Životnost ocelové mostní konstrukce

K výskytu kritických míst ocelových konstrukcí přispívají nejvýznamnější měrou tyto faktory: nedostatky v legislativě, přímé zanedbání činnosti objednavatele a zhotovitele, špatný návrh, problémy při výrobě, 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, Japonsko) jsou však známé 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 koroze a jiné ovšem vždy s důsledky, které 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.

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 je 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 TKP kapitola 19 Mosty a konstrukce pozemních komunikací, pro drážní stavby v technických kvalitativních ­podmínkách SŽDC (Správa železniční dopravní cesty) TKP kapitola 19 Mosty a konstrukce [1], [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], [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, který může mít fatální vliv na bezpečnost provozu a životnost ocelové mostní konstrukce. Podobných příkladů lze nalézt v ČR desítky.

Na obr. 3 je vidět vyráběnou a montovanou ocelovou mostní konstrukci z roku 2009. Svar 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 její polohu diagnostikovat. Svar je, v případě zjištění trhliny během životnosti mostu, neopravitelný.

Vliv objednavatele stavby
Objednavatel 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 (objednavatele) 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. Zástupce objednavatele státní zakázky bezmocně přihlížejí a následně bez odborného posouzení schvalují navrhované změny nebo se tváří, že k nim nedošlo.

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

Specialisté jako stavební dozor
Investor stavby (objednavatel) 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 (objednavatele), kteří budou schopni také na odborné úrovni s kvalifikovanými pracovníky výrobce/montážní organizace komunikovat a průběžně řešit vzniklé problémy podobně, jako je tomu například v Německu.

Problematika průběžné kontroly objednavatelem 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 objednavatele neměl při dodržování zmíněných technických podmínek vůbec vzniknout.

Ing. Miloslava Pošvářová Ph.D.
Foto: autorka

Autorka je odborná asistentka na FAST VUT v Brně a vedoucí oddělení Special Services ­společnosti Mott MacDonald.

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.

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 časopisu ASB.