Problematika životnosti mostů – I. - Historický vývoj

Období vrcholné gotiky u nás svědčí o těsném propojení výtvarného umělce, stavitele chrámu i mostu s dokonalou řemeslnou znalostí v osobě Petra Parléře. Jeho dílo, Karlův most, přes veškeré přírodní havárie i válečné doby, dodnes vytváří zcela neodmyslitelnou součást Prahy a v tomto kontextu nemá ve světě srovnání.

Jako inženýrská disciplina se mostní stavitelství začalo formovat teprve v 17. století s rozvojem exaktních věd, matematiky a fyziky, a vznikem prvních inženýrských škol. Tento proces přechodu od kamenické hutě k inženýrskému návrhu byl dokončen teprve v 19. století a souvisel nejprve s rozvojem ocelářství a stavbou prvních ocelových mostů - Reblingův visutý Brooklynský most přes East River v New Yorku z let 1870 až 1883, s hlavním polem 484,7 m (obr. 1), a železniční konzolový most přes mořský záliv Firth of Forth ve Skotsku, postavený v letech 1883 až 1890 podle návrhů inženýrů Fowlera a Bahera, celkové délky 2466 m a s rozpětím hlavního pole 521 m (obr. 2).

Obr. 1

Brooklynský most přes East River v New Yorku

Obr. 2

Železniční most Firth of Forth ve Skotsku

Právě ke stoletému výročí otevření tohoto mostu se v Anglii, na universitě v Guildferdu konala první mezinárodní konference věnovaná otázkám správy mostních staveb, Bridge managementu, zahrnující sledování a udržování mostů, posuzování jejich nosné způsobilosti a trvanlivosti, návrhy oprav a rekonstrukcí a též prognózy životnosti mostů. Této konferenci předcházel v roce 1987 první seminář USA - Evropa (EU), organizovaný universitou v Michiganu a výzkumným ústavem stavebním CEBTP z Francie s podobnými tématy. Tyto mezinárodní konference se od té doby pořádají pravidelně v tříletých obdobích. Potřeba konání takto zaměřených setkání vyplývá z vývoje mostního stavitelství v uplynulém století. Jeho první polovina přinesla jako novinku rozvoj betonového stavitelství a s ním souvisejících výpočtových metod, vše v pojetí deterministického způsobu navrhování metody dovolených namáhání. Vývoj byl dvakrát zabržděn válečnými konflikty, které však následně urychlily vývoj ekonomiky a rozvoj automobilismu vyžadujícího výstavbu odpovídající silniční sítě s řadou mostů. K této době se váže výstavba prvních mostů z předpjatého betonu, které postupně vytlačily klasický železobeton vhodný pouze pro mosty obloukové a pro drobné mostky a propusty. V tomto období se objevilo nové pojetí návrhu a posuzování konstrukcí podle mezních stavů, které lépe vystihovalo charakteristiky působících zatížení, vlastnosti použitých stavebních materiálů a význam posuzované situace (použitelnost nebo únosnost), ale i význam objektu.

Stálý růst intenzity automobilové dopravy, zvyšování hmotnosti vozidel, nápravových tlaků, spolu se zimní údržbou používáním rozmrazovacích solí, vedlo počátkem 60. let k rychlému vzrůstu počtu vážně poškozených objektů. Vzniká nová odborná disciplina mostního stavitelství, zabývající se jednak opravami mostů, jednak metodami zjišťování jejich stavebně technického stavu, tzv. diagnostika. K tomu se dále vázaly způsoby stanovování reálné únosnosti mostů po určité době provozu, tj. jejich zatižitelnosti. Přitom je nutno brát v úvahu skutečné materiálové charakterisiky, ne normové pro novostavby, které kromě běžných neurčitostí, s nimiž stanovujeme dimenzační hodnoty, musí postihovat i nejistoty budoucí konstrukce.

Hlavní závady, které se objevovaly u starších konstrukcí, vyplývaly jednak z neznalosti dlouhodobého přetvoření betonu - růst průhybů řady mostů letmo betonovaných i jiných , zejména štíhlých rámových konstrukcí, jednak z účinků agresivního prostředí. Především voda (ještě účinnější s rozpuštěnými rozmrazovacími solemi), která působila na obnažené betonové části, způsobovala postupný rozpad povrchové vrstvy a při dosažení výztuže její rychlou korozi a rozpínání korozních zplodin totální devastaci železobetonových částí. Podobně, i když pomaleji, působí agresivní atmosféra, zejména smog v oblastech jeho častého výskytu.

Proces projektování mostů musel být proto rozšířen z ryze statické záležitosti i na návrhové prvky, zahrnující požadavky na trvanlivost v souladu s uvažovanou životností mostu, která může být různá: u Karlova mostu je to tisíciletí, u mostů druhu Brooklyn a Firth of Forth nebo našich mostů Nuselského (obr. 3) a Žďákovského (obr. 4) několik století, u dnešních běžných mostů podle evropských norem 100 let s tím, že některé části mohou mít kratší životnost - 10 až 25 let, ale musí umožnit výměnu - jako ložiska, závěsy, mostní závěry, vozovková souvrství apod.

Obr. 3

Nuselský most v Praze

Obr. 4

Žďákovský most přes vltavskou vodní nádrž u Orlíka

Betony jsou dle EN 206 - 1 navrhovány nejen podle pevnosti C 8/9 až C 100/115 (válcová a krychelná pevnost v MPa) a LC 8/9 až LC 80/88 u lehkých betonů, ale též z hlediska prostředí, v němž působí. Rozlišujeme celkem 8 skupin (druhů) agresivního prostředí - od neutrálního v suchém prostředí, přes účinky karbonatace na korozi, chloridy, mořskou vodu, cyklické působení mrazu s vodou a případně solemi a jiné chemicky agresivní prostředí na beton. Tomu odpovídají požadavky na beton, tloušťku krycí vrstvy výztuže a omezení šířky trhlin. U některých částí přímo sousedících s vozovkou se používají speciální ochranné nátěry.

Druhou cestou, jak zmenšit riziko degradace mostních konstrukcí, bylo vyvinutí kvalitnějšího vybavení mostů. Ocelové části jsou buď chráněny speciálními nátěry nebo pokovením kromě ocelových konstrukcí též zábradlí, stožáry, svodidla, případně jsou navrhovány z nerezové oceli - jako odvodňovací potrubí a závěsy nebo ze speciálně upravené ocelolitiny případně plastů.

Vývoj mostních ložisek šel od klasických válečkových ocelových resp. ocelolitinových k hrncovým elastomerovým vyztuženým, s kluznou teflonovou vrstvou, umožňující realizovat staticky ideální podepření. Velký význam pro trvanlivost mostních konstrukcí znamenalo zavedení kvalitních celoplošných hydroizolací, obvykle tvořených natavovacím asfaltovým pásem s vložkou tl. 5 mm na epoxidové pečetící vrstvě, doplněné celoživičným souvrstvím vozovky. Veškeré spáry na mostním svršku musejí být pečlivě ošetřeny a následně utěsněny asfaltovou zálivkou.

Dalším místem možného vnikání vody do konstrukce a též příčinou dynamických rázů od přejíždějících vozidel, jsou dilatační spáry. Pro nejmenší dilatační pohyby mohou být řešeny pouze speciální úpravou vozovkového souvrství, stejně tak i u tzv. integrálních objektů, kde je nosná konstrukce tuze spojena s opěrami. Ve všech ostatních případech se používají různé typy mostních závěrů v úrovni povrchu vozovky, vyznačujících se vodotěsností, trvanlivostí a minimálními nároky na údržbu.

K tomuto stavu jsme dospěli teprve na prahu třetího tisíciletí, a můžeme doufat, že takto postavené mosty splní kriteria EN - co do životnosti.

Zkušenosti z poloviny minulého století byly bohužel horší. Vážné závady se projevily nejen u starých železobetonových mostů z doby první republiky - např. most Barikádníků v Praze, ale i řada zcela nových mostů musela být rekonstruována nebo dokonce zbourána. Někde se jednalo pouze o opravu mostního svršku a výměnu vybavení, s úpravou "fasády" mostu,) - např. obloukový most přes Vltavu na Zbraslavi po cca 30ti letech (obr. 5). Jinde bylo nutno vyměnit hlavní nosnou výztuž - jako předpjatá táhla u mostu přes Labe v Pardubicích po cca 20 letech a provést rekonstrukci mostního svršku.

Rekonstrukce nosného systému proběhla i u známých letmo betonovaných mostů (obr. 6) přes Otavu a Vltavu na Zvíkově po 30ti letech. Původní klenby v obou hlavních polích byly zrušeny a hlavní nosná výztuž byla doplněna o kabely v tubusu mostu. U nižších krajních pilířů mostu přes Vltavu bylo nutno oba duté dříky nad základem odříznout a v místě řezu vytvořit kloub.

Obr. 5

Silniční most přes Vltavu na Zbraslavi - po rekonstrukci

Obr. 6

Rekonstrukce mostu přes Vltavu u Zvíkova

Zajímavý byl případ rekonstrukce silničního nadjezdu nad železničním zhlavím nádraží v Berouně, kde mohla být zachovalá nosná konstrukce z předpjatých nosníků po opravě mostního svršku ponechána, zato členěné pilíře spodní stavby byly zcela degradovány a musely být zbourány a znovu postaveny.stávající nosnou konstrukcí opět po cca 35 letech.

Relativně nejnepříjemnější zkušenosti jsou dnes s velmi subtilními komorovými nosníky KA o délkách do 21 m. Řada těchto mostů musela být zbourána, zejména v případech, kdy měly sloužit jako dočasné přemostění s možností demontáže. Příkladem byl silniční nadjezd nad železnicí v Lipníku nad Bečvou nebo dnes připravená rekonstrukce estakády Prosek v Praze.

Na závěr této části věnované vývoji mostního stavitelství je nutno podotknout, že kromě návrhu a realizace mostu, se na jeho životnosti významně podílí kvalita jeho udržování. Pravidelné prohlídky, čištění vozovky a celého odvodňovacího systému, jsou tím nejzákladnějším předpokladem dlouhodobé životnosti mostu. Zvláštní pozornost vyžaduje sledování stavu a funkčnosti mostních závěrů a kvalita vozovky a stav a pohyby mostních ložisek, zejména při extremních teplotách. Příští část věnovaná problematice životnosti v oblasti mostního stavitelství bude zaměřena na aktuální stav této problematiky na počátku třetího tisíciletí.