Vliv různých aspektů na životnost ocelové mostní konstrukce

K výskytu kritických míst ocelových konstrukcí přispívají nejvýznamnější měrou tyto faktory: nedostatky v legislativě, přímé zanedbání činnosti objednatele a zhotovitele, špatný návrh, problémy při výrobě a nesprávná montáž, správa a údržba konstrukcí. To je pouze globální pohled na problematiku. Abychom ji pochopili, musíme se ponořit daleko hlouběji.

Typy oceli v návrhu a vady jakosti
Na dobu životnosti ocelové mostní konstrukce má vliv druh použité oceli a typ zvolené konstrukce. Tvar konstrukce, její charakter, způsob namáhání a způsob údržby musejí být důkladně posouzeny již v návrhu konstrukce a s jakostí a druhem zvolené oceli přímo souvisejí. V poslední době se velmi rozšířilo používání patinujících ocelí pro mostní konstrukce, zejména u dálničních mostů na D47 a D8 (ocel se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi podle ČSN EN 10025-5) [1].

Zkušenosti a praktické výsledky realizovaných výzkumů u mostních konstrukcí starších 30 let ukazují, že s ohledem na stav konstrukcí mostů pozemních komunikací (přesahující dolní pásnice, kouty, výztuhy, chybějící údržba z nedostatku finančních prostředků, poškozování konstrukcí působením chloridů z posypových solí) jsou tyto oceli (ATMOFIX B) nevhodné. Drážní mosty se z této oceli dnes nevyrábějí. Ze zahraničí (USA, Japonska) jsou však známy případy, kde se přes 20 let používají pro mostní konstrukce jiné, vhodnější patinující oceli, které svým chemickým složením (např. s obsahem niklu vyšším než 1,5 %) pomáhají eliminovat vliv chloridů ze zimní údržby. To však není případ Evropy a standardu EN 10025-5.

Jak správně navrhovat, zvolit vhodnou ocel s ohledem na vliv chloridů, vyhodnocovat tvorbu patiny a udržovat konstrukce, to vše určují předpisy ministerstva dopravy ČR TP 197 Mosty a konstrukce pozemních komunikací z patinujících ocelí [2]. Bohužel se dnes stalo běžnou praxí, že odborníci bez dostatečné odborné kvalifikace a praxe v oboru svařování a hlavních prohlídek mostů provádějí posuzování mostních konstrukcí vyrobených z patinujících ocelí a mají snahu stav konstrukcí po desítkách let provozu bagatelizovat. Je samozřejmě rozdíl, posuzuje-li se daná mostní konstrukce z hlediska bezpečnosti provozu nebo plochy stěn hlavních nosníků z hlediska vývoje patiny.

Z hlediska bezpečnosti provozu se musí posuzovatel stavu mostní konstrukce zabývat korozní odolností v místech nosných svarů, šroubových spojů, vyhodnocovat stav svarů v souvislosti s únavou, dynamickým namáháním konstrukce, vyhodnocovat stav údržby a způsob oprav, vady oceli jako zdvojeniny, pleny, přeložky, vyhodnocovat stav místní koroze, lokální koroze, galvanické koroze, štěrbinové koroze, bodové koroze, nožové a jiné koroze vždy s důsledky, jaké má koroze na stabilitu konstrukce. Její účinky musejí být posouzeny současně se statickým výpočtem konstrukce [1] a [2].

Odborníci nejsou informováni o skutečném stavu konstrukcí a chybějí jim znalosti zejména ze zahraniční literatury vydávané korozními inženýry [2]. Zajímavé je, že tyto skupiny odborníků citují zejména propagační materiály výrobců ocelí a asociací výrobců ocelových konstrukcí. Stačí však jednoduchá otázka, zda výrobce patinující oceli poskytuje odběrateli záruku na vytvoření patiny. Odběratel se dozví (v souladu se standardem EN 10025-5), že nikoliv. Záruka se vztahuje pouze na mechanické vlastnosti oceli.

Zkušenosti z prohlídek mostních konstrukcí ukazují, že patina (ochranná vrstva na oceli) se obyčejně vytvoří pouze lokálně, celoplošný výskyt na mostní konstrukci nebyl zjištěn v žádném z případů. Neznamená to, že v místech, která jsou pro bezpečnost konstrukce určující (svary a šroubové spoje), je patina vytvořena. Paradoxní jsou případy, kdy jsou šroubové spoje hodnoceny jako bezzávadné, přestože se dá prokázat (exis­tují zápisy u správců mostů), že veškeré nosné šrouby, matice a podložky byly opakovaně v průběhu životnosti konstrukce vyměňovány nebo že konstrukce byla v průběhu let dodatečně opatřena ochranným povlakem, který však byl v mezidobí poškozen korozí – toho si posuzovatel očividně nevšiml.

Můžeme konstatovat, že na dolních pásnicích mostů s horní mostovkou, se svařovanými hlavními nosníky včetně stěn (kouty a další místa ztužení konstrukce) se vytváří vlivem shromažďování nečistot a vlivem trvalé vlhkosti koroze pod úsadami, bakteriální koroze, případně koroze po vrstvách (ocel ATMOFIX B), která postihuje také kromě oceli nosné svary mezi dolní pásnicí a stěnou [2]. Opravy korozí napadených nosných částí konstrukcí mostů a jejich svarů nejsou technicky proveditelné ani reálné.

	Obr. 1: Pohled na podélník, příčník a podélné ztužení mostní konstrukce – toto není ochranná vrstva patiny.
Obr. 2: Pohled na mostní konstrukci v místě pod mostním závěrem – ani toto není ochranná vrstva patiny.

Nutnost specifických atestů
Mostní konstrukce jsou navrhovány na životnost 100 let. Jestliže měříme stav nosných svarů mostů z patinující oceli včetně lokálního oslabení stěn a dolních pásnic tak, jak je uvedeno na několika příkladech ze stovek případů, životnost 100 let není možné zajistit.

Etalon korozního poškození povrchu patinující oceli (uveden v technických podmínkách ministerstva dopravy ČR TP 197 Mosty a konstrukce pozemních komunikací z patinujících ocelí) udává, jak vizuálně hodnotit stav povrchu oceli s ohledem na lokálně zjištěný stav. Jedná se o první případ v Evropě a USA, kdy byl tento etalon hodnocení vytvořen [2]. Metodika volby jakosti oceli pro projektanty je stanovena v technických kvalitativních podmínkách, a to pro mosty pozemních komunikací v podmínkách Ministerstva dopravy ČR, pro drážní stavby v technických podmínkách Správy železniční dopravní cesty [1] a [3].

Při přejímkách ocelí a vystavování dokladů inspekčních certifikátů 3.1 a 3.2 v souladu s ČSN 10204 byly zjištěny závažné problémy. Při namátkových kontrolách ocelí s atestem 3.1 bylo zjištěno, že opakovaně nejsou splněny garantované mechanické vlastnosti ocelí, převážně dovážené ze zemí EU. Ukazuje se, že tento způsob dodávání ocelových výrobků pro mostní konstrukce není dostatečný a i nadále bude třeba trvat na vystavování specifických atestů 3.2 za účasti pověřeného pracovníka odběratele, v souladu s TKP 19 [1] a [3]. S ohledem na bezpečnost provozu a životnost mostních konstrukcí 100 let není možné, aby byl do mostů zabudován materiál s nevyhovujícími mechanickými zkouškami.

Chybné návrhy svarů v projektové dokumentaci a jejich důsledky
Pro ilustraci předkládáme alespoň jeden příklad chybného návrhu svarů (obr. 3), který může mít fatální vliv na bezpečnost provozu a životnost ocelové mostní konstrukce. Podobných příkladů lze nalézt v ČR desítky.

Svar konstrukce z roku 2009 je technologicky náročný na provedení. Protože chování tohoto svaru není experimentálně ověřeno, může během výstavby mostního objektu nebo během provozu dojít k šíření trhliny/trhlin, a to nekontrolovaně do svarového kovu. To může být z hlediska bezpečnosti provozu problematické. Svar není standardizován, běžná nedestruktivní kontrola (NDT) svaru nemůže trhlinu s ohledem na jeji polohu diagnostikovat. Svar je, v případě zjištění trhliny během životnosti mostu, neopravitelný.

Obr. 3 Makrostruktura svaru lamelové pásnice; vyznačená oblast lokalizuje vznik trhliny z vrubu svaru mezi lamelami. Vpravo je zvětšený výřez trhliny (kontrolní deska).

Vliv objednatele stavby
Objednatel stavby nemá zavedené systémy nezávislé kontroly (expertního posouzení) projektové dokumentace. Experty jsou jmenovaní projektanti, kteří spolupracují a provádějí pro zhotovitele realizační dokumentaci stavby. Jsou tedy existenčně závislí na tlaku zhotovitele a vystupují v jeho zájmu.

Během výstavby mostních objektů dochází k zásadním změnám technického řešení zadávací dokumentace stavby, často změnám pro státního investora (objednatele) nevýhodným. Jde o změny koncepce návrhu konstrukce, změny jakostí oceli, způsobů přejímek, typů svarů a technologie montáže, které při cenových kalkulacích změn přinášejí zisk zhotoviteli stavby. Zástupci objednatele státní zakázky bezmocně přihlížejí a následně bez odborného posouzení schvalují navrhované změny nebo se tváří, že k nim nedošlo.

U stavebního dozoru (zástupce objednatele) nebyl až do roku 2008 (nové vydání TKP 19) [1] a [3] definován požadavek na jeho odbornou kvalifikaci. To vyvolávalo soudní spory mezi objednatelem a zhotovitelem, jehož odborná kvalifikace je v normách definována. Objevily se i případy, kdy zhotovitel odborně zpochybnil rozhodnutí objednatele a vyžadoval konfrontaci technických požadavků se stejně kvalifikovaným zástupcem objednatele.

Obr. 4: Etalon korozního poškození patinující oceli, platný pro pozemní komunikace v ČR (hodnocení přípustnosti stupně koroze podle TP 197 MD ČR Mosty a konstrukce pozemních komunikací z patinujících ocelí)

Specialisté jako stavební dozor
Investor stavby (objednatel) má na vady ocelových konstrukcí v procesu výroby přímý vliv. Zcela jasně definovaným zadáním, důslednou kontrolou technologické dokumentace před zahájením výroby, průběžnou kontrolou výroby a montáže specialisty (EWE, IWE) a řízením časových sledů výstavby mostního objektu by došlo k výraznému zkvalitnění svařovaných konstrukcí. Pro výkon funkce stavebního dozoru nad tak specifickým výrobkem, jako jsou ocelové konstrukce, by měl být najat specialista a neměl by být vykonáván stejným pracovníkem, který kontroluje hloubku výkopů, pokládku vozovek nebo betonáž a zakládání spodní stavby, nebo projektantem ocelových konstrukcí, protože kontrola vyžaduje další odborné kvalifikace, které projektant nemá a ani nemůže mít. Průběžná kontrola výroby svařovaných konstrukcí EWE (IWE) je běžným standardem například v Německu nebo Velké Británii.

Zastaralá ČSN 73 2601 společně s ČSN 73 2603 řeší kvalitu ocelové konstrukce až výslednou dílenskou přejímkou již svařené mostní konstrukce. Bohužel dodatečně se potom může stát, že výrobek nesplňuje podmínky zadání stavby a musí být při výsledné dílenské přejímce odmítnut. Tomu by se mělo zásadně předejít, a to průběžnou kontrolou výroby kvalifikovanými pracovníky investora (objednatele), kteří budou schopni také na odborné úrovni s kvalifikovanými pracovníky výrobce/montážní organizace komunikovat a průběžně řešit vzniklé problémy podobně, jak je tomu například v Německu.

Problematika průběžné kontroly objednatelem je řešena v nových verzích technických a kvalitativních podmínek TKP 19 část A a B Ocelové konstrukce a mosty [1] a [3]. V budoucnu by podíl míry zavinění ze strany objednatele neměl při dodržování zmíněných technických podmínek vůbec vzniknout.

V příspěvku jsou prezentovány výsledky grantových projektů Ministerstva dopravy ČR 1F82C/012/910 Hodnocení zbytkové životnosti hlavních ocelových částí mostních konstrukcí z ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi a výzkumného projektu CG911-050-910 Analýza metodiky poruch nosných svarů lamelových pásnic ocelových mostních konstrukcí a zkušenosti z praxe, výkonu dílenských, montážních a hlavních prohlídek mostů pozemních komunikací a drážních staveb.

Ing. Miloslava Pošvářová Ph.D., Fakulta stavební VUT v Brně a Mott MacDonald Praha

Literatura
[1] Pošvářová, M.: Technické a kvalitativní podmínky staveb pozemních komunikací. Ocelové mosty a konstrukce TKP 19. Praha: Ministerstvo dopravy ČR, 2008.
[2] Pošvářová, M.: Technické podmínky staveb pozemních komunikací – TP 197 – Mosty a konstrukce pozemních komunikací z patinujících ocelí. Praha: Ministerstvo dopravy ČR, 2008.
[3] Pošvářová, M.: Technické a kvalitativní podmínky staveb SŽDC. Ocelové mosty a konstrukce TKP 19. Praha: SŽDC 2008.

Článek byl uveřejněn v knižní publikaci Stavební ročenka 2010.