TRVALÉ ROZVODY PRO SLEDOVÁNÍ VLIVU BLUDNÝCH PROUD , DIAGNOSTIKA KOROZE VÝZTUŽE APLIKOVANÁ P I NÁVRHU OCHRANY STAVEB PROTI Ú INK M BLUDNÝCH PROUD Ing. Bohumil Ku era
1. Úvod Rezortní p episy pro návrh ochranných opat ení proti ú ink m bludných proud v p sobnosti MD R a eských drah stanovují podmínky, kdy je vhodné navrhovat za ízení, která umožní kdykoliv v pr hu životnosti stavby provést kontrolní m ení a p ípadn ení na diagnostických prvcích pro sledování koroze výztuže. Taková za ízení se nazývají trvalé rozvody pro sledování vlivu bludných proud . Trvalá za ízení se instalují zpravidla ve speciálních p ípadech na mostních stavbách, tunelových stavbách a mén asto, spíše výjime na stavbách pozemních. P edm tem p ednášky je poskytnout informaci o tom jak a kdy taková za ízení navrhovat a instalovat.
2. Používané p edpisy. V sou asné dob se pro m ení vlivu bludných proud železobetonových konstrukcí aplikují normy ady SN 03 83xx a zejména SN EN 50 162, kde národní p íloha odkazuje na rezortní p edpisy, a to TP 124 MD R (2009) a SR5/7 SŽDC (2011). Metodika m ení vlivu bludných proud v sou asné dob je provád cím p edpisem obou shora uvedených p edpis MD R a SŽDC (d íve D), tj. technických podmínek TP 124 a služební rukov ti SR 5/7(S). Metodické pokyny pro m ení vlivu bludných proud na uvedené p edpisy navazují.
3. Ú el trvalých rozvod pro sledování vlivu bludných proud . První zkušenosti s instalací trvalých rozvod na mostních objektech pochází ze sedmdesátých a osmdesátých let minulého století, na tulenových stavbách byly první trvalé rozvody instalovány až ke konci devadesátých let stejn tak jako na prvních pozemních stavbách. Je nutno poznamenat, že „trvalé rozvody“ nemají na r žích ustláno. Od samého za átku nejsou t mto instalacím p íliš naklon ni ani správci staveb ani investo i. Ten kdo tyto instalace navrhuje by se m l od samého po átku zabývat, jak budou využívány, co znamenají z hlediska údržby a provozu stavby, na kterou jsou instalovány. Správcové zpravidla považují trvalé rozvody za nadbyte nost, která jen prodražuje stavbu a láká zlod je. Na dráze panuje edstava, že trvalé rozvody jsou navrhovány jen z d vodu lenosti specializovaných pracoviš – a by se nemusel tahat s m icími. Je nutno také poznamenat, že v roce 1999 p i návrhu
1
prvního zn ní TP 124 byla zpracována jedna zpráva pro MD R z níž, bohužel, vyšlo najevo, že obavy správc a investor nejsou až tak liché a v mnohém se zakládají na praktických zkušenostech. Tento úkol prokázal, že prakticky všechny trvalé rozvody na mostních objektech, a již navržené pro m ení, i pro r zné drenáže, byly velmi rychle po instalaci rozkradeny i poškozeny. Bylo proto nutno stanovit jednozna pravidla a podmínky, podle kterých je možné trvalé rozvody navrhovat. Základní požadavky pro návrh trvalých rozvod stanovují oba zmín né p edpisy v obdobném rozsahu. V TP 124 se jedná o kapitoly 6 Monitorovací systémy pro diagnostiku vlivu bludných proud a p ítomnosti koroze výztuže, 7 Dokumentace elektrických rozvod a za ízení pro kontrolu vlivu bludných proud , neopomenout je t eba i kapitola 8 Aktivní ochrana PK. Pro další pochopení celého systému je nutno uvést, co se od trvalých rozvod pro sledování vlivu bludných proud o ekává. Ú elem trvalých rozvod je umožnit provád t porovnatelná periodická m ení na rozmáchlých stavbách vystavených p sobení vlivu bludných proud . Instalace se navrhují tak, aby bylo možné provád t m ení multitaskingová, tj. vícekanálovými m icími úst ednami. Navrhují se, pokud je to možné, koncentrovaná icí místa, do kterých jsou jednotlivá sledována místa – vývody z prova ované výztuže svedeny kabelovými vedeními do m icích sk íní. M icí sk ín obsahují popsané svorkovnice, ke kterým se zapojují m icí úst edny, p ípadn ru ní p ístroje. V m icích sk íních jsou zárove zakon eny prvky diagnostiky koroze výztuže, pokud jsou navrhovány a jejich provedení to umož uje. Trvalé rozvody pro aktivní ochrany tvo í samostatný celek mimo trvalé rozvody pro sledování bludných proud s tím, že oba systému spolu musí um t komunikovat, resp. zpravidla je nutné, aby vývody pro m ení vlivu bludných proud byly referen ními body i pro m ení a monitoring aktivní ochrany. Takto navržené systémy pak umož ují jednak provád t komplexní periodická m ení i na rozsáhlých stavbách a jednak umož ují provád t m ení periodická v letech komparativní snímáním dat ze stejných míst a za podobných podmínek.
4. Kdy navrhovat trvalé rozvody pro sledování vlivu bludných proud . Jak je patrné z citovaných p edpis , jednozna je definován požadavek na trvalé rozvody pro sledování p i stupni ochranných opat ení .5. Ostatn zavedení stupn ochranných opat ení .5 v tab. 1 TP 124 i SR5/7 m lo opodstatn ní v jednozna ném vyjád ení nejen vysokého stupn korozního namáhání, ale i právn u ur ení povinnosti instalace trvalých rozvod pro sledování vlivu bludných proud . Praxe však ukázala, že ani toto kritérium není zcela dostate né pro návrh trvalých rozvod a bylo nutno do vyhodnocování zahrnout i posouzení a hodnocení specializovaného pracovišt . Rozhodnutí o návrhu trvalých rozvod lze definovat posouzením t chto ukazatel : 1. Stupe korozního namáhání vyjád ený p edevším stupn m ochranných opat ení. Jednozna ný návrh p i stupni ochranných opat ení .5 a v p ípadech hodnot hustoty bludných proud v horní polovin intervalu stupn ochranných opat ení .4, tj. cca 7.10-4 až 3.10-3A.m-2. 2. Konstruk ní rozm ry chrán né stavby – krom korozního namáhání je nutno posuzovat rozm ry stavby a její umíst ní. Trvalé rozvody p ipadají nap íklad v úvahu pro velkou mostní stavbu, která k ižuje koleje, vodní tok, i spodní stavba je jinak obtížn ístupná (nap . zástavbou ve velkém m st ) nebo i výškové pom ry stavby.
2
3.
ítomnost trak ních soustav nejen pod mostní stavbou, ale i p ímo na stavb , blízkost aktivn chrán ných liniových staveb, blízkost m níren, metra, apod. 4. Konstruk ní ešení chrán né stavby – zpravidla rozm rné stavby se systémem epínací výztuže, systémem izolací na NK, uložením kolejí apod. Všechna uvedená kritéria specializované pracovišt posoudí a vyhodnotí, zda je pro danou mostní stavbu vhodné navrhovat trvalá za ízení pro sledování vlivu bludných proud . Není vylou ená ani varianta, kdy na soustav mostních objekt (nap . D3 nebo 47 bude zvolena jedna nebo referen ní stavby, které budou trvalými rozvody vybaveny a další, menší stavby budou bez trvalých rozvod . Zárove je nutno poznamenat, že toto rozhodování nemá nic spole ného s návrhem aktivní ochrany; podmínky pro návrh aktivních ochran stanovuje TP 124 a SR5/7 v kapitole 8.
5. Jak systémy trvalých rozvod navrhovat. V rámci navrhovaných systém v posledním desetiletí se ustálila ur itá nepsaná pravidla pro návrhy rozsahy trvalých rozvod . Je t eba poznamenat, že mostní stavba musí být vybavena systémem prova ené výztuže. Tento požadavek vyplývá ze stupn ochranných opat ení .4. Existuje výjimka, kdy by tento požadavek nemusel být spln n a zárove stupe ochranných opat ení by mohl být stanoven – je to v p ípad ražených ástí tunelových staveb pozemních komunikací. Trvalé rozvody pro sledování vlivu bludných proud se standardn nenavrhují. Mohou se vyskytnout speciální výjimky na úrovni výzkumných úkol , ale s t mi se v praxi nesetkáváme nebo jen zcela výjime . Dalším hlediskem je p ipravenost stavby na ochranu p ed bleskem a uzemn ní (nap . zda má nebo nemá stavba p ipraveny jisk išt mezi NK a spodní stavbou). Významným bodem je návrh p epínací výztuže a její provedení – zda jsou navrženy systémy izolovaného edp tí i nikoli, zda jsou navrženy zemní kotvy atd. Kone v posledních letech se ustálilo ešení, kdy, pokud se již rozhodne o návrhu trvalých rozvod , instalují se zárove prvky diagnostiky koroze výztuže. U tunelových staveb je v sou asnosti zaveden ur itý systém, jak a kde se instaluje jak diagnostika koroze výztuže, tak systém m icích sk íní. U mostních staveb se jedná o ur ité zavedené principy, které je nutno korigovat individuáln dle ešení mostní stavby a zdroj bludných proud , u pozemních staveb se jedná zcela o individuální p ístup s tím, že návrh samotný je zde asto problematický. V dalším se uvádí podklady pro rozhodování p i návrhu trvalých rozvod s tím, že již je rozhodnuto, že trvalé rozvody budou navrženy (stupe ochranných opat ení „horní ást intervalu“ .4 a st. .5, konstrukce je rozsáhlá a zdroje bludných proud v t sné blízkosti). 5.1. Návrh trvalých rozvod stavbách.
pro sledování vlivu bludných proud
na mostních
Postup p i návrhu trvalých rozvod je veden takto: Vývody pro trvalé rozvody se p ipraví z každé podp ry, z konc NK a p ípadn z vývod z NK nad každou podp rou. Vývody z podp r ur ené pro p ipojení trvalých rozvod se nenavrhují pokud možno nad terénem, ale z p ipravených vývod vedle ložisek (podobn
3
jako jisk išt ). V nosné konstrukci jsou v zásad dva možné zp soby instalací. Bu jsou mostní objekty vybaveny zabezpe ením a pak kabelová vedení trvalých rozvod vést ve spole ných žlabech s instalacemi, zpravidla mimo silové napájení nebo jsou kabelová vedení vedena samostatn a pak je vhodné kabely p íchytkami p ichytit ke st a vhodným betonem je zakrýt. D vodem je p edevším ochrana proti krádeži, protože kabel s p íchytkou zast rkovaný pevnou betonovou mazaninou lze jen špatn prodat do sb rných surovin. V NK se pak p ichytí ke kabelovým vývod m p ipravené vývody z výztuže, p ípadn vývody z diagnostických prvk koroze výztuže. U spodních staveb navrhujeme diagnostiku koroze jen velice uvážliv . Zpravidla je t eba si položit tyto otázky: Jsou v t sné blízkosti stavby zdroje bludných proud typu katodicky chrán ný plynovod, elektrizovaná kolej? Pokud ano, u dot ené podp ry je vhodné zajistit monitorování stavu koroze výztuže. Diagnostické prvky se obecn rozmís ují jen velmi uvážliv . Na mostních stavbách se zpravidla navrhují ve zmín ných kritických místech na podp rách, p ípadn na úložných prazích. Zpravidla se volí referen ní podp ra – jedna i dv podle rozsahu stavby, kde se umístí jednotlivé sondy a idla. Na nosné konstrukci se volí zpravidla místa blízká dilatacím a místa kde mostní objekt k ižuje nap . pozemní komunikaci, která je v zim solená. P íklady jsou uvedeny na obrázcích.
4
5
Speciální p ípad jsou izolované systémy p edp tí a sledování jejich elektrického izola ního odporu. Postupy jak a kdy systémy p edp tí stanovuje švýcarský p edpis SGP, ASTRA 12 010 Massnahmen zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit von Spanngliedern in Kunstbauten. Aplikace tohoto p edpisu se v sou asné dob zpracovává pro pom ry v R jako dodatek k TP 124. Systém je v sou asné dob uplat ován na mostní stavb p es Vltavu v Praze Troji, podobn byly p ipravovány první velké p edpjaté mosty v Praze na koridoru SŽDC. P i návrhu systému p edp tí s plnou izolací, tj. p edp tí s ochranou proti korozi kategorie „C“, tj,. pln izolované systémy se navrhují kabelová vedení, která umož ují m ení elektrického izola ního odporu jednotlivých p edpjatých kabel . Kabely jsou zpravidla svedeny do spole ných m icích sk íní. Princip provedení ukazuje obrázek:
6
Podobn jsou ešeny systémy monitoringu trvalých zemních kotev. Do prost edí s vlivem bludných proud se p edepisují izola ní systémy uložení p edpjaté výztuže do zem – podrobn viz TP 124. Shodn se z hlav trvalých zemních kotev vybavených izola ním systémem m že monitorovat stav elektrického izola ního odporu. Systém trvalých rozvod je obdobný, kabely, pokud možno skryt , se p ivedou do m icích sk íní. Viz obrázek níže ze stavby výrobního závodu KORADO.
5.2. Návrh trvalých rozvod na tunelových stavbách Tunelové stavby jsou vybavovány diagnostikou koroze výztuže od konce devadesátých let. Za toto období se ešení stabilizovalo a v sou asné dob je v tšina tunel vybavována systémem diagnostiky koroze výztuže, který je v n kterých p ípadech dopln n kabelovým vedením, které umož uje sou asné monitorování stav mezi v tšími úseky tunel . Zpravidla se osazují sondy pro zjiš ování p ítomnosti koroze CMS na krajních portálech tunel a na styku mezi raženou a hloubenou ástí tunel , dále v krajních základových pasech. Obvykle je v krajní tunelové sekci navrženo jedno idlo korozní rychlosti, idlo m rného odporu betonu a mén asto idlo pr niku agresivních látek k výztuži. V posledních dvou letech se instaluje pokusn nové kombinované idlo VŠCHT. V tomto idle je integrována jak korozní rychlost, tak hloubka pr niku agresivních látek k výztuži, pH i vznik korozních proces . Nevýhodnou integrované sondy je zatím její velikost, ale tento problém v sou asnosti ešíme. V ražených ástech se diagnostika koroze výztuže instaluje jen zcela výjime . Návrh instalace je zpravidla doprovázen n jakým d vodem. Nap íklad podélné vedení tranzitního plynovodu aktivn chrán ného nebo výduch z tunelu, který zasahuje do odlišného korozního prost edí než je uložení tubusu apod. Je t eba p ipomenout, že až na výjimky, je výztuž ražených ástí tunel neprova ená, po ítá se s velmi dobrým systémem pasivních opat ení podpo ený zpravidla výhodným založením tunelu ve skalním podloží. V neposlední ad rozhoduje i cena za ízení. Je jist pom rn významné um t sledovat pom ry na obou koncích tunelu sou asn , ale p i délkách tunel nad jeden kilometr je i tato instalace pom rn drahá a je jist oprávn nou otázkou zda oprávn ná.
7
8
5.3 Návrh trvalých rozvod na pozemních stavbách. Pozemní stavby, kdy se navrhují trvalé rozvody pro sledování vlivu bludných proud nebo diagnostika koroze výztuže jsou jen ojedin lé. S takovými stavbami se lze setkat na metru, resp. na stanicích metra, v bezprost ední blízkosti m níren, i elektrizovaných kolejí. Zde je eba si uv domit, že monitorovací systém slouží zpravidla soukromé stavb a asto soukromému investorovi. Nikdo taková za ízení nechce a neumí spravovat – a je p ípadná otázka, k emu tak vlastn budou navržena, když ani specializované pracovišt se po dobu své existence nejspíš na stavbu již nepodívá. Rozsah diagnostiky je samoz ejm omezený a instaluje se zpravidla na styková místa – nap íklad výstup z metra – vstup do stavby, i základová deska t sn uložená nad tubusem metra, apod. V sou asné dob disponuje cca do deseti staveb v R, které jsou podobným systémem vybaveny. Speciální a první stavbou byl výrobní závod KORADO, kde systémy diagnostiky pravideln monitorujeme již cca 15 let. Jedná se však o speciální p ípad, kdy pom rn rozsáhlá stavba se t emi záporovými st nami a cca p ti sty trvalými zemními kotvami drží t leso dráhy mezi nádražím a m nírnou v eské T ebové. Ostatní stavby jsou evážn stavbami na metru, kde dochází ke styku obou staveb. Rozsah diagnostiky i trvalých rozvod je pom rn omezený, zpravidla se stanovuje dohoda s DP Metro o vzájemném kontrolním systému, kdy se porovnávají vlivy na uzem ovací soustavy a výztuž stavby samotné.
9
5.3. Návrh trvalých rozvod na op rných a kotvených zdech. Za dobu praxe více než 25 let jsme doposud nepraktikovali trvalé rozvody pro samotné op rné zdi. Pro op rné zdi (zejména na dráze) se navrhují m icí vývody. Zdi jsou zpravidla ístupné a proto není t eba instalovat kabelová vedení pro komplexní m ení. Pouze zdi vybavené trvalými zemními kotvami se vybaví trvalými rozvody – kabelovými vedeními, které ze spole ného místa monitorují stav elektrického odporu trvalých zemních kotev. íklad ešení je uveden na obrázku.
6. Specializované pracovišt . Je nutno p ipomenout, že systémy trvalých rozvod navrhují v rámci svých kompetencí specializovaná pracovišt dle TP 124, od kterých se o ekává zkušenost a citlivý p ístup p i posuzování jednotlivých staveb.
7. Záv r Cílem p ednášky bylo ve stru nosti seznámit tená e se sou asným stavem p i navrhování systém trvalých rozvod pro sledování vlivu bludných proud a korozního namáhání betonových staveb. P ednáška poukázala nejen na systémy kabelových rozvod v r zných typech staveb a jejich provedení, ale na p íkladech ukázala i aplikace v kombinaci s návrhem diagnostiky koroze výztuže betonových konstrukcí. Cílem p ednášky bylo upozornit na skute nost, že trvalé rozvody je nutno navrhovat jen s velikou rozvahou a odborným posuzováním jednotlivých staveb a jejich ú elu. Specializované pracovišt je zodpov dné, že navrhovaná za ízení budou v provozu funk ní a smysluplná. Specializované pracovišt musí kdykoliv prokázat d vod návrhu a doložit interpretaci výsledk . Rovn ž je na specializovaném pracovišti, aby p i návrhu p ísn dbalo na neodcizitelnost navrhovaných za ízení a spolupracovalo s projektantem mostní i jiné stavby a vedlo jej p i svém návrhu k takovým opat ením, aby za ízení pro sledování vlivu bludných proud a diagnostiky koroze výztuže byla po celou dobu životnosti stavby funk ní byla schopna poskytovat dostate ný obraz o korozním namáhání sledované stavby.
JEKU s.r.o., Limuzská 8, 100 00 Praha 10 - Strašnice Tel. 272 702 597, e-mail:
[email protected] Web: www.jeku.cz
10
