1

Poruchy predpätia a faktory ohrozujúce spoľahlivosť predpätia

v mostných konštrukciách

Doc.Ing.Milan Chandoga,PhD, Projstar-PK,spol. s r.o., Bratislava mail : milan.chandoga@stonline.sk

Úvod Jednou z najčastejších príčin porúch betónových mostov je korózia mäkkej a predpínacej výstuže. Pri predpätých mostoch ide vždy o vážne ohrozenie bezpečnosti nosnej konštrukcie spojené s rizikom neočakávanej havárie. V 80. a 90. rokoch m. st. sa prejavili výraznejšie účinky dlhodobého pôsobenia korozívneho prostredia, najmä chloridov, z rozmrazovacích posypových solí, resp. morských vôd, na predpäté mosty, ktoré boli vybudované v 60. - 70. rokoch. Odstavenie z prevádzky a dokonca havárie niekoľkých mostov v mostárskych vyspelých krajinách viedli mostných odborníkov k radikálnemu prehodnoteniu prístupu zabezpečenia trvanlivosti predpätých mostov. Prejavilo sa to hlavne zdokonaľovaním kvality základných materiálov a prvkov predpätia. V odborných kruhoch došlo k zhode, že problém je potrebné riešiť radikálnejšie a preto došlo k prijatiu európskeho technického osvedčenia ETAG 013 [5], ktoré rieši komplexne otázku zabezpečenia zvýšenej trvanlivosti predpätia v betónových mostoch. Významný progres sa udial i v hľadaní nových koncepcií predpätia mostov, v ktorých bude predpätie odolnejšie voči agresívnemu prostrediu a umožní tiež prevádzkovateľovi vizuálnu inšpekciu po celé obdobie životnosti mosta. Predpätie v mostnom staviteľstve má viacero aplikácii. Základná klasifikácia predpätých konštrukcií a vlastného predpätia z hľadiska časovej aplikácie je: - vopred predpätá prepínacia výstuž (laná, drôty). Od uvoľnenia zakotvenia výstuže v stende spolupôsobí s okolitým betónom súdržne. Tento typ predpätia sa využíva len pri výrobe vopred predpätých ( VP) prefabrikátov. - dodatočne predpätá predpínacia výstuž (lano, zväzky lán- káble, tyče). Predpínacia výstuž je pri betonáži uložená v rúrkach a napína sa po dosiahnutí požadovanej pevnosti betónu. Tieto typy predpätia sa využívajú pre výrobu dodatočne predpätých monolitických konštrukcií a prefabrikátov. Dodatočné predpätie možno aplikovať ako:

súdržné - po zainjektovaní ochranných rúrok cementovou maltou predpätie spolupôsobí s okolitým betónom súdržne, nesúdržné – ochranná rúrka je injektovaná voskom, resp. mazivom a neposkytuje súdržné spolupôsobenie s okolitým betónom, vonkajšie (často tiež nazývané voľné) – kábel je zostavený zo zväzku lán v ochrannej HDPE rúre, ktorá je v kontakte s nosnou konštrukciou mosta napr. trámom len v miestach deviácie a koncového kotvenia. Kábel môže byť zainjektovaný cementovou maltou, alebo voskom. Často sú namiesto holých lán použité laná Monostrand, s vlastnou antikoróznou ochranou.

Ďalej sa budem venovať problematike uvedenej v titule príspevku vychádzajúc z tohto delenia.

2

1.Vopred predpätá (VP) prepínacia výstuž Pri výrobe vopred a dodatočne predpätých mostných nosníkov a konštrukcií sa používajú výhradne sedempramencové laná priemeru ( 15,2 -15,8 mm) s pevnosťou 1770 -1860 MPa. Vlastnosti a skúšanie predpínacej výstuže sú definované v PrEN 10138. 1.1 Aplikácia VP predpínacej výstuže Podľa viacerých zdrojov a [1] najhospodárnejším riešením mostov s rozpätiami polí od 12- 50 m sú predpäté nosníkové prefabrikáty spriahnuté v priečnom smere železobetónovou doskou. Potvrdzuje to i doterajšia výstavba diaľničných mostov na Slovensku. Na základe dôverného poznania technického vybavenia a vlastnej výroby VP, VP/DP a DP mostných prefabrikátov slovenských výrobcov považujem tieto výrobky z hľadiska bezpečnosti a trvanlivosti za veľmi spoľahlivé. Od roku 1990 neboli na týchto výrobkoch zaznamenané žiadne primárne poruchy predpätia, resp. ohrozenia životnosti. Iná situácia je pri mostoch vybudovaných zo starších typov prefabrikátov. Súčasné, vopred predpäté prefabrikáty umožňujú realizovať vysoko ekonomickú výstavbu mostov už od rozpätia cca 9 m, teda aj v oblasti, kde v minulosti prevládali štandardné železobetónové konštrukcie. Výrobu vopred predpätých nosníkov je možne pri určitých technologických opatreniach zvládnuť až do dĺžky cca 32 m. Najväčším problémom nosníkov väčších rozpätí je nepredvídateľný priehyb, resp. vzopätie od účinkov zmrašťovania a dotvarovania mladého betónu. Z týchto dôvodov väčšina výrobcov napriek vyšším nákladom a väčšej pracnosti s realizáciou siahne po kombinovanom predpätí, pozri obr.2. Dodatočne predpäté káble síce zvyšujú výrobné náklady, ale na druhej strane riešia problém skrátenia výrobného cyklu a hlavne znižujú počiatočnú napätosť mladého betónu a tým aj nežiadúceho nadmerného vzopätia nosníka, pozri obr.4. Zdvihové účinky zakrivených káblov napomáhajú nosníku aj pokryť šmykové účinky zaťaženia. Nosníky dĺžky 32- 50 m je možne vyrábať aj ako dodatočne predpäté, resp. ako dodatočne predpäté segmentové, spínané na stavbe v prípadoch, keď nie je možne nosník prepraviť na stavenisko. V súčasnosti je u nás najdlhším typom segmentový nosník VPH-PTMN 2010 [2] max. dĺžky 42m, ktorý možno vyrábať ako VP/DP resp. len ako DP. V praxi sa používa aj starší typ DP segmentového nosníka I 96 max dĺžky 42m. 1.2 Čo zaručuje prefabrikácia z hľadiska bezpečnosti a trvanlivosti Výroba prefabrikátov vo „fabrike- prefe“ so stabilným tímom kvalifikovaných pracovníkov a technikov má úplne iné podmienky ako realizácia predpätej konštrukcie na stavenisku. Pri hromadnej výrobe ako sú prefabrikáty, ide o proces s pevne danými a ľahko kontrolovateľnými materiálovými vstupmi a technologickými postupmi. Ďalšími prednosťami prefabrikovanej výroby sú:

- tvar a rozmery prefabrikátu sú zaručené pevnou oceľovou formou, - poloha predpínacej výstuže je stabilná, - predpínacia sila vďaka automatickým predpínacím lisom (obr.6) je garantovaná, - mäkká výstuž je vyrobená ako presný armokoš vkladaný do formy v celku, - výroba a preprava betónovej zmesi, jej zhutňovanie a ošetrovanie, nie sú v prefe vystavené vonkajším klimatický vplyvom.

3

V prípade aplikácie kombinovaného predpätia sú dodatočne napínané káble a injektované na skládke prefy. Kvalita realizácie týchto prác je zaručená a nie je ovplyvnená časovými a inými „rizikovými“ činiteľmi ako tomu je na stavbe. Výroba predpätých prefabrikátov na Slovensku za ostatných 5 rokov prešla rozsiahlou inováciou. Prijatím eurokódov väčšina starších typových nosníkov nevyhovela novým sprísneným statickým a konštrukčným kritériám. Pri príprave nových typových nosníkov boli zúročené dlhoročné skúsenosti a poznatky z oblasti projektovania, výroby a monitoringu mostov z predpätých nosníkov napr. [9], [10]. Pre návrh nových typových nosníkov [2], [3] , pozri obr.1 a obr.3 boli uplatnené tieto kritéria: - splnenie normových kritérií STN EN pre zaťaženie, navrhovanie a realizáciu BKaM. Zväčšenie krycej betónovej vrstvy výstuže a tým aj vopred predpätých lán a káblového kanálika podľa eurokódov sa odzrkadlilo v miernom zväčšení hrúbky stien prefabrikátov. Na druhej strane hrubšia vrstva zlepšila kvalitu povrchov prefabrikátov. - dosiahnutie požadovanej rýchlosti výroby prefabrikátov (napr. 24hod., 2-3 dňovú výrobu). Každá dobrá prefa disponuje minimálne dvoma predpínacími linkami. Hlavne ide o odstránenie rizika, zastavenia výroby v prípade možnej poruchy zariadenia. Výroba v prefe nie je sezónnou záležitosťou preto počet a typ foriem (pevná, prenosná) závisí od požadovanej produkcie a vytvárania zásob. Rozhodujúcim činiteľom pre rýchlosť výroby prefabrikátov je požadovaná pevnosť betónu v čase vnesenia – uvoľnenia predpätia z kotevných stendov linky. Ako ukázali naše skúsenosti [9], nejde vždy len o počiatočnú pevnosť. Pre ekonomiku týchto mostov je dôležitý aj priehyb – vzopätie nosníkov v čase ich spriahnutia so železobetónovou mostovkovou doskou. Zvýšený priehyb a predpísaná minimálna hrúbka dosky môžu viesť k zmenám výškovej nivelety mosta a k zvýšeniu celkovej spotreby betónu. Vhodná receptúra čerstvého betónu je preto výsledkom podrobnej analýzy časového vývoja pevnosti, modulu pružnosti, dotvarovania, zmrašťovania. Jej doladenie z hľadiska povrchového vzhľadu - kompaktnosti povrchu (dutín) sa urobí na vzorke, pozri obr.5, alebo pri tzv. nultej sérii nosníkov. Všetky vyššie uvedené problémy niektorí výrobcovia riešia zvýšením predpísanej triedy betónu. Použitie VHB, resp. samo zhutňujúceho betónu pre výrobu nosníkov nie je v súčasnosti u nás ekonomické. - redukovanie nákladov na montáž a zmonolitnenie prefabrikátov in situ. V súčasnej praxi ide hlavne o zredukovanie až odstránenie debniaceho prvku pre betonáž spriahajúcej dosky. Zabudované debniace dosky, ktoré ponúkajú viaceré firmy sú pri súčasnom šetrení drahé. Vhodným riešením je predĺženie hornej príruby I- nosníka, pozri obr.2. Ďalším problémom je ukladanie a zmonolitňovanie nosníkov nad podperami. Rozhodne najmenej budúcich prevádzkových problémov prináša zmonolitnenie nosníkov s priečnikom a jeho uloženie na podpery pomocou dvojice hrncových ložísk, pozri obr.7. Individuálne uloženie nosníkov na elastomery v kombinácii s bezdilatačným spojením by malo byť minulosťou, ak nie sú pre toto riešenie iné ako ekonomické dôvody. Pre nosníky s vyšším vzopätím sa ponuka aplikácia VHB v tlačenej časti spriahajúcej dosky. Vysoká kvalita súčasnej produkcie mostných prefabrikátov na Slovensku je aj výsledkom aplikácie STN EN a povinných certifikácii v celom rozsahu od certifikácie typového návrhu, až po certifikáciu materiálov a procesov výroby. Nezanedbateľne do tohto procesu prispela aj prísnejšia kontrola zo strany investorského dozoru. Najväčší podiel na skvalitnení súčasnej produkcie sa preniesla na plecia výrobcov. Nové prefabrikáty to neboli len náklady na projektovú dokumentáciu, ale hlavne veľké investície do nových foriem, kotevných stendov s hydraulickým uvoľňovaním predpätia, predpínacej techniky, vývoja betónu vhodných vlastnosti, prepravných a montážnych zariadení.

4

Obr.1 Mostné nosníky IST EN/08 dl.12- 32m

Obr.2 Široké horné príruby nosníkov IST EN/08 nevyžadujú debnenie

Obr.3 Mostné nosníky VPH-PTMN 2010 dl.9 - 42m

Debnenie

Železobetónová spriahajúca doska

5

Nosník vopred predpätý

Nosník vopred a dodatočne predpätý

Obr.4 Porovnanie časového vývoja priehybu nosníka IST –EN/08 – dl.30m [5]

Obr.5 Skúšobný segment nosníka pre doladenie receptúry betónu a postupu betonáže

05101520253035404550556065707580859095100

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

IST-EN/08-30m (PRE-TENS.), central cross-section

Pre-tensioning

RC slab casting

Other dead load

f[mm]

t[day]

05101520253035404550556065707580859095100

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

IST-EN/08-30m (PRE+POST-TENS.), central cross-section

Pre-tensioning

RC slab casting

Other dead load

f[mm]

t[day]

Post-

tensioning

6

Obr.6 Automatická predpínacia súprava PAUL s digitálnym záznamom

Obr.7 Uloženie nosníkov na podpery a betonáž železobetónovej spriahajúcej dosky

1.FÁZA – BETONÁŽ STREDNEJ ČASTI DOSKY

2.FÁZA – BETONÁŽ NADPODPEROVÝCH ČASTÍ DOSKY Spriahajúca doska (ťahaná)

Prefabrikovaný predpätý nosník

VHB ? - hd,min

7

2. Dodatočne predpätá (DP) prepínacia výstuž Konštrukcia prvkov dodatočného predpätia je dnes na takej úrovni, že sama o sebe poskytuje niekoľko stupňov antikoróznej ochrany predpätia od štandardného, až po veľmi agresívne prostredie. Výsledkom zdokonaľovania detailov konštrukcie káblov sú káble s vodotesnou konštrukciou prvkov, resp. káble elektroizolované, pozri [11]. Táto vyššia primárna ochrana predpínacej výstuže aj niečo stojí a preto stále dominuje štandardné predpätie s dobrou sekundárnou ochrannou funkciou betónovej konštrukcie. Hutný betón s dostatočným krytím prvkov predpätia, chránený proti priamemu vplyvu agresívnych činiteľov kvalitnou izoláciou, je v našich klimatických podmienkach postačujúcou ochranou. Stále tu je ešte jeden dôležitý faktor životnosti, na ktorý prevádzkovateľ dosť často zabúda a to je prevádzka a pravidelná údržba predpätej konštrukcie. Kvalita projektovania predpätej konštrukcie je výsledkom poznania, ale tiež kontroly. Na to pamätá ETAG 013 a ustanovuje funkciu a povinnosť PT špecialistu. V tomto naša prax veľmi zaostáva. Tak dôležitý prvok projektu ako je predpätie, ktoré je po realizácii neopraviteľné, alebo len ťažko opraviteľné, často len s odstavením mosta by malo byť kontrolované PT špecialistom už v projektovej fáze. Taktiež by som rád zdôraznil úlohu a povinnosť investorského dozoru, lebo je to on, ktorý povoľuje, kontroluje a preberá predpätie na stavbe. Mal by to byť človek erudovaný, ktorý „veci“ rozumie. 2.1 Predpínacie systémy pre dodatočne predpätie

Predpínacie systémy používané na Slovensku sú ošetrené: povinnou certifikáciou systému a prvkov predpätia, spôsobilosťou pracovníkov pre jednotlivé činnosti a samozrejme TKP NDS,a.s. 2.2 Predpínanie a chyby pri jeho realizácii Kontrola predpínacej sily sa realizuje počas predpínania a tesne pred zakotvením kábla pomocou manometra hydraulického tlaku, ktorý je umiestnený na čerpadle, resp. predpínacom lise. Pretože každé hydraulické zariadenie vykazuje určité straty (trenie piestu vo valci, strata tlaku v závislosti od priemeru a dĺžky hydraulických rozvodov a pod.), musí byť pravidelne „kalibrované“- porovnané s iným, oveľa presnejším zariadením, napríklad tenzometrickým dynamometrom. Kalibráciu na Slovensku vykonáva TSÚS Bratislava. Platnosť kalibrácie vyplývajúca zo zákona a má dĺžku 12 mesiacov. Kontrola vnesenia predpínacej sily sledovaním hydraulického tlaku v predpínacom lise je dôležitá z hľadiska okamžitého posúdenia zaťaženia predpínacej výstuže. Nemenej dôležitá je kontrola dosiahnutého predĺženia a jeho porovnanie s teoretickým predĺžením. Rozdiel medzi nameranými a teoretickými predlženiami kábla, by nemal byť väčší ako 10% a pre všetky napínané káble v tom istom mieste 5%. Pri výpočte teoretického predĺženia kábla vychádzame z modulu pružnosti lán, ktorý dostaneme z kontrolných trhacích skúšok lán a prepokladanej distribúcie predpínacej sily po dĺžke celého kábla. Distribúciu, straty prepínacej sily vypočítame použitím koeficientu trenia kábla v káblovom kanáliku a projektom stanovenej geometrie kábla. Koeficient trenia stanovuje výrobca hadíc do betónu, resp. PT spoločnosť. Jeho veľkosť výrazne ovplyvňuje eventuálna korózia predpínacej výstuže a káblového kanálika. Na stratu predpínacej sily má značný vplyv, prípadne zatečenie rúrky a realizačné odchýlky v geometrií kábla, napríklad väčšie zakrivenia rúrky na priamych úsekoch kábla.

8

Problém „rozdiely medzi teoretickými a skutočnými predlženiami káblov“ Väčšina týchto problémov má vysvetlenie v nasledujúcom :

- ak je predĺženie menšie ako teoretické, signalizuje to, že trenie predpínacej výstuže je väčšie, ako sme predpokladali vo výpočte teoretickej hodnoty, alebo napínacie zariadenie nevnáša požadovanú predpínaciu silu. Úprava veľkosti predpínacej sily bez priamej kontroly hydraulického tlaku v lise, resp. kalibrácie napínacieho zariadenia sa nepovoľuje.

- nepravidelný rast predĺženia počas napínania kábla signalizuje, že kábel je v niektorom mieste blokovaný (čiastočne zatečený, zalomený, apod.). V takom prípade predpínanie treba prerušiť a informovať stavbyvedúceho.

- ak systematicky zaznamenáme väčšie skutočné predĺženie ako je teoretické, musíme v prvom rade skontrolovať napínacie zariadenie.

- okamžite prerušíme predpínanie, ak predĺženia rastú neúmerne teoretickým. Táto skutočnosť signalizuje, že dochádza k preťaženiu oslabeného kábla. Najčastejšou príčinou je uvoľnenie lán v pasívnej kotve (spojke), alebo poškodenie, až pretrhnutie drôtov (lán).

Nedostatočné predpätie sa môže prejaviť zvýšeným trvalým priehybom nosnej konštrukcie a vznikom ťahových trhlín, cez ktoré môže naštartovať korózia predpínacej výstuže. Ako som uviedol v úvode tohto príspevku, predpätie musí podliehať minimálne dvom stupňom kontroly. Všetci vedúci pracovníci, ktorí túto činnosť vykonávajú, musia byť kvalifikovaní a hlavne si musia uvedomiť dôsledky prípadnej nedbalosti, resp. kamuflovania výsledkov. Po zainjektovaní kábla už neexistuje možnosť opravy.

2.3 Injektážna malta a injektáž

Injektáž, ako posledná operácia pri realizácii predpätia na stavbe sa veľakrát podceňovala. Dnes už nikto nepochybuje, že ide o komplexnú a vysoko odbornú činnosť od prípravy vhodnej receptúry, až po kvalitné prevedenie na stavbe. Na výrobu i spracovanie vhodnej injektážnej malty sa ponúka celý rad receptúr s patričnou „chémiou“ a špičkových injektážnych zariadení. Maltu možno namiešať in-situ z komponentov, alebo je dopredu balená aj s prísadami. Medzi základné vlastnosti injektážnej malty patria spracovateľnosť, objemová stálosť, odlučnosť vody, pevnosť a mrazuvzdornosť. Vlastnosti mált a spôsob ich skúšania sú ošetrené EN. Na injektáž možno použiť len certifikované malty, ktoré vyhoveli preukazným skúškam v akreditovaných laboratóriách. Okrem preukazných skúšok injektážných mált sa požaduje aj vykonanie preukaznej skúšky injektovateľnosti kábla, obr.9. Každá PT špecializovaná spoločnosť musí preukázať, že pre daný predpínací systém a injektážne zariadenie je schopná s certifikovanou injektážnou maltou dokonale zainjektovať skúšobný kábel bez vzduchových dutín v ktorejkoľvek jeho časti, obr.8. Ide o veľmi ostrú skúšku, pri ktorej sa v prvej etape skúša aj vodotesnosť neobetónovaného systému. Táto práca preto môže byť zverená len dobre vyškoleným pracovníkom, ktorí si uvedomujú následky prípadného nezodpovedného konania.

9

Obr.8 Príprava skúšky vodotesnosti kábla in situ

Obr.9 Skúška injektovateľnosti kábla

10

Najmä pri mostoch budovaných progresívnym spôsobom (pole za poľom, letmá betonáž, resp. montáž) musí projektant riešiť problém percentuálneho pomeru kotvených a spojkovaných káblov. V minulosti bolo možné v škáre spojkovať všetky káble. Na viacerých takto realizovaných mostoch sa po čase objavili poruchy vyplývajúce z nekvalitnej prebetónovanosti škáry a z výrazne oslabeného prierezu. Preto bolo prijaté delenie: 60% káblov môže byť spojkovaných, resp kotvených a 40 % káblov musí byť priebežných. Najväčšie problémy sú spojené s realizáciou tejto podmienky. Priebežné, tzv. čakajúce - káble komplikujú armovacie, montážne a predpínacie operácie. Na viacerých estakádach je priebežná predpínacia výstuž vystavená poveternosti po dlhšiu dobu. V našich klimatických podmienkach dochádza zákonite k prerušeniu výstavby (zima), ktoré niekedy trvá aj 2 – 4 mesiace. Za toto obdobie je nemožné dokonalé chrániť výstuž proti korózii. Nehovoriac už o spoľahlivosti pasívneho kotvenia v spojke, ktoré je len ťažko vymeniteľné. Výstrahou nech sú problémy s niektorými estakádnymi mostami vo Sverepci. Predpínacia výstuž tu čakala na svoju aktiváciu 2 roky (obr.10) a pri predpínaní bolo potrebné vyvinúť veľa úsilia, aby nedošlo k roztrhnutiu väčšieho počtu predpínacích lán. Monitorovaný systém predpínania pomocou zariadenia PMSJ13 firmy Projstar- PK,s.r.o. je na obr.11. Ako teda riešiť problém antikoróznej ochrany kotvenia a káblov. Ak máme tušenie, že vplyvom poveternosti bude predpätie nedokončené , nenapnuté a nezainjektované, mali by sme realizovať tieto opatrenia:

- pasívne kotvenie lán v spojke, resp. kotve, konzervujeme vhodným antikoróznym mazivom. Tieto opatrenia treba realizovať najmä pri čeľusťovom kotvení lán.

- uzavrieť všetky otvory určené pre injektáž a odvzdušnenie kábla v kotve a na voľnej dĺžke kábla,

- utesniť- prepáskovať PE páskou na voľnej dĺžke kábla všetky spoje rúrky - hadice do betónu,

- hadice by mali presahovať prepínaciu výstuž tak, aby bolo možné zaslepiť ich konce, - aplikovať na laná antikoróznu vodou zmývateľnú emulziu. Odporúča sa použiť výrobok

„ RAST BAN“, ktorý bol overený na viacerých mostoch vo Švajčiarsku. - neodporúča sa ponechať už napnuté káble po dlhšiu dobu v zimnom období

nezainjektované. Injektáž v každom prípade treba realizovať aj keď bude potrebné konštrukciu zatepliť.

Obr.10 Korózia mäkkej a predpínacej výstuže diaľnica D1-Sverepec

11

Obr.11 Predpínací lis PAUL TENSA 3000kN s kotevnou hlavou PMSJ13 pre meranie sily v každom z 13 lán kábla

3. Návrhové koncepcie predpätia Predchádzajúca kapitola bola venovaná výhradne vlastnému predpätiu, ktoré je umiestnené v stenách a doskách betónových mostov. Rovnako stará je i koncepcia a konštrukcia vonkajšieho predpätia. Podstatný pokrok vo vývoji a aplikácii vonkajšieho predpätia v mostnom staviteľstve sme zaznamenali až v 70-tych rokoch . Nesporne k tomu prispeli niektoré problémy s koróziou injektovaného predpätia, ale aj čoraz väčšia snaha o odhmotnenie betónového priečneho rezu trámu nosnej konštrukcie. Vonkajšie predpätie je tiež neodmysliteľným prvkom zosilňovania a sanácie starších predpätých železobetónových a oceľových mostov. V súčasnosti môžeme sledovať tieto trendy v navrhovaní predpätých mostov:

- mosty predpäté len súdržným predpätím, - mosty s vonkajšími káblami, ktoré doplňujú systém súdržných káblov, - mosty so súdržným predpätím a vonkajšími káblami umiestnenými aj mimo nosnú

konštrukciu trámu - extradosed mosty, vzperadlové mosty). Možno ho tiež nazvať ako vonkajšie predpätie s veľkou excentricitou, mosty predpäté iba vonkajšími káblami.

3.1 Extradosedové mosty Tak nazývame mosty so zvýšenou excentricitou vonkajších káblov (EDK), ktoré sú výsledkom výskumu a vývoja koncepcií predpätia 80-tych rokov. Vytiahnutím vonkajších káblov nad, resp. pod konštrukciu trámu zvýšime zdvihové účinky predpätia a nakoľko tuhosť trámu sa podstatne nemení, pohyblivé zaťaženie nevyvoláva únavové namáhanie káblov. EDK káble preto môžu byť kotvené v štandardných kotvách a predpínací materiál môže byť využitý na viac ako 60 - 70% pevnosti, teda na podstatne vyššiu hladinu ako sú závesy zavesených mostov, pri ktorých je základná napätosť lán len na cca 40 -45% ich pevnosti. Pri týchto napätostných hladinách je možne riešiť prechod káblov cez pylón sedlovým spôsobom, obr.12. Prvé mosty tohto konštrukčného systému boli na Slovensku realizované v roku 2010, pozri obr.12,13.

12

Najviac mostov so zvýšenou excentricitou VK a EDK káblami bolo postavených v Japonsku. Koncepcie vonkajšieho predpätia, včítane TVK a EDK tak ako sa uplatňujú v Japonsku, sú výsledkom tlaku na zabezpečenie vysokej životnosti betónových predpätých mostov najmä zo strany investorov.

Obr.12 Estakáda 215-00 Prešov – vzperadlové vonkajšie predpätie

Obr.13 Mestská estakáda v Považskej Bystrici – prvý extradosový most na Slovensku

13

3.2 Mosty s totálnym vonkajším predpätím –TVK

Posledne uvedená koncepcia, nazývaná tiež koncepcia totálneho vonkajšieho predpätia –TVK , prináša okrem iného aj tieto výhody:

- absolútna kontrola životnosti predpätia a jeho prípadná vymeniteľnosť a dopínateľnosť,

- zníženie strát predpätia z trenia kábla pri napínaní, - výrazné odľahčenie priečneho rezu mosta,

- možnosť navrhovať a posudzovať konštrukciu ako predpätý železobetón. Koncepcia TVK bola aplikovaná v Japonsku aj na letmo betónovaných a montovaných mostoch.

Obr.14 Vysúvaný most Katsurashima Japonsko s totálnym vonkajším predpätím TVK Na obr.14 a 16 možno vidieť, v čom spočíva interakcia v koncepcií TVK predpätia a priečneho rezu trámu. Ak vytiahneme káble z „betónu“, je možné hrúbky dosiek a stien podstatne redukovať(obr.16), alebo dokonca betón nahradiť plechovou stenou (obr.15). Pretože v betónových stenách je len mäkká výstuž, betonáž je kvalitnejšia a logickým riešením je potom použitie betónov vyšších pevností. Vysokopevnostné, resp. vysokohodnotné betóny opäť umožňujú ďalšie zoštíhlenie prvkov.

Obr.15 Priečny rez Vysúvaný most Katsurashima Japonsko(foto autor príspevku).

14

Obr.16,17 Priečny rez a výstavba Uchimaki viadukt–Japonsko. Celková dĺžka estakády 1,048 km. Dĺžka polí 51 - 53 m (foto autor príspevku).

V Japonsku bolo postavených viacero mostov, kde VK sú základným, alebo jediným predpätím. Letmo betónovaný Viaduct Sarutagawa, obr.18 je príkladom koncepcie, kde VK dominujú. Priehradový trám tvoria dve dosky predpäté predinjektovanými káblami – PGT (pregrouted tendons), ktorých injektáž vytvrdne až po určitom čase od predpätia. Priehradovinu tvorí systém oceľových stĺpov vyplnených betónom.

15

Obr.18 Pohľad do konštrukcie mosta Sarutagawa- Japonsko. Celková dĺžka mosta 625 m, dĺžka poľa 110m. Výška trámu 6,5 m (foto autor príspevku). Záver

Problematika spoľahlivosti a trvanlivosti - životnosti predpätých konštrukcií je veľmi rozsiahla a preto nemôže byť vyčerpávajúco podaná v jednom príspevku. V tejto písomnej verzii príspevku som sa snažil poukázať na jej aktuálnu časť, čiastočne z pohľadu slovenskej praxe. Literatúra [1] Nigel R. Hewson: Prestressed concrete bridges. Design and construction. Thomas Telford Publishing. London 2003 [2] Chandoga, M., Prítula,A., Sedlák,J., Moravčík, M. : Nosníky VPH-PTMN 2010 pre mosty na pozemných komunikáciách dl.9 - 42m. Katalóg a realizačná dokumentácia, PROJSTAR-PK, s.r.o., December 2010 [3] Chandoga, M., Prítula,A., Sedlák,J. : Nosníky IST-EN/08 pre mosty na pozemných komunikáciách dĺžky 15 – 32m.Vopred a VP+ DP varianty. Katalóg a realizačná dokumentácia, PROJSTAR-PK, s.r.o., Jún 2009 [4] Chandoga, M., Sedlák J., Prítula, A. : Innovation of pre- post tensioned precast concrete bridge beams IST-97. Report of Projstar-PK, s.r.o, obj. Inžinierske stavby, a.s., delivered at COLAS, Paris, march, 2009 [5] ETAG 013 „ Zostavy pre dodatočné predpínanie konštrukcií“, Návod na Európske technické osvedčenie TSÚS Bratislava [6] ČSN 742871 „Systémy dodatečného predpínaní. Obecné požadavky a zkoušení.“

16

[7] Chandoga,M.: Systémy dodatočného predpätia – vývojové trendy a aplikácie. V zborníku z kolokvia 2.fib Kongresu v Neapole 2006 , fib Starý Smokovec, 2007 [8] Chandoga,M.: Predpätie – vývoj a trendy za roky 2006- 2010. V zborníku z kolokvia 3.fib Kongresu vo Washingtone 2010 , fib Nitra, 2011 [9] Chandoga,M. a kol.: Komplexná analýza priehybu a napätosti nosníkov DPS VP-I04 dl.32m. Objednávateľ Doprastav,a.s., Bratislava. Záverečná správa PROJSTAR-PK, s.r.o., Február 2008 [10] Chandoga,M. a kol.: Mostné prefabrikované nosníky IST-EN/08. Komplexný monitoring výroby vopred predpätých nosníkov dl.30m. Objednávateľ Inžinierske stavby,a.s., Košice. Záverečná správa PROJSTAR-PK, s.r.o., Január 2011 [11] Chandoga,M.: Faktory ohrozujúce spoľahlivosť a životnosť predpätia v mostných konštrukciách. V zborníku z 14. mostárskej konferencie 2008 , Nimnica, september 2008 [12] H.Mutsuyoshi : An innovative prestressed concrete bridge with large eccentric external tendons. Prednáška na zasadaní TG.9 fib Shizuoka, Japonsko, 2007. [13] S.Takahashi : The general view of the New Tomei Expressway bridges in Shizuoka Prefecture. Prednáška na zasadaní TG.9 fib Shizuoka, Japonsko, 2007.