvýraznění nosného oblouku. Sanované svislé a vodorovné plochy římsy jsou natřené třívrstvým nátěrem - impregnací a dvěma krycími nátěry. Dobetonávka říms ke kamennému obrubníku a betonové zábradlí s omítkou jsou natřeny opakovaně vícevrstvým silikonovým nátěrem, čímž byl zachován vzhled původního materiálu. Technologicky byla většina nátěrů provedena bezvzduchovým stříkáním hydraulickým čerpadlem Wagner s výstupním tlakem na trysce 220 barů. Nátěrové systémy a tmely do spár byly kompletně dodány firmou Sika. BETONÁŽE Na stavbě byly provedeny tyto betonáže: monolitická železobetonová deska pod vozovkou, střední část říms mezi kamenným obrubníkem a původní římsou a výplň prostoru nad nosným obloukem. Největší objem betonu, cca 640 m3, byl uložen do konstrukce na izolovaný oblouk mezi parapetní zdi místo původního štěrkopísku. Projektant požadoval lehký mezerovitý beton s pevností nad 12 Mpa a zejména objemovou hmotnost do 1500 kg/m3. Na poptávku několika betonárkám na dodávku zavlhlé směsi reagoval kladně pouze Readymix se sídlem v Hradci Králové. Byla navržena směs s použitím lehčeného kameniva Liapor. Vlastní plnění se provádělo nad každým obloukem samostatně a souměrně s použitím pásových dopravníků. Hutnilo se vibrační deskou dvěma pojezdy na výšku vrstvy do 0,5 m. Všechna tři pole a obě předpolí jsou vzájemně oddilatována deskami z pěnového polystyrénu tl. 5 cm. Tímto se podařilo vyplnit most materiálem s objemovou hmotností menší než původní štěrkopísek. Kontrolní zkoušky potvrdily hodnoty stanovené projektantem. IZOLACE Most je izolován dvakrát. Kompletní vnitřní plocha je zaizolována asfaltovými pásy tl. 5 mm na asfaltový penetrační nátěr. Horní železobetonová deska tl. do 0,3 m vsazená mezi parapetní zdi a částečně uložená na chodníkové konzoly je izolovaná opět asfaltovým pásem tl. 5 mm ale na pečetící vrstvu. Ta je i na části konzol, na kterých se obě izolace spojují. Pásy jsou ukončeny na vnitřní svislé ploše původní římsy cca 30 – 50 mm pod horním okrajem. Pro dokonalé zatěsnění tohoto choulostivého detailu byla část izolace, svislá i vodorovná plocha původní sanované římsy přetřena izolačním nátěrem Sika Icosit Elastomastic TF s posypem křemičitým pískem. MOSTNÍ PŘÍSLUŠENSTVÍ Odvodnění mostu využívá původní prostupy s litinovými prvky. Vlastní odvodňovač atypicky upravený pro dané podmínky dodala firma Vlček s.r.o. Odvodňovací trubky na spodním líci oblouku bylo prodlouženy z plastových smršťujících se trub. U kovového zábradlí byla demontována původní výplň. Stávající sloupky a madlo byly doplněny a srovnány do požadovaného tvaru. V tomto stavu byla konstrukce otrýskána a metalizována. U výplní z pletiva v rámu bylo nutné najít konstrukční systém tak, aby byly eliminovány nečekané rozdíly v délce. Mezi nejkratším a nejdelším polem byl rozdíl 50 mm. Po osazení rámů těsně ke sloupkům byl proveden čtyřvrstvý nátěr celého zábradlí. 99

V mostě jsou uloženy v chodníku vždy dvě chráničky, v jedné je spojařský dálkový kabel, který v průběhu rekonstrukce byl stále funkční. V krajním poli na pilíř ve vodním toku je pro Povodí Labe připravená zavěšená chránička pro instalaci kabelu na automatický odpočet vodní hladiny. Dilatační závěry jsou provedeny jako elastické nad pilíři a nad opěrami.

Obr. 9: Celkový pohled na opravený most

ZÁVĚR Uvedený most, technická památka, byl opraven ještě ve stavu, který umožnil opětovně vrátit jej k plnohodnotnému využití. V průběhu realizace, zejména při dokončování, stavbu provázela nepřízeň počasí (deště spojené s kolísáním hladiny Labe, vichřice). Přesto se podařilo práce realizovat v požadované kvalitě, což je doloženo četnými zkouškami.

Obr. 10: Konečně hotovo!

100

REKONSTRUKCE SMETANOVA MOSTU V TŘEBÍČI RECONSTRUCTION OF THE SMETANA´S BRIDGE IN TŘEBÍČ Ing. Vlastimil Tyrala Ing. Ivo Muthsam Ing. Vladimír Krejčík Ing. Pavel Tomášik

(1) (1) (2) (2)

(1) MADOS MT s.r.o., Lupenice 51, 517 41 Kostelec nad Orlicí Tel.: 494 544 524, Fax: 494 544 554, E-mail: [email protected] (2) Dosting, spol. s r.o., Košinova 19, 612 00 Brno Tel.: 549 522 211, Fax: 549 522 210, E-mail: [email protected] Anotace: Celková rekonstrukce betonového obloukového mostu přes řeku Jihlavu v Třebíči. Řešení nové izolace mostu a komplexního odvodnění, sanace povrchů z betonu a umělého kamene. Abstract: General reconstruction of the concrete arc bridge across Jihlava river in Třebíč. Solving of the new waterproofing and complete drainage, reparation of concrete and artificial stone surfaces. Na jaře roku 2002 byla firma COLAS CZ a.s., závod Jih pověřena provedením celkové opravy Smetanova mostu přes řeku Jihlavu v Třebíči. Součástí stavby byly rovněž rekonstrukce komunikací na předpolích a přeložky všech dotčených inženýrských sítí, vedených po mostě (plynovod, veřejné osvětlení, NN kabely). Subdodavatelem rozhodujících prací na rekonstrukci vlastního mostního objektu byla firma MADOS MT s.r.o. Stavba byla velmi náročná nejen technicky, ale především časově, protože zejména první etapa opravy, zahrnující rekonstrukci mostovky, přilehlých částí komunikace a přeložky sítí a umožňující v konečném důsledku znovuzprůjezdnění mostu, byla časově striktně omezena na pouhých 11 týdnů, neboť toto zprůjezdnění limitovalo provádění dalších oprav komunikací a sítí, respektive s nimi spojených uzavírek, naplánovaných v Třebíči na rok 2002. Zadávací dokumentaci zpracovala firma Pontex, s.r.o., detailní realizační dokumentaci pak firma Dosting, spol. s r.o. Jak už bývá u takovýchto rekonstrukcí zvykem, realizační dokumentace se připravovala „za pochodu“ dle přesných skutečností, zjištěných na stavbě v průběhu realizace. Smetanův most, postavený v roce 1924, převádí městskou komunikaci přes tok řeky Jihlavy. Vzhledem ke konfiguraci řečiště se vlastně jedná o dva samostatné mostní objekty. Hlavní vodoteč je přemostěna obloukovou železobetonovou konstrukcí o dvou polích celkové délky cca 50m. Náhon souběžný s hlavním korytem řeky pak překračuje komunikace pomocí jednopolového železobetonového trámového mostu. Spojovací část mezi oběma mostními objekty je sevřena v opěrných zdech. Vrchní 101

části konstrukcí (boční konzoly, zábradlí, ozdobné prvky) jsou na všech třech částech přemostění stejné, takže opticky působí konstrukce jako jeden celek. Estetickým neštěstím tohoto velmi pěkného mostu bylo dodatečné vybudování samostatné, těsně sousedící lávky pro pěší na návodní straně mostu. Ta sice vyřešila bezkolizní převedení chodců přes vodoteč mimo jinak velmi úzký hlavní most, ale zcela necitlivá volba konstrukce (prefabrikáty I na monolitické spodní stavbě) hyzdí pohledy na původní mostní konstrukci zejména z návodní strany. Základními úkoly pro rekonstrukci mostu bylo provedení nového svršku mostu (oprava zjevně nefunkční izolace mostu, rekonstrukce zničeného odvodnění a úprava nevyhovujících šířkových poměrů), dále úprava vedení či přeložení nezbytných inženýrských sítí, oprava poškozeného betonového zábradlí a ozdobných prvků s povrchem z umělého kamene a sanace betonových boků a podhledu mostu s úpravou detailů dilatačních spár mostu. Vzhledem k existenci sousední lávky, kdy po mostě není třeba vést pěší provoz, bylo možno provést rozšíření původně úzké vozovky na vyhovující míru 6,5m mezi zvýšenými obrubami, přičemž chodníkové prostory se redukovaly na zbývající šířku cca 1m, sloužící nyní vlastně jako odrazný pruh pro ochranu zábradlí a prostor pro vedení chrániček kabelových sítí. Po odbourání původních vozovkových a chodníkových vrstev byla na původní zásyp oblouku (ve vrcholové partii pak přímo na nosné oblouky přes separační vrstvu) provedena nová železobetonová spádovaná deska, zakotvená na bocích do horní části parapetních zdí. Deska byla za opěrami mostu protažena na předpolí formou přechodových desek délky 3m. Povrch chodníkových konzol byl tenkovrstvými úpravami aktivovanou maltou přespádován směrem k vozovce, čímž spolu s novou příčně spádovanou deskou vznikl kvalitní podklad pro novou celoplošnou izolaci mostu, vytaženou na bocích do drážek ve svislé stěně zábradlí. Pro tuto izolaci byly použity modifikované izolační pásy BŰSCHER-HOFFMANN, natavované na pečetící vrstvu z materiálu CONCERTIN BV88, ochrannou vrstvu izolace pod vozovkou tvoří ABJ. Tím vznikla jednolitá izolovaná vana, s odvodněním podél obrub, která brání dřívějšímu zatékání vody do prostoru zásypu oblouku. Obdobným způsobem byla provedena izolační vrstva i na trámové části přemostění. Prostor na předpolích a mezi opěrnými zdmi mezi oběma mosty byl odvodněn dostatečně kapacitním systémem drenáží, s bočním vyústěním mimo opěrné zdi. Na celoplošnou izolaci pak byly nabetonovány monolitické odrazné pruhy s prostupy pro kabelové sítě. Spodní část betonového zábradlí byla opatřena ochranným povlakem z materiálu PCI PECIMOR s napojením na pásovou izolaci pod vozovkou. Mezi obrubami provedena jednovrstvá živičná vozovka z asfaltového betonu. Příčné dilatační spáry byly v celé šířce mostu překryty elastickými mostními závěry, provedenými z materiálu BIGUMA BR. Na zálivky technologických spár se použil materiál BIGUMA 164/SNV. Odvodnění mostu je řešeno soustavou klasických mostních odvodňovačů systému VLČEK se svislými plastovými odpady přes celou tloušťku konstrukce pod most do vodoteče.

102

Realizací výše popsaných prací se podařilo v maximální možné míře eliminovat hlavní zdroj závad mostů, tedy pronikání vody do konstrukce. Most je chráněn vanovou izolací, veškeré případné cesty vody do konstrukce (kabelové prostupy, dilatační či pracovní spáry konstrukce apod.) leží nad rovinou izolace. V následujícím průběhu stavby byla již za provozu mostu oprava dokončena sanací bočních a podhledových ploch mostu a opravou zábradlí a ozdobných prvků mostu. Z boční strany byly formou přeložek odstraněny historickým vývojem postupně na most zavěšené inženýrské sítě (plynovod, kabely VO apod.). Tím se vytvořily předpoklady pro kvalitní celoplošnou sanaci a odstranily se zdroje případných lokálních závad (závěsy či konzoly, většinou ocelové a více méně neudržované). Nepominutelná je i otázka zlepšení vzhledu mostní konstrukce, která není „ověšena“ spletí různých vedení ve větším či menším stupni devastace. V rámci sanace se řešily i problémy opravy a „zcivilizování“ dilatačních spár v konstrukci mostu (zejména bočních zdí), které byly na konstrukci vytvořeny při stavbě nebo případně vznikly živelně v průběhu doby. V jednotlivých konkrétních případech bylo zvažováno, zda lze spáry či trhliny uzavřít, nebo zda je naopak nutné respektovat jejich přirozený vznik dilatačními pohyby konstrukce. Zejména ve druhém případě pak byla věnována velká pozornost „zcivilizování“ těchto mnohdy divoce tvarovaných trhlin. Dotčené prostory byly do velkých hloubek vybourány, při zpětném doplňování materiálu byly dilatace v maximálně možné míře srovnány a pro případ náhodného průniku vody z rubu opatřeny účinnou svislou hloubkovou drenáží, aby nemohlo docházet k průsakům vody na líc konstrukcí s následnou devastací pohledových ploch, zejména v zimním období opakovaným působením mrazu. Sanace betonových ploch probíhala klasickým způsobem, tryskáním vysokotlakým vodním paprskem a následnou reprofilací za použití materiálů firmy LAFARGE – SANATOP TIX (hrubý a jemný) a SANATOP FINE. Náročná byla oprava poškozených ploch omítky zábradlí a ozdobných prvků mostu z umělého kamene, kdy bylo snahou dosáhnout co nejpodobnějšího barevného odstínu nové pohledové plochy s původním materiálem. Potřebné směsi připravila opět firma LAFARGE ze směsi TERA. Veškeré lícní plochy konstrukce byly opatřeny uzavíracími nátěry. Beton klasickými povlakovými pigmentovanými nátěry, které kromě technických uzavíracích vlastností dotvářejí vzhled opraveného mostu. Byly použity nátěrové hmoty BETONFLAIR firmy MC BAUCHEMIE. Plochy s omítkou z umělého kamene a povrch betonových odrazných pruhů, které jsou vzhledem k dispozici silně namáhány srážkovou vodou i odstřikem z vozovky, pak byly penetrovány vysoce vodoodpudivým nátěrem na bázi silikonu IMESTA IW290. Jsme přesvědčeni, že se v rámci rekonstrukce podařilo vyřešit všechny letité problémy mostu a ten, původně otevřený na počest stého výročí narození velikána české hudby, bude po mnoho dalších let jak sloužit provozu, tak přispívat k pěknému vzhledu města Třebíče.

103

104

Obr. 1: Výkres

Obr. 2: Původní stav - degradovaná konzola se sítěmi

Obr. 3: Rozsáhlá lokální porucha chodníkové konzoly a zábradlí

Obr. 4: „Divoká“ dilatace před opravou

Obr. 5: …a totéž po sanaci

Obr. 6: Kladení izolace

Obr. 6: Most po opravě – detail podhledu

105

Obr. 8, 9: Most po opravě - celek a detail pohledu

106

ZAJÍMAVÁ PŘESTAVBA OBJEKTU K JINÉMU ÚČELU AN INTERESTING PURPOSES

RECONSTRUCTION

OF

BUILDING

FOR

ANOTHER

Prof. Ing. Tomáš Vaněk, DrSc. Ing. Martin Tyrlik České vysoké učení technické v Praze, fakulta stavební, Thákurova 7, 16629, Praha 6 Tel.: 224354628, Fax.: 233335797 Anotace: Přestavba Domu horníků pro Českou spořitelnu. Vestavba nových stropů uprostřed výšky dvou sálů nad sebou. Řešení optimální varianty s vložením vnitřních sloupů nebo jen uložení na sloupech obvodových. Výhody a nevýhody. Využití půdního prostoru. Četné bourací práce. Aktivace nových sloupů pod starými průvlaky. Zachování vnějšího vzhledu objektu. Abstract: The reconstruction of „The House of Coal Miners“ for Česká spořitelna. Building in the new ceilings in the middle of the height of two halls. The solution of optimum version including insertion inner columns. Advantages and disadvantages. The utilization of loft space. The activation of the new columns under the old beams.The conservation of building view. 1. ÚVOD Stávající nosnou konstrukcí části objektu, kde se nachází nad sebou taneční a divadelní sál, je 6 dvoupatrových jednolodních rámů z monolitického betonu, postaveného v roce 1920. Směrem do dvora je přístavek, který se odbourává. Osová vzdálenost rámů je 4,5m. Vlastní rám má rozpon 15,7m - obr.1. Výška spodního rámu je 7,5m, horního 8,5m. Sloupy spodního rámu jsou průřezu 0,7x1,5m, horního rámu 0,65x1,12m. Vodorovná příčle spodního rámu má uprostřed rozpětí průřez 0,4/1,05m včetně železobetonové desky tloušťky 0,12m. Horní příčel má průřez 0,4/1,0m. Rámové rohy jsou zesíleny náběhy u sloupů i příčlí. Nosné sloupy jsou na patkách uloženy na vrubových kloubech. Základové poměry jsou velmi dobré. Území je poddolované. d

2. NAVRHOVANÉ PROJEKTOVÉ ÚPRAVY Hlavní statickou a konstrukční přestavbou bylo, po vybourání nadbytečných částí, vložení dvou mezistropů do rámové železobetonové konstrukce. V suterénu byl požadován železobetonový trezor. Do podkroví požadoval investor vybudovat další kancelářské prostory. V příspěvku bude dále věnována pozornost vestavbě dvou nových stropních konstrukcí.

107

3. VARIANTNÍ NÁVRHY VESTAVBY STROPNÍCH KONSTRUKCÍ A JEJICH KRITICKÉ POSOUZENÍ O rekonstrukci této zajímavé budovy by bylo možné uvádět řadu zajímavých podrobností. S ohledem na omezený rozsah příspěvku uvádíme podrobnost jedinou a to volbu nových dvou vestavěných stropních konstrukcí. Připomeňme, že by téměř vždy měla být úzká spolupráce s architektem, kde statik kromě bezpečného návrhu sleduje též hospodárnost, což nelze vždy konstatovat o architektovi. VARIANTA č.1 – obr.2 V této variantě je navrhován nový strop na úrovni +0,15; +9,62 a +15,64m. U všech těchto tří stropů se podporové reakce přenáší do obvodových sloupů, ze kterých se zatížení přenáší do základových patek, které nevyhovují na toto přitížení a musely by se nákladným způsobem zesilovat. Vnitřní prostory pro administrativní provoz jsou samozřejmě rozdělovány četnými příčkami, a proto vložení nosných sloupů nemůže být překážkou. Tato varianta nebyla doporučena k realizaci. Ještě připomeňme méně dokonalý detail „A“ – připojení stropu na trezor a detail „B“ – podepření ocelových nosníků na obvodové sloupy. VARIANTA č.2 – obr.3 V této variantě jsou navrženy dvě řady sloupů po celé výšce objektu. Je zde zřejmé, že přitížení do obvodových sloupů bude minimální a řádná úprava základových patek není nutná. Jak je patrno z obrázku, levá řada sloupů je situována na stěně trezoru, zatímco druhá řada musí mít patky nebo základový pas. Další nutností je zde však u obou stávajících stropů zesílení průvlaku nad podporami přidáním výztuže na ohyb při horním líci a dále zesílení na smyk v okolí těchto podpor. S ohledem na zvýšenou pracnost a náklady varianta nebyla realizována. VARIANTA č.3 – obr.4 U této varianty měl architekt kategorický požadavek v přízemí umístit jen jednu řadu sloupů a ve vyšších podlažích již řady dvě. Při této variantě je však nutno vyřešit náročný detail, tj. zatížení dvěma novými sloupy na stávající průvlak na kótě +5,28, pod kterým směrem dolů pokračuje sloup jediný. Toto řešení je však možné pouze ocelovými prvky na obou stranách průvlaku i pod ním. Tato varianta též nebyla realizována. VARIANTA č.4 – obr.5 Jde o variantu, která byla realizována. Kompromisem jsme navrhli pouze jednu řadu sloupů uprostřed rozpětí průvlaků. Pro zajímavost uveďme, že ve spodních dvou podlažích jsou sloupy železobetonové 350/350mm, zatímco v horních dvou podlažích jsou sloupy ocelové ∅200mm. I zde bylo nutno zesílit stávající průvlak na ohyb při horním líci a smyk nad přídavnými podporami. Zajímavou podrobností a nutností zde byla aktivace podpor pod stávajícími průvlaky na kótě +5,28m. Toto bylo realizováno vynecháním otvorů v horních částech pod průvlakem, do kterých byl vložen ocelový nosník na umístění lisů, které umožnily průhyb nahoru při vyvození zatížení do patky pro očekávané sednutí těchto základů kolem 15mm. 108

4. ZÁVĚR Obsahem příspěvku je upozornění na zajímavost vestavby dvou nových stropů do stávajících společenských sálů. Je uvedeno několik variant a jejich porovnání. Příspěvek zdůrazňuje, že vzájemným pochopením statika a architekta lze dospět k optimálnímu řešení. Podrobnosti z realizace budou uvedeny na diapositivech v průběhu sympozia v Brně. Příspěvek byl vypracován za podpory výzkumného záměru MSM 210000001. LITERATURA [1] Vaněk, T.: Rekonstrukce staveb. SNTL Praha 1989 [2] Vaněk, T.: Sanace železobetonových vodohospodářských objektů. Beton č. 1/1999 [3] Vaněk, T.: Vážné závady z nerespektování objemových změn na různých typech konstrukcí nedostatečnou podélnou výztuží. Betonářské dny 2000, Pardubice 2000 [4] Vaněk, T.: Havárie montovaných konstrukcí z malé pozornosti k detailům. Sanace betonových konstrukcí, Brno 2001 [5] Vaněk, T., Weiss, V.: Sanace betonových nádrží na vodu, ČKAIT, červenec 2000 [6] Vaněk, T.: Některé nedobré zkušenosti s navrhováním a realizací rekonstrukcí betonových a zděných staveb. 23 konference WTA CZ, Praha 2001 [7] Vaněk, T., Tyrlik, M. : Perspektiva odstraňování hrubých závad betonových konstrukcí. Beton – Technologie-Konstrukce-Sanace 2/2002 [8] Vaněk, T., Tyrlik, M. : Nutné sanace betonových staveb zaviněné nedbalostí. Sanace betonových konstrukcí Brno, 2002 [9] Vaněk, T., Tyrlik, M. : Možnosti zvýšení spolehlivosti staveb. Betonářské dny Pardubice 2002

109

MODERNÉ METÓDY ZOSILŇOVANIA STĹPOV MODERN METHODS OF COLUMNS STRENGTHENING

prof. Ing. Juraj Bilčík, CSc. Stavebná fakulta STU Bratislava, Radlinského 11, 813 68 Bratislava Tel: ++421 2 59274 546, fax: ++ 421 2 52 926 213, e-mail: [email protected] Anotácia: Príspevok sa zaoberá novými spôsobmi zosilňovania betónových stĺpov pomocou výstuže uloženej do drážky a ovinutím tkaninou. Je uvedený prínos oboch metód na čiaru únosnosti, vzorce pre výpočet zvýšenej pevnosti betónu pri obmedzenom priečnom pretvorení a technologický postup zosilňovania. Abstract: The paper deals with new methods for strengthening of concrete columns using FRP sheets and near surface mounted FRP rods. The capacity of columns to carry loads increases, as the N –M diagram shows. Expressions for calculation the increased strength and technological procedures of strengthening are presented. 1. ÚVOD Požiadavka na zosilnenie vodorovných nosných prvkov je často spojená s potrebou zosilňovania stĺpov. Tieto sú namáhané kombináciou osovej sily a ohybového momentu. V prípade štíhlych stĺpov je potrebné uvážiť aj vplyv vzperu. Najčastejšie spôsoby zosilňovania stĺpov sú: • pridanie pozdĺžnej a priečnej výstuže a betónu • pridanie tuhej výstuže • ovinutie tkaninou z uhlíkových vlákien • uloženie výstužných prútov v drážke Prvé dva spôsoby zosilňovania môžeme označiť ako klasické. Pri porovnaní s druhými dvomi spôsobmi sú prácnejšie a časove náročnejšie. Vyžadujú mokrý proces na stavbe, resp. pridanie tuhej výstuže, čo prichádza do úvahy iba v priemyselných objektoch, kde estetické hľadisko nehrá významnú úlohu. 2. ZOSILŇOVANIE OVINUTÍM A VÝSTUŽOU V DRÁŽKE Moderné koncepcie zosilňovania stĺpov sa zakladajú na použití tkaniny a (alebo) výstužných prútov uložených do vyfrézovanej drážky. Podstata zvýšenia únosnosti stĺpov zosilňovaných ovinutím tkaninou spočíva v tom, že ovinutie bráni pretvoreniu betónu v priečnom smere. Tým dochádza k viacosému namáhaniu betónu, čo zvyšuje jeho pevnosť. Na zvýšenie ohybovej únosnosti stĺpov je možné použiť výstužné prúty (z ocele alebo vláknami vystužených polymérov) 110

v smere osi stĺpa uložené do vyfrézovanej drážky (obr. 1). Na ich kotvenie sa v základoch, resp. v nosníkoch vyvŕtajú otvory. Dôsledky oboch koncepcií zosilňovania na únosnosť stĺpov sú ilustrované na obr. 2. Čiara únosnosti pôvodného obdĺžnikového prierezu stĺpa namáhaného kombináciou normálovej sily a ohybového momentu je znázornené na obr. 2a. V oblasti A-B je porušenie vyvolané drvením betónu, Obr. 1: Uloženie výstuže v drážke kým v oblasti B-C je porušenie spôsobené prekročením medze klzu ocele. Po osadení výstužných prútov sa čiara únosnosti výraznejšie rozširuje v oblasti B-C, úmerne zvýšenému stupňu vystuženia pozdĺžnou výstužou (obr. 2b). Naproti tomu použitie ovinutej tkaniny vyvolá zvýšenie únosnosti v oblasti A-B (obr. 2c). Kombináciou výstužných prútov a ovíjanej tkaniny sa dosiahne zvýšenie únosnosti stĺpa v oboch oblastiach (obr. 2d). Prítomnosť tkaniny, naviac prispieva k stabilite vložených prútov.

Obr. 2: Čiara únosnosti pôvodného prierezu (a), zosilneného výstužou v drážke (b), ovinutého tkaninou (c), zosilneného výstužou v drážke aj ovinutím tkaninou(d) [1]

111

Na zosilňovanie ovinutím sa najčastejšie používajú tkaniny vystužené uhlíkovými, sklenými alebo aramidovými vláknami. V tkanine sú, podobne ako v lamele, jednosmerné a natiahnuté vlákna. Preto sú vhodné na prenášanie ťahovej sily v smere vlákien už pri malých pretvoreniach. Na tento účel sa najčastejšie používajú uhlíkové vlákna. V rohožiach sú vlákna vedené v dvoch smeroch (najčastejšie ortogonálne) a vzhľadom na spôsob tkania sú zvlnené. Na tento účel sa dobre osvedčili sklené vlákna. Prenos ťahovej sily v rohožiach sa aktivuje pri väčších pretvoreniach. Rohože sú vhodné na zvýšenie húževnatosti (duktility) nosných prvkov, napr. na zvýšenie ich seizmickej odolnosti. Tkaniny a rohože sa pri aplikácii na betón laminujú do matrice, najčastejšie epoxidovej (kotviaca matrica) alebo akrylátovej živice (ochranná matrica umožňujúca prestup vodnej pary). Pretože vplyv matrice pri prenášaní napätí je zanedbateľný, pre navrhovanie sa uvažujú iba vlastnosti a teoretický prierez vlákien (nie kompozitu). Pri ručnom laminovaní nie je usporiadanie vlákien vždy ideálne. Existuje tiež riziko, že pri rozvíjaní tkaniny, resp. rohože sa poškodia vlákna. Z tohoto dôvodu sa odporúča znížiť charakteristické vlastnosti vlákna pri navrhovaní o bezpečnostný koeficient s = 1,2 pre tkaniny, resp. s = 1,5 pre rohože. Medzné pomerné pretvorenie uhlíkových vlákien, prípustné pre návrh, by nemalo prekročiť 50 % pomerného pretvorenia pri porušení vlákien, prípadne sa koriguje podľa konkrétneho stavu napätí (šmyk, ovinutie, ohyb) [2]. Postup pri navrhovaní ovinutia tkaninou vychádza zo stĺpa kruhového prierezu. Ak je takýto stĺp zaťažený dostredne pôsobiacou normálovou silou N, vzniká normálové napätie σ1 v smere pôsobiacej sily a napätie σ2 v priečnom smere (obr. 3a).

Obr. 3: a) Napätia v ovinutom stĺpe b)

Strojové ovíjanie uhlíkovej tkaniny na stĺp

Pracovný diagram (diagram σ-ε) betónu ovinutého uhlíkovou tkaninou, ako to je zrejmé z obr. 4, má približne bilineárny priebeh. V počiatočnej fáze sa ovinutý betón chová podobne ako neovinutý - pri malých pretvoreniach sa neprejavuje účinok obmedzenia priečneho pretvorenia. S narastajúcim napätím narastajú pozdĺžne i priečne pretvorenia. Ak betón dosiahne medzné pretvorenie v tlaku (εb ≅ 0,0035) dochádza k zlomu diagramu a priamkovému priebehu. Sklon priamky zodpovedá tuhosti ovinutej tkaniny. Ovinutie výrazne zvyšuje pretvoriteľnosť tlačených prvkov. 112

Obr. 4: Idealizovaný diagram σ-ε pre betón ovinutý uhlíkovou tkaninou [3]

V literatúre sú uvedené viaceré modely chovania betónu s obmedzeným priečnym pretvorením. Väčšina z nich analyzuje betón uložený v oceľových rúrach. Zvýšená pevnosť betónu v tlaku pri trojosom napätí sa stanoví zo vzťahu [4]: fck,c = fck + 4,1 σ2 kde fck,c je pevnosť v tlaku ovinutého betónu; fck – pevnosť v tlaku neovinutého betónu; σ2 – napätie v priečnom smere. Výskumné práce realizované v posledných rokoch preukázali, že vzťah je možné použiť aj pre betónové stĺpy ovinuté uhlíkovou tkaninou. prENV 1992-1 [5] uvádza podobné vzťahy: fck,c = fck (1,0 +5.σ2/fck) fck,c = fck (1,125 +2,50.σ2/fck )

pre σ2 < 0,05 fck pre σ2 > 0,05 fck

Ovinutie obdĺžnikových prierezov stĺpov je menej účinné ako u kruhových prierezov. Tento poznatok možno prisúdiť skutočnosti, že u štvorcových stĺpov sa obmedzenie priečneho pretvorenia viac koncentruje v rohoch prierezu ako po celom obvode. Vplyv hrán na efekt ovinutia uvádza [6]. Zvýšenie účinnosti ovinutia sa dá dosiahnuť zaoblením hrán stĺpa.

113

Technologický postup zosilňovania pozostáva z týchto krokov: 1. 2. 3. 4.

•

•

Očistenie povrchu betónu od porušených vrstiev, nečistôt, resp. starých náterov (napr. tlakovou vodou); Zaoblenie hrán obdĺžnikového stĺpa (r = 30 mm); Nahradenie odpadnutého betónu sanačnou polymércementovou maltou; Ručné alebo strojové laminovanie uhlíkovej tkaniny priamo na stĺpe. Pri ovíjaní a lepení tkaniny je potrebné zohľadniť možnosť prestupu vodných pár cez laminovanú tkaninu z betónu do obklopujúceho prostredia. To je možné zabezpečiť dvomi spôsobmi: pri laminácii po častiach (ako jednotlivé strmene). Tento spôsob je vhodný pre stĺpy obdĺžnikového prierezu. Kotviaca epoxidová živica (má veľký difúzny odpor pre vodnú paru) sa použije len na stene s presahom tkaniny a na protiľahlej stene (obr. 5a). Na dvoch ostatných stenách sa na lamináciu použije akrylátová živica s malým difúznym odporom pre vodnú paru. Použitím rôznych živíc je 50 % povrchu stĺpa otvorených pre difúziu vodnej pary; pri ovíjaní tkaniny po výške (ako skrutkovica). Tento spôsob je vhodný pre stĺpy s kruhovým prierezom (obr. 3b). Tkanina sa lepí iba v úseku kotvenia (v mieste presahu). V ostatnej časti je tkanina bez laminácie.

Obr. 5: a) Spôsob laminovania a kotvenia tkaniny na stĺpoch obdĺžnikového prierezu b) pohľad na stĺp zosilnený uhlíkovou tkaninou [2]

Aplikácia tkaniny je možná iba na nosné betónové podklady – pevnosť v ťahu povrchovej vrstvy ≥ 1,0 N/mm2. Vlhkosť podkladného betónu < 4 % (hmotnostne). Pri laminácií musí byť teplota betónu o 3°şC vyššia ako rosný bod. Pred lamináciou sa vyžaduje špeciálna penetrácia betónu (konzultovať s dodávateľom tkaniny a kotevnej živice). Poďakovanie Príspevok vznikol za podpory výskumného projektu VEGA „Teoretické podklady pre uplatnenie nových materiálov na návrh a obnovu betónových konštrukcií“. 114

LITERATÚRA [1] Huang,P.C, Hsu,Y., Nanni,A: Assessment and Proposed Structural Repair Strategies for Bridge Piers. in” Proc., 3rd Inter. Conf. on Advanced Composite Materials in Bridges and Structures, Ottawa, Canada, J. Humar and A.G. Razaqpur, Editors, 2000 [2] SKW-MBT: MBrace. Zpěvňování konstrukcí pomocí ulíkových lamel (CFK) nebo laminací, 2000 [3] De Lorenzis,L.: A Comparative Study of Models on Confinement of Concrete Cylinders with FRP Composites. Chalmers University of Technology, Work No: 46, Göteborg 2001 [4] Bogdanovic,A.: Strengthening Circular Concrete Columns using FRP sheets-applications,. The University of Manitoba, Composite Materials in Civil Engineering 2002 [5] prEN 1992-1: prENV 1992-1: Design of concrete structures – Part 1: General rules and rules for buildings, 2002 [6] de Paula,R.F.,da Silva,M.G.: Sharp Edge Effects on FRP Confinement of RC Square Columns. 3rd International Conference on Composites in Infrastructure, ICCI 2002

115

ZESÍLENÍ HŘIBOVÉHO STROPU PODZEMNÍ GARÁŽE STRENGTHENING OF AN UNDERGROUND GARAGE MUSHROOM FLOOR Eduard Hobst Carsten Nechwatal Anotace: V letech 2000-2002 se uskutečnila generální sanace památkovĕ chránĕné budovy z 18. století v centru Mnichova. Spolu s původní stavební substancí bylo třeba sanovat i dodatečnĕ dobudované části budovy. Hřibová stropní deska podzemní garáže z roku 1956 nebyla koncipována pro dnešní dynamické zatížení vysoké intenzity (hasiči a odvoz odpadků). Zesílení se provedlo dobetonováním původního průřezu desky. V článku se popisují problémy statického a konstrukčního řešení sanace. Abstract: In the period 2000-2002 an overall repair of a historic building from the 18th century in the city of Munich was carried out. Along with the original building stock, later erected parts had to be adapted, too. An underground garage slab from 1956, not planned to carry today’s heavy, dynamic loads (refusecollection and fire services), was repaired by casting a strengthening layer in direct bond with the original slab. The Paper describes the static analysis and design of the repair project. 1. HISTORIE BUDOVY Budova, která je dnes sídlem pojišťovací společnosti Allianz München, byla původnĕ vybudována v barokním stylu. Přes mnohé stavební zásahy do její substance v průbĕhu více než dvou století si zachovala svůj originální ráz. Je proto památkovĕ chránĕna, čímž jsou znemožnĕny necitlivé stavební zásahy do jejího vnĕjšího vzhledu. Allianz München, jíž budova patří a využívá ji desítky let jako reprezentační bavorskou administrativní centrálu, vĕnuje jak údržbĕ historické hodnoty budovy, tak jejímu funkčnímu zhodnocování průbĕžnĕ značné finanční prostředky. Při poslední, generální rekonstrukci, jež probĕhla v létech 2000-2002 došlo k témĕr úplné přestavbĕ interiéru včetnĕ hlavních nosných systémů. Statické a konstrukční řešení jakož i stavební postupy sanace jednotlivých částí systému budovy se nabízejí jako vdĕčné téma pro zajímavé technické referáty. Článek se zabývá sanací železobetonového stropu podzemní garáže, integrované do budovy v polovinĕ 50. let. Zesílení stropu bylo vynuceno především zvýšeným jmenným zatížením vozidly pro odvoz smetí a hasičskými auty. Vypracování celkového projektu statiky generální sanace jakož i stavební dozor byly svĕřeny firmĕ Seib Ingenieurconsult GmbH, Würzburg. Na nĕkterých částech projektu, i zde popisované sanaci stropu garáže (Obr. 1), se podílela inženýrská kancelář Ingenieurbüro Dr. Hobst, Nürnberg. Projekt se řídil (kromĕ jiných předpisů) stále ještĕ platnou normou pro návrh železobetonových konstrukcí DIN 1045 7/88 [1]. 116

Obr. 1: Pohled na parkovištĕ na stropĕ garáže (ve dvoře) Fig. 1: View of the parking lot on the garage ceiling (in the yard)

Obr. 2: Schéma dvojstupňové „hřibové“ hlavice Fig. 2: Scheme of the double-step „mushroom“ head

2. POPIS KONSTRUKCE Původní stropní deska podzemní garáže byla vytvořena jako tzv. hřibová deska s mohutnými dvojstupňovými hlavicemi max. obdélníkového půdorysu 2,60 m × 2,20 m (Obr. 2), které tvoří přechod sloupů do desky, jež byla v standardním průřezu (mimo hlavic) provedena v konstantní tloušťce d = 24 cm. Půdorysu garáže nepravidelného polygonálního omezení může být opsán obdélník rozmĕrů zhruba 36 m × 20 m. Nosné sloupy obdélníkového průřezu 30 cm × 40 cm jsou rozmístĕny ve dvou řadách po 6 prvcích s osovou vzdáleností 5,20 m v řadĕ resp. 6,50 m mezi řadami. Po obvodĕ je deska vetknuta do železobetonových nosných stĕn tloušťky 50 resp. 40 cm (Obr. 3). 3. STAV KONSTRUKCE PŘED SANACÍ V roce 1987 byla provedena jedna z dílčích rekonstrukcí budovy, a už tehdy se kromĕ jiných deficitů prokázalo, že stropní deska garáže je na hranici zatížitelnosti provozem ve dvoře, jehož nosný podklad tvoří (Obr. 1). Statický průkaz konstrukce garáže, jemuž předcházelo provĕření stavu desky, sloupů a základů (zahrnující nedestruktivní testování kvality betonu i odkrytí výztuže a její kontrolu), stanovil, že stávající konstrukce je únosná (v smyslu požadavek normy) pro normové vozidlo SLW 16 (16 tun) s uvážením dy117

namického součinitele φ = 1,40. Tato výpovĕď se potvrdila i pro vozidlo SLW 30 (30 tun), avšak bez dynamických účinků; navíc byl pohyb vozidla vázán na vymezený přístupový pás šířky 3,0 m. Dokument mĕření z roku 1987 doložil zjištĕní, že fyzikální parametry konstrukce se v nĕkterých smĕrech odchýlily od podkladů, jež byly použity v statickém výpočtu z roku 1956. Musely být korigovány (nahoru i dolů) údaje o efektivním množství a rozmístĕní výztuže (účinná statická výška) v průřezu desky ve vĕtšinĕ charakteristických řezů. Stav výztuže – pozornost platila především spodním vrstvám – byl shledán všeobecnĕ uspokojivým. V konstrukci byla použita ocel BSt II, jež se však v předcházejících statických výpočtech výpočtech nasadila bezpečnĕ jako BSt 220/340 (ßS = 220 MPa) podle DIN 488; tento předpoklad jsme převzali bez zmĕny do našeho výpočtu. Prokázaná kvalita betonu odpovídá bezpečnĕ třídĕ B45 (ßR = 27 MPa) podle DIN 1045 7/88 [1] a byla tak přijata do tvorby mechanického modelu. Vzhledem na plánované nové uspořádání dvora, jež mĕl nadále slouObr. 3. Půdorysný řez garáží žit jako parkovištĕ osobních aut, navíc Fig. 3. Ground section of the garage však být využit na vybudování kafetérie a poskytnout plochu pro založení „zelené oázy“, se novĕ koncipovala trasa přístupu tĕžkých služebních vozidel, jež se v nové poloze projevila jako nepříznivĕjší pro namáhání stropu garáže. 4. KONCEPCE SANACE Sanační zámĕr 2000 musel zohlednit jak požadavky Mĕstského podniku Mnichov na zajištĕní únosnosti stropu garáže pro 26 tunové vozidlo na odvoz odpadků se započítáním příslušného dynamického součinitele, tak i pojíždĕní vozidel na stropní desce v nové stopĕ. Při zvažování možností zesílení konstrukce pro dané požadavky použití se přímočaře došlo k rozhodnutí zvýšit únosnost stropní desky dobetonováním průřezu na takovou výšku, která s příslušným horním vyztužením spřaženému průřezu „starý beton – nový beton“ dodá požadovanou únosnost. Vzhledem k omezením nivelety povrchu dvora v důsledku nové koncepce využívání (viz nahoře) byla dobetonovaná vrstva omezena výškou 12 cm. Proces optimalizace výšky průřezu se tak redukoval 118

na provĕření, zda výška 24 + 12 cm spřaženého železobetonového průřezu (spolu s nábĕhy sloupů, jež nebyly sanací postiženy) postačí s příslušnou horní výztuží pro dosažení cíle sanace. Dobetonování průřezu se mĕlo uskutečnit přímo na očistĕný, opískovaný horní povrch stropní desky. Volba vhodné technologie betonáže a dosažení kvalitního spřažení obou částí průřezu byly předmĕtem kontroverzních diskuzí na úrovni statik – kontrolní inženýr, a samozřejmĕ do ní byla zapojena provádĕjící firma. I když se tento způsob zesilování železobetonových plošných konstrukcí stává všeobecnĕ rozšířeným standardem, stále ještĕ přetrvávají oprávnĕné obavy ohlednĕ kvality a spolehlivosti spřažení původního, často desítky let starého betonu s novĕ zabudovanou sanační vrstvou. Tomuto problému se vĕnují mnozí autoři, jejich závĕry jsou však povĕtšinĕ obecné. Hartl se v [2] vyjádřil pomĕrnĕ závaznĕ v tom smyslu, že při důkladné, svĕdomité přípravĕ betonovací spáry, jež zahrnuje (a) hloubkové odstranĕní povrchové, zpravidla porušené vrstvy betonu, pokud možno až do odkrytí stávající výztuže, (b) „zpřístupnĕní“ struktury betonu, (c) dlouhodobé zvlhčování mechanicky připravené spáry atd. je přípustné předpokládat plnou únosnost spáry spřáhnutí. Nĕkdy použité zajištĕní spřažení pomocí různých speciálních smykových hmoždinek a kotev se autorovi jeví jako jeden z dalších projevů „alibizmu“: účinné smykové vyztužení plošných konstrukcí není vĕcí určitého počtu dodatečnĕ nastřelených, navrtaných, speciálních kotev, ale konstukčnĕ smysluplného rozmístĕní smykové výztuže se zachováním zdravých pravidel, nĕkdy dokonce popsaných normami. Dovedeno do důsledku: zesilování plošných konstrukcí touto technologií je třeba provést tak, aby výsledný spřažený průřez nevyžadoval smykovou výztuž v smyslu normového průkazu. Horní výztuž vložená do dobetonovaného průřezu mĕla i v smyslu dimenzování průřezu plnĕ nahradit horní výztuž stávajícího průřezu, jež se v spřaženém průřezu dostane do blízkosti neutrální osy a ztratí tak vĕtšinu své statické působnosti. Na množství horní výztuže nad sloupy nebyly kladeny žádné omezující požadavky, a tudíž se nepovažovala za kritický prvek sanačního projektu. Konstrukční provedení horní výztuže desky podél linií vetknutí do stĕn bylo přirozenĕ shledáno vĕtším problémem: konstruktivní vetknutí bylo třeba provést navrtáním otvorů pro kotvící přípoje a vlepením vložek. Proto se provedlo jen vetknutí s minimálnĕ požadovanou výztužnou plochou. Dolní výztuž stávajícího průřezu byla druhým kritickým aspektem projektu vyztužení, neboť ani spřažený průřez nemohl využít vĕtší množství dolní výztuže než původní průřez. Přírůstek únosnosti v poli mohl být teda dosáhnut jen v důsledku zvĕtšení statické účinné výšky výztuže v průřezu, a to bylo limitováno maximální výškou dobetonování. Bylo proto rozhodnuto využít pro návrh sanace od začátku maximální míry Δh = 12 cm a nezdržovat se vyšetřováním alternativ. 5. PRŮKAZ STÁVAJÍCÍHO SYSTÉMU Stropní konstrukce je železobetonová deska, při dolním a horním povrchu ortogonálnĕ vyztužená (0°/90°). Z projektové dokumentace z roku 1956, potvrzené resp. korigované ovĕřením in situ z roku 1987 bylo vymezeno celkem 5 použitých typů vyztužení dole a 4 typy nahoře. Charakteristikou vyztužení dole je malý pomĕr ca 1⁄3 až Ľ plochy hlavní a vedlejší výztuže ortogonální sítĕ; hlavní nosný smĕr je předurčen kratšími efektivními rozpĕtími kolmo na řady sloupů. V horní výztuži (nad sloupy) byl tento pomĕr vĕtší – ca ˝. 119

Statická analýza systému se provedla na pružnĕ lineárním modelu metodou konečných prvků (Obr. 4). Uložení desky na hlavicích se modelovalo plošným pružným uložením Pasternakova typu s jedním parametrem smykového roznosu: (C1, C2) = (430 MN/mł, 200 MN/m). Hodnoty parametrů C1, C2 jsou efektivními náhradami modelu sloupu s hlavicí. Vyšetřovaly se zatĕžovací stavy g0 – vlastní tíha prosté desky a g1 – přitížení dobetonovanou vrstvou betonu včetnĕ montážního přitížení. Cílem výpočtu nebylo samozřejmĕ ovĕrení únosnosti v této fázi sanace, ale zjištĕní rezervy dolní výztuže – rozdílu mezi podílem výztuže vázaným na zabezpečení nosnosti desky až do vzniku plnĕ fungujícího spřaženého průřezu vzniklého dobetonováním. Pro tento účel se použil přístup vyvinutý autory, uplatnĕný i při projektu sanace sila u Ochsenfurtu, o níž bylo referováno v minulém ročníku sympozia [3]. Zavedlo se pro nĕj označení „metoda parciálního stupnĕ bezpečnosti“. Popišme stručnĕ sledovaný princip: (1) v prvním kroku se vlastní tíž g0 a stálé zatížení g1 zavedou se stupnĕm bezpečnosti 0γs =1.0 do průkazu výztuže stávajícího průřezu 0h = 24 cm. Tento postup je legální, neboť nejde o zabezpečení únosnosti desky v daném stádiu s bezpečnostním odstupem Obr. 4: Síť modelu MKP od mezního stavu únosnosti, nýbrž o Fig. 4: Mesh of the FEM model zjištĕní nutné dolní výztuže potřebné pro vytvoření rovnováhy mezi aktivním namáháním a vzdorujícími silami průřezů v provozním stádiu; (2) v druhém kroku se zbývající podíl vlastní tíže g0 a stálého zatížení g1 přisoudí spřaženému průřezu h ≡ 1h = 0h + Δh = 36 cm s parciálním koeficientem bezpečnosti (1γs - 0γs); 1γs ≡ γs = 1.75. Stálé zatížení g2 a pohyblivé zatížení p působící v této fázi se započte s plným koeficientem bezpečnosti γs. Následující vztahy symbolizují tento postup ve vztahu k výpočtu parciálních dimenzačních sil výztuže 0Z a 1Z, ze kterých se přímo odvodí nutná plocha výztuže v obou fázích: 0 0 h = 24 : γs × (g0 + g1) → 0Z 1 h = 24+12=32 : (1γs - 0γs) × (g0 + g1) + 1γs × (g2 + p) → 1Z Z = 0Z + 1Z Výslednice Z je síla, kterou musí v konečné fázi přenést dolní výztuž původní konstrukce. Z výsledků analýzy modelu stávající konstrukce (v první fázi) podle uvedeného 120

principu uveďme jeden výsledek za všechny: dolní výztuž typu A, sestávající z dvojice osnov výztužných prutů (Ř22/17, Ř12/20) ≡ (22,36 cm˛/m; 5,65 cm˛/m), se využila podílem (5,15 cm˛/m; 1,13 cm˛/m), čímž vykázala rezervu (17,21 cm˛/m; 4,52 cm˛/m) pro další fázi sanace. Rezerva horní výztuže byla sekundárního významu. 6. PRŮKAZ SPŘAŽENÉHO SYSTÉMU Model MKP spřaženého systému je odvozen z modelu původního systému; je s ním totožný resp. liší se od nĕj v tĕchto parametrech: (1) Geometrie a topologie (síť konečných prvků) se neliší; (2) Reprezentace hlavic sloupů z hlediska rozdĕlení tuhostí se v novém modelu novĕ formulovala. Podrobnosti se zde neuvádĕjí; (3) Stálé zatížení desky g2, jež zahrnuje spádový beton, povrchové vrstvy vozovky a různé přístavby ve dvoře, jakož i rozmanité formy začlenĕní zelenĕ, přistupuje jako nový zatĕžovací stav; odpadají však stavy g0 a g1 předcházející fáze, které jsou obsáhnuty v stavu napjatosti stávající desky ve fázi 1. (4) Zatížení hasičským autem 30 t bez započtení dynamického koeficientu (podle údajů stavebního úřadu) se modelovalo podle zásad pro zatížení mostů DIN 1075 jako zatížení tĕžkým normovým vozidlem SLW 30 s příslušnými zatĕžovacími dopravními pásy p1 = 5 kN/m˛ a p2 = 3 kN/m˛; p1 se zavedlo rovnĕž bez dynamického součinitele. Bylo vytvořen 10 zatĕžovacích stavů pro pohyb v předepsané stopĕ a jeden reprezentativní ZS pro otáčení vozidla. (5) Zatížení vozidlem 26 t pro odvoz odpadků se započtením dynamického koeficientu φ = 1,35 (získán přesnĕjším výpočtem podle zásad DIN 1075) se simulovalo pseudo-normovým vozidlem „SLW 26“, jehož charakteristiky se odvodily z SLW 30 přepočtem zatížení. Ze vzájemného porovnání vyšel pomĕr: < φ × „SLW 26“ > ÷ < SLW 30 > = 1,17. Vozidlo „SLW 26“ má sice o 17% vyšší silovou účinnost, působí však, podle definice, bez zatížení p1 od dopravního proudu v hlavní stopĕ. Proto nebylo možno vyloučit zatĕžovací stavy vozidla SLW 30 ŕ priori z vyšetřování. Obr. 5 (adaptovaný z [3]) vyjadřuje základní vztahy a předpoklady použité koncepce parciálního koeficientu bezpečnosti. Tlaková zóna za ohybu, se za omezení znázornĕných v obr. 5 rozvine převážnĕ v dobetonované vrstvĕ. Dimenzování spřaženého průřezu (podle DIN 1045 7/88 [1]) se kontroluje zjednodušujícím předpokladem restrikce mezního stlačení krajních vláken tlakové zóny hodnotou εb,min = −2.75 ‰ (namísto εbU = −3.5 ‰). Tímto odhadem se přibližnĕ obsáhne jak vliv pozdĕjšího dotvarování nového betonu na přesun napĕtí do starého betonu, tak i překrývání tlakových zón první a druhé fáze, jež není přesnĕ postižitelné žádnou teorií. Analýza modelu stropní desky, zatíženého popsanými ZS podle g2, p1, p2 a SLW a jejich kombinacemi, prokázala v nĕkterých řezech překročení mezní síly (pevnosti) dolní výztuže až do výšky 20%. Jednalo se však vesmĕs o „vedlejší výztuž“ v podélném smĕru x. Ve všech tĕchto průřezech však „hlavní výztuž“ vykazovala procentuálnĕ zhruba stejnou rezervu! Z hlediska aktuálního výpočtu podle modelu MKP se jeví dolní výztuž v původní konstrukci jako chybnĕ navržena. Takový soud by však byl pochybený: díky pokroku ve výpočtu železobetonových konstrukcí dnes víme, že neexistuje jedno nejlepší řešení problému vyztužení resp. že ho nedokážeme jednoznačnĕ vyme121

zit. Výsledek původního statického výpočtu se zřejmĕ dá interpretovat tak, že byl použit model s jiným rozdĕlením tuhostí desky ve dvou hlavních smĕrech, teda model s jistou (blíže neurčitou) ortotropií. Tato úvaha vedla v opravném výpočtovém kroku k vytvoření elementárního modelu ortotropie ve vztahu na vývoj tuhostí v tzv. „stavu II“, teda po dokončení tvorby trhlinek v důsledObr. 5: Model spolupůsobení spřaženého průřezu ku zatížení blížícího se Fig. 5: Interaction model of the coupled cross-section meznímu. Použitý model ortotropie se opírá o dvĕ reprezentativní výšky průřezu v obou hlavních smĕrech. V smĕru y „hlavní výztuže“ se ponechala základní výška spřaženého průřezu: hy = h = 36,0 [cm] Ve smĕru x „vedlejší výztuže“ se definovala náhradní výška hx, která se odvodila z hy v závislosti na skutečných plochách dolní výztuže Asx a Asy a jejich účinných statických výškách dx, dy: (hx / hy)3 = (Asx dx) / (Asy dy) Pro hodnoty výztuže (Asy, Asx) ≡ (20,68 cm˛/m; 6,16 cm˛/m), jakožto střední hodnoty nejvýznamĕjších typů vyztužení A, B (viz Kap. 5) a dy = 32 cm, dx = 30 cm (podle výkresové dokumentace) se dospĕlo k hodnotĕ hx = 23,5 cm, jež se upravila zaokrouhlením na nejbližší vyšší celočíselnou hodnotu: hx = 24,0 [cm] Analýza modifikovaného ortotropního systému prokázala, že spřažená konstrukce je – až na ojedinĕlé výjimky nepatrného překročení pevnosti (max o 3%) „vedlejší výztuže“ – únosná v smyslu požadavek DIN 1045 7/88 [1]. Tento výrok zahrnuje ovšem jak únosnost betonu jakožto vyztužujícího media (viz Hobst [4]), tak i horní výztuž, která se vložila do nového betonu. Její návrh podle normových zásad [1] nepůsobil žádné problémy (Obr. 6). 7. REALIZACE PROJEKTU SANACE Projekt sanace provedlo konsorcium firem pod pracovním názvem ARGE Allianz Ludwigstr. 21, München podle zásad shrnutých v kap. 4, jež jsou zčásti zachyceny schematem na obr. 6. Názor na spolehlivé spřažení starého a nového betonu se po vytrvalé diskusi nakonec ustálil na přijetí předpokladu, že přirozené spřažení (přilnavostí) v speciálnĕ upravené spáře (obr. 6) bude dostatečnĕ dobře fungovat, když dovolená smyková 122

napĕtí nepřekročí 70% dovolené hodnoty τ011a podle DIN 1045 7/88, Tab. 13 [1]. Snížení dovolené hodnoty τ 011a o 30% bylo zřejmĕ inspirováno předpisy článku 19.7.2 [1] pro železobetonové prefabrikáty. Pro případ použitého nového betonu B35 to znamenalo podmínku: τs,max ≤ τ‘01,max = 0,7 τ011a = 0,7 x 0,40 = 0,28 [MPa] Tato maximální hodnota byla v nĕkolika bodech sice mírnĕ překročena (o ca 3%): τs,max = 0,29 MPa; uvedená podmínka se však přesto Obr. 6. Konstrukční schéma spřaženého průřezu Fig. 6. Structural model of the coupled cross-section resp. proto považovala za splnĕnou, a proto se upustilo od původního „bezpečnostního“ požadavku zkušebního inženýra zabudovat v oblasti hlavic podpůrné smykové kotvy (podle blíže neurčeného schématu). Výpočtem prokázaný příznivý vývoj smykového napĕtí v desce navzdory vysokému dopravnímu zatížení je dobrou vizitkou konstruktéra původní konstrukce. 8. ZÁVĔR Otázka spolehlivosti spřažení starého a nového betonu a všeobecnĕ volba technologie betonáže, úpravy povrchu stávajícího betonu, jakož i použití mechanických prostředků (smykových kotev) na dodatečné pojištĕní smykového spolupůsobení, byla v rámci projektu dlouhodobĕ horlivĕ diskutovaným tématem se zapojením jak projektanta a zkušebního inženýra, tak i nadřízených stavebních orgánů a provádĕjících firem. Znovu se projevil znepokojivý stav, že přes značnou četnost výskytu tohoto druhu zesilování železobetonových desek neexistují všeobecnĕ rozšířené a uznávané zkušenosti a zásady návrhu a provádĕní. Ne všechny sanační projekty jsou tak mimořádné svým rozsahem a náročností na statický výpočet a technologii provedení jako např. silo u Ochsenfurtu, jehož sanace se popisuje v [3]. Menších a malých sanací je však podstatnĕ více – stávají se „každodenním chlebem“ stavbařů. Všechny projekty se však potýkají v podstatĕ se stejnými základními poblémy, jak potvrzuje i porovnání tohoto příspĕvku s referátem [3]: Projektová příprava, testování projektů a stavební realizace probíhá pod stále se zvyšujícím „trojosým tlakem“ (viz Hobst [5]). Vinny jsou nejen často citované „objektivní okolnosti vývoje“, ale hlavnĕ sami inženýři, kteří se soustřeďují na technické aspekty svého povolání a zapomínají, na rozdíl od jiných, dnes „úspĕšnĕjších“ povolání, na jeho společenské aspekty. Projekty uskutečnĕné pod „Damoklovým mečem“ nerealistických termínů jsou zákonitĕ náchylné na chyby. Tĕch se už dopouštĕli naši předchůdci v dobách, kdy 123

„trojosý tlak“ na nĕ působící nebyl tak velký jako dnes: velká část sanací, které je dnes třeba provádĕt na záchranu stavební substance, je důsledkem přílišného projekčního chvatu v minulosti. Chyby v dnešních projektech znamenají, že v dohlednu se budou znovu sanovat už sanované konstrukce. Je proto třeba, aby dostali inženýři k dispozici spolehlivé a závazné předpisy pro řešení bĕžných i speciálních problémů sanace konstrukcí – už na úrovni základních norem pro železobeton, které je v tom smyslu nutno doplnit. Jinou otázkou je, kdo se této zodpovĕdné, náročné a podle očekávání slabĕ honorované úloze bude vĕnovat, když je na prvním místĕ „třeba vydĕlávat peníze“, jak nám, inženýrům předvádĕjí zmínĕná „úspĕšná“ povolání. Příspĕvek však navíc nepřímo připomenul, že i citlivý a smysluplný statický výpočet – dnes už sotva bez využití software – je klíčovou složkou mnohého zdravého sanačního projektu. LITERATURA [1] DIN 1045, Beton und Stahlbeton, Ausgabe 7/88, Betonkalender 1997, Teil 2, Ernst & Sohn, Berlin 1997 [2] Hartl, Gerhard: Materialtechnologische Beurteilung von Verstärkungsmaßnahmen In: Beton- und Stahlbetonbau 95, Heft 12, S. 752-754, Ernst und Sohn, Berlin 2000 [3] Deml, M. – Hobst, Ed. – Nechwatal, C. – Weltner, A.: Repair of a double-mantle reinforced-concrete silo for white sugar near Ochsenfurt in Low Franconia, In: Sborník přednášek XII. mezinárodního sympozia Sanace 2002, str. 144-158, Brno 2002 [4] Hobst, Ed.: Kritische Bemerkungen zur Bemessung von Platten nach Eurocode 2, DIN 1045, E DIN 1045-1 und ÖNORM B 4700, Bautechnik 77, č. 10, S. 707-717, Ernst & Sohn, Berlin 2000 [5] Hobst, Ed.: O smyslu a účelu diskusních příspĕvků. – Jak důstojné je povolání inženýra? (nĕmecky). Příspĕvek k “Bachmann, H.: Duktiler Bewehrungsstahl - unentbehrlich für Stahlbetonbauwerke“. In: „Beton- und Stahlbetonbau“ 95 (2000), Heft 12, S. 752-754. KONTAKT K AUTORŮM Dipl.- Ing. Eduard Hobst PhD. Ingenieurbüro Dr. Hobst für Statik+Dynamik & Software-Entwicklung Osterhausenstraße 6A D - 90459 Nürnberg Tel.&Fax: +(49) 911 4501978 E-Mail: [email protected] Dipl.- Ing. Carsten Nechwatal SEIB Ingenieur-Consult GmbH Berliner Platz 9 D - 97080 Würzburg Tel.: +(49) 931 3904 0, Fax: +(49) 931 3904 100 E-Mail: [email protected]

124

OPRAVA MOSTU V KRUŽBERKU REPAIR OF BRIDGE IN KRUŽBERK Ing. Martin Řehořek Ing. Jan Čech ODS – Dopravní stavby Ostrava, a.s. Starobělská 56, 704 16 Ostrava – Zábřeh tel : 595 781 399 , fax: 596 709 343 E-mail : [email protected], www.ods-dso.cz

Anotace: Jedním z mostů, které se opravovaly v Moravskoslezském kraji, byl most přes řeku Moravici v Kružberku. Most se nachází na silnici III / 44327, která spojuje několik obcí v oblasti Vítkovska pod Kružberskou přehradou. V příspěvku je popsána konstrukce mostu, její stav před opravou a vlastní průběh opravy včetně použité technologie. Abstract: One of the bridges to be repaired in the Moravian-Silesian region was the bridge over the Moravice river in Kružberk. The bridge is situated on the III/44327 highway that connects several communities in the Vítkov area under the Kružberk dam. In the paper are described the structure of the bridge, its condition before repair and the technology used. V roce 2002 přešla správa komunikací II. a III. třídy na nově vzniklé kraje. Správám silnic krajů připadly rovněž mosty na těchto komunikacích. To, že jejich stav není v žádném případě ideální, je věc obecně známá. Se skromnými finančními prostředky začali pracovníci krajských správ silnic někde více a někde méně úspěšně i s opravami mostů. Jedním z mostů,které se opravovaly v Moravskoslezském kraji byl most přes řeku Moravici v Kružberku. Most se nachází na silnici III / 44327, která spojuje několik obcí v oblasti Vítkovska pod Kružberskou přehradou. Dopravní význam umocňuje fakt, že se jedná o oblast rekreační, zvláště v letní sezóně. POPIS KONSTRUKCE Nutnost opravy mostu byla vyvolána špatným technickým stavem stávající konstrukce.Most nebyl od roku 1960, kdy byl postaven, opravován a životnost některých konstrukčních částí již dávno vypršela. Hlavní závadou byla nefunkční izolace. Zatékání do konstrukce bylo příčinou většiny poruch na nosné konstrukci i spodní stavbě. Nosná konstrukce je tvořena monolitickým železobetonovým obloukem rozpětí 40,25 m a vzepětí 5,43 m s horní mostovkovou deskou nesenou svislými stěnami. Založení konstrukce je plošné na masivních železobetonových základech. Římsy jsou monolitické.

125

STAV KONSTRUKCE PŘED OPRAVOU Voda prosakovala na mnoha místech přes izolaci. Volně protékala voda přes dilatační závěry a v okolí odvodňovačů. Betonová konstrukce v okolí dilatačních spár byla silně narušena. Na obou opěrách byly narušeny úložné železobetonové prahy a ve velmi špatném stavu byly rovněž římsy. Na oblouku, mostovkové desce i svislých stěnách byla na několika místech obnažena korodující výztuž. Beton svislých stěn nebyl dostatečně zhutněn, místy se objevovala hnízda do hloubky několika desítek milimetrů. V betonu scházely jemné frakce kameniva, proto byl povrch konstrukce velmi hrubý a otevřený. POPIS OPRAVY Na opravu mostu vypsala SSMSK výběrové řízení, ve kterém zvítězila společnost ODS – Dopravní stavby Ostrava, a.s. Jednou ze zadávacích podmínek bylo zajištění provozu po dobu opravy, proto připadala v úvahu pouze realizace po polovinách konstrukce Oprava spočívala především v odbourání stávajícího mostního svršku až na nosnou konstrukci, provedení nové celoplošné izolace, nových monolitických říms, chodníků a nové asfaltobetonové vozovky. Ze stávajících opěr a úložných prahů byl odstraněn poškozený beton, obnažená výztuž byla očištěna a opatřena ochranným nátěrem. Chybějící výztuž byla doplněna. Konstrukce byla očištěna vysokotlakým vodním paprskem. Opěry i mostní oblouk byl opraven sanační maltou Permapatch a opatřen ochranným nátěrem Dekguard W společnosti Fosrok, s.r.o. Tyto práce prováděla společnost Rental Bohemia, s.r.o.

126

Také nosná konstrukce byla očištěna vysokotlakým vodním paprskem. Byla odstraněna stávající vozovka ze žulových kostek, zábradlí, chodník a římsa. Při bourání chodníku a římsy byl použit rozpínací přípravek Cevamit. Povrch mostovkové desky byl po odstranění stávající izolace očištěn a byl na něm proveden vyrovnávají beton, který byl vyztužen svařovanou sítí. Tato síť byla bodově přivařena na ocelové trny, které byly vlepeny do otvorů, vyvrtaných v nosné konstrukci. Na vyrovnávací beton byla provedena celoplošná izolace pomocí natavovacích pásů. Byly provedeny nové monolitické římsy s lícními prefabrikáty. K nosné konstrukci i na křídlech byly římsy i chodníky kotveny pomocí kotev z pásové oceli přišroubovaných na kotvy osazené nosné konstrukce a křídel. Kotvy byly ve spodní části pozinkovány. Finální úprava římsy spočívala v aplikaci jednosložkové polyuretanové pryskyřice Conipur 83 a jednosložkového nátěru Conipur 258. Po montáži zábradlí a provedení obou polovin asfaltobetonové vozovky byly provedeny flexibilní dilatační závěry. Další částí opravy mostu byla úprava břehů toku. Břehy pod mostem byly opevněny dlažbou z lomového kamene. Přilehlé svahy byly opřeny o těžkou záhozovou patku z lomového kamene, prolitou betonem. Stávající odláždění na spodních částech svahových kuželů bylo očištěno od vegetace a okolí zatravněno.

127