Problematika kontroly a prevádzky dodatočne predpätých segmentových mostov

V posledných rokoch sa na základe problémov s dodatočne predpätými segmentovými mostami ukazuje dôležitosť cielených diagnostík predpätia ako nevyhnutného doplnku k bežným pravidelným alebo hlavným prehliadkam mostov. Z dosiaľ zistených skutočností vykazuje väčšina kontrolovaných dodatočne predpätých mostov určité percento nezainjektovaných káblov, pričom v mnohých prípadoch dochádza k ich rozsiahlej korózii.

Poznáte výhody Klubu ASB? Stačí bezplatná registrácia a získate sektorové analýzy slovenského stavebníctva s rebríčkami firiem ⟶

V závislosti od typu segmentových prefabrikátov je potrebné prispôsobiť aj metodiku cielenej diagnostiky, pretože niekedy dokáže výrazným spôsobom podhodnotiť stav predpätia. Napriek objaveným problémom a absentujúcej injektáži káblových kanálikov sa v niektorých prípadoch zistilo, že nezainjektované predpäté drôty môžu ďalej plniť svoju nosnú funkciu, ak nedochádza k prieniku vody do káblových kanálikov.

Pri niektorých dodatočne predpätých mostoch nebola pozorovaná výrazná korózia nezainjektovaných predpätých drôtov aj v priebehu viac ako 50 rokov z dôvodu stabilného prostredia vnútri káblových kanálikov. Článok prezentuje mechanizmy, ktoré majú za následok poškodenia predpätia zistené na typovo najstarších dodatočne predpätých segmentových prefabrikátoch.

Pravidelná kontrola segmentových, dodatočne predpätých mostov a adekvátna údržba sa v poslednom čase ukazujú ako jeden z najdôležitejších úkonov v oblasti starostlivosti o cestnú infraštruktúru. Po vlne kolapsov predpätých segmentových mostov [1 – 3] sa okrem bežných vizuálnych prehliadok začal klásť veľký dôraz aj na cielené kontroly zamerané na overenie stavu predpätých káblov. Po cielených kontrolách predpínacích káblov niekoľkých desiatok až stoviek najhorších mostov sa do polovice roku 2024 okamžite zbúralo minimálne 5 dodatočne predpätých segmentových mostov.

V septembri 2024 bola po vizuálnej prehliadke predpätého segmentového mosta v priebehu niekoľkých hodín uzavretá jedna z najdôležitejších rýchlostných ciest R1 na Slovensku. Počas kontroly trojpoľového mosta zo spínaných predpätých prefabrikátov I-73 s vloženým stredovým poľom boli objavené otvorené škáry medzi segmentmi [4]. Riziko spadnutia mosta bolo vyhodnotené ako veľmi vysoké a okamžite sa pristúpilo k zbúraniu mosta. V časovom úseku do zbúrania mosta nebola pravdepodobne realizovaná žiadna podrobnejšia kontrola predpätia, ktorá mohla včas pripraviť správcu na takúto situáciu.

V roku 2015 bola realizovaná diagnostika jedného z typovo najstarších dodatočne predpätých segmentových mostov na Slovensku, ktorý bol zaradený do zoznamu mostov na rekonštrukciu. Ide o päťpoľový most, ktorého horná stavba pozostáva zo segmentových dodatočne predpätých prefabrikátov Vloššák. Počas kontroly v roku 2015 sa zistilo, že menší počet predpätých káblov v pozdĺžnom smere je nezainjektovaných, ale bez známok výraznejšej degradácie.

V novembri 2024 (po 9 rokoch od prvej kontroly) vykonala Slovenská technická univerzita v Bratislave opätovnú cielenú diagnostiku predpätia ako verifikáciu pred prípadnou rekonštrukciou mosta, ktorá sa zvažovala. Kontrola zistila, že veľké množstvo prefabrikátov v rámci hornej stavby mosta operuje so zníženým počtom predpätých káblov (niektoré prefabrikáty dokonca s polovičným).

Počas diagnostiky boli na niektorých škárach medzi segmentmi objavené aj trhliny a most sa odporučilo okamžite zbúrať. Môže sa stav predpätia za 9 rokov rapídne zhoršiť alebo išlo len o chybu počas kontroly? Ako dôležitá je podrobnosť prehliadky a môže byť most spoľahlivo prevádzkovaný aj v prípade, ak sú káblové kanáliky nezainjektované?

Dôležitosť a vplyv kontroly segmentových predpätých mostov – poznatky z in-situ prieskumov a diagnostík

Z vizuálnej kontroly dodatočne predpätých mostov možno vyvodiť veľmi zavádzajúce závery. Na prvý pohľad sa počas vizuálnej prehliadky mosta dá konštatovať dobrý stav mosta, pričom sa uvádzajú drobné poruchy, ako sú lokálne zatekania, výrobné chyby a niektoré ďalšie poruchy s menším vplyvom na životnosť.

Na druhej strane, po vykonaní cielenej diagnostiky možno získať úplne odlišné výsledky, pretože dominantným konštrukčným elementom zabezpečujúcim celkovú integritu zopnutých segmentov je predpätie, ktoré nie je bežne kontrolovateľné počas vizuálnej prehliadky. Skúsenosti ukázali, že v prípade dodatočne predpätých segmentových mostov je veľmi dôležité aj to, ako a kde sa kontrola predpätia vykonáva.

Hodnotenie stavu predpätia

Staršie typy dodatočne predpätých segmentových prefabrikovaných nosníkov majú škáry medzi segmentmi vyplnené maltou s hrúbkou asi 30 mm. Súčasný stav a dosiaľ získané skúsenosti ukazujú, že kvalita malty v škárach na všetkých kontrolovaných typoch prefabrikátov je výrazne nižšia ako kvalita betónu samotných segmentov.

Výplňová malta je omnoho priepustnejšia, často aj v dôsledku výrobných postupov, vzniknutých kaverien a dutín alebo nevhodnej zmesi použitej na výplň škáry. Počas kontroly predpätia hornej stavby si málokto uvedomí, že najväčšie riziko poškodenia predpätých drôtov vzniká priamo v škárach medzi segmentmi. Mechanizmus poškodenia predpätia v škárach ukazuje obr. 1.

Dosah kontroly, ktorá nezohľadní stav káblov v škárach, možno pozorovať v tab. 1 a 2. Pri typovo najstarších dodatočne predpätých prefabrikátoch so škárami vyplnenými maltou na báze cementu kvalita výplne výrazne ovplyvňuje stav káblov prechádzajúcich škárou. Aj keď sa v mieste spoja vyskytuje len lokálna chyba v injektáži káblového kanálika, v kombinácii s vyššou priepustnosťou maltovej výplne škáry (karbonatizácia, prenikanie vody kontaminovanej chloridmi) dochádza v tomto mieste najčastejšie ku korózii alebo až k roztrhnutiu drôtov kábla. T

ýmto spôsobom môžu prefabrikované nosníky prísť o káble v škárach napriek tomu, že injektážna malta káblového kanálika a predpínacie drôty sú o niekoľko metrov ďalej v stopercentnom stave. Strata káblov v mieste škáry výrazne znižuje zaťažiteľnosť hornej stavby mosta a jej prejavom je postupné roztváranie škáry a vznik trhlín na styku maltovej výplne a prefabrikovaných segmentov (obr. 2).

Tab. 1 Porovnanie zisteného poškodenia predpätia nosníkov Vloššák z cielenej diagnostiky mosta v rokoch 2015 a 2024

Tab. 2 Porovnanie výsledkov z cielenej diagnostiky predpätia mosta v rokoch 2015 a 2024 – pretrhnuté káble

O tom, ako rýchlo prebieha degradácia predpätých káblov v škárach pri prieniku CO₂ alebo chloridov cez priepustnú maltovú výplň, rozhoduje do veľkej miery použitý typ spojok a ich tesnosť. V prípade mostov z dodatočne predpätých nosníkov Vloššák sa zistilo, že škáry často premosťujú spojky z kartónu (obr. 3), ktoré už v minulosti prispeli ku kolapsu mosta Ynys-y-Gwas vo Veľkej Británii [5]. Tesnosť spojok je úplne kľúčová v prípade akýchkoľvek defektov vo výplni škáry, pretože sú potencionálnym zdrojom zatekania priamo do káblových kanálikov.

Aj v prípade epoxidovej výplne tenkých škár (1 – 2 mm) sa odporúča skontrolovať stav predpätých káblov na kontakte jednotlivých prefabrikovaných segmentov. Aj pri novších typoch segmentových dodatočne predpätých prefabrikátov I-73 boli totiž pozorované vážne výrobné nedostatky.

Pri niektorých nosníkoch sa zistilo, že v škárach medzi segmentmi úplne absentujú akékoľvek spojky a došlo k zatečeniu epoxidovej výplne priamo do káblových kanálikov (obr. 4). Z dôvodu čiastočného alebo úplného upchatia káblového kanálika epoxidom vznikajú tesne za škárou defekty v injektáži káblových kanálikov a samotná epoxidová výplň neposkytuje predpätým drôtom žiadnu chemickú ochranu proti korózii v mieste škáry.

Korózia predpätia vyvolaná pôsobením CO₂

K poškodeniu káblov vplyvom karbonatizácie (chemická premena betónu/malty s následkom zníženia pH pod 9,0) dochádza dvojakým spôsobom.

Prvým je nadmerná hĺbka karbonatizácie výplňovej malty v škárach (obr. 5), ktorá dosiahne úroveň zabudovaných káblových kanálikov. Chemické zmeny výplňovej malty v škáre znižujú jej schopnosť chrániť oceľové spojky a často výrazne prispejú k ich korózii. Pri absencii spojok alebo v prípade použitia kartónových spojok dochádza ku chemickej zmene injektážnej malty, zatiaľ čo pri použití oceľových spojok musí najskôr dôjsť k ich prekorodovaniu a až následne nastáva prienik CO₂ do injektážnej malty.

Keďže škáry sú často aj miestom lokálneho zatekania, kombinácia faktorov neraz vyústi do lokalizovanej korózie predpätých káblov priamo v škáre. Karbonatizácia betónu segmentov predpätých nosníkov je často irelevantná z dôvodu vysokej pevnostnej triedy použitého betónu, čo je aj jeden z dôvodov, prečo sa v niektorých krajinách nepoužívajú oceľové, ale plastové spojky (napríklad Florida, USA [6]).

Druhým spôsobom poškodenia káblov je  priama karbonatizácia injektážnej malty z dôvodu dutín a prieniku CO₂ cez kotvu do vnútra káblového kanálika. Čiastočne zainjektované káble (najmä s priamou geometriu) často vykazujú systém navzájom prepojených dutín (obr.6), cez ktoré môže prenikať CO₂ alebo voda obsahujúca korózne katalyzátory – chloridy.

Skarbonatizovaná injektážna malta má kriedovitú bielu farbu (obr. 6 a 7) a pH nižšie ako 9,0, čo je z pohľadu ochrany predpätých drôtov nedostatočné. Podobný fenomén sa pozoroval na viacerých predpätých mostoch vo svete a bol jednou z príčin zlyhania niektorých káblov na mostoch v USA [7].

Chybná injektáž káblových kanálikov a súvisiace problémy

Kvalitná zainjektovanosť káblových kanálikov je úplným základom spoľahlivej prevádzky dodatočne predpätých segmentových mostov. Aj v prípadoch, keď nosná konštrukcia mosta v oblasti mostných záverov (po čelách nosníkov, kde sú situované kotvy káblov) silno zateká, neboli pri plnom zainjektovaní káblových kanálikov pozorované ani najmenšie náznaky nadmernej degradácie predpätých drôtov.

Úplná injektáž je dôležitá aj v prípade mimoriadnych situácií pri náraze častí vozidiel do spodných pásnic nosníkov mosta a preseknutí časti káblov (častý úkaz na mostoch vedúcich nad diaľnicami), ktoré sa môžu prekotviť v rámci injektážnej malty – dochádza len k lokálnemu oslabeniu. V prípade nezainjektovaných káblov dochádza k strate predpínacej sily po celej dĺžke nosníka.

Stav nezainjektovaných predpätých káblov sa vyvíja dvomi smermi v závislosti od kvality údržby a stavu hydroizolačného a odvodňovacieho systému mosta.

Prvý je relatívne stabilný stav pozorovaný na viacerých mostoch, ak nedochádza k žiadnym prienikom vody na nosnú konštrukciu z dôvodu absencie jednej z troch podmienok na priebeh korózie – prístupu vlhkosti.

Drôty káblov sa v nezainjektovanej časti káblového kanálika potiahnu rovnomernou povrchovou koróziou od vzdušnej vlhkosti (obr. 8 vľavo) a dokážu byť v relatívne stabilnom stave dlhý čas (na Obr. 8 vľavo vidno povrchovú koróziu drôtov po 50 rokoch prevádzky mosta) – most je prevádzkovaný v sprísnenom režime často sa opakujúcich prehliadok. Prevádzka takéhoto mosta môže byť dlhodobo udržateľná, ak nedôjde k prieniku vody do káblových kanálikov, a dôležitú úlohu zohráva údržba.

Druhý typ vývoja predstavuje nestabilný stav (obr. 8 vpravo) pozorovaný na mostoch, kde dochádza k zatekaniu. Ak dôjde k zatekaniu do nezainjektovaných káblových kanálikov, životnosť mosta sa uberá len jedným smerom – k postupnej degradácii s následkom zníženia zaťažiteľnosti až asanácie hornej stavby.

Chloridmi iniciovaná korózia predpätia

Vo väčšine prípadov, keď došlo k rozsiahlemu poškodeniu predpätia, bola príčinou chloridmi iniciovaná bodová korózia predpätých drôtov. Ku kontaminácii káblových kanálikov chloridmi najčastejšie dochádza z dôvodu poškodenia tesnenia mostných záverov a zatekania kontaminovanej vody na kotvy nezainjektovaných alebo čiastočne zainjektovaných káblov.

Druhý najčastejší spôsob prieniku chloridov do káblových kanálikov je cez netesné alebo úplne skorodované káblové spojky v škáre medzi segmentmi. Nechránené predpäté drôty v prítomnosti chloridov rýchlo korodujú. Prítomnosť chloridov v terénnych podmienkach možno spoľahlivo realizovať metódou RCT (Rapid Chloride Test) na práškových vzorkách získaných pomalým vŕtaním podľa RILEM TC 178-TMC [8] alebo rozdrvením fragmentov injektážnej malty získanej z káblového kanálika.

Vplyv stavu odvodňovacieho systému a hydroizolácie mosta na stav predpätia

Životnosť dodatočne predpätých segmentových mostov je vysoko citlivá na zatekanie. Na niekoľkých desiatkach mostov bol pozorovaný priamy súvis stavu predpätia mosta s funkčnosťou hydroizolačného a odvodňovacieho systému. Funkčný hydroizolačný a odvodňovací systém dokáže výrazne predĺžiť životnosť mosta aj s hrubými výrobnými nedostatkami injektáže káblových kanálikov.

Počas cielených diagnostík sa pozorovalo, že na niektorých mostoch s vekom viac ako 50 rokov dochádza len k veľmi pomalej rovnomernej korózii nezainjektovaných/čiastočne zainjektovaných predpätých drôtov. Tento stav bol priamo pripísaný funkčnému odvodňovaciemu a hydroizolačnému systému a na viacerých mostoch sa ukazuje, že dobrá údržba mosta dokáže dobre kompenzovať výrobné chyby.

Pri plne funkčnom hydroizolačnom systéme mosta za splnenia podmienky rýchleho a jasného odvedenia vody z mostného zvršku je v nezainjektovaných káblových kanálikoch stabilné prostredie, v ktorom prebieha korózia drôtov zanedbateľnou rýchlosťou.

Záver

Záverom možno konštatovať, že bez cielenej kontroly káblov dodatočného predpätia (najmä v prípade segmentových mostov) nemá správca dostatok informácií o životne dôležitej súčasti mosta a v mnohých prípadoch prevádzkuje časovanú bombu. Podľa doterajších výsledkov sa veľmi osvedčila realizácia cielených diagnostík predpätia aspoň raz za životnosť dodatočne predpätých mostov, čím sa vo výsledku dokáže ušetriť aj veľké množstvo financií.

Ak má správca informácie o stave predpätia a jeho defektoch, dokáže často nastaviť údržbu mosta takým spôsobom, že nie je nutné v konečnom dôsledku realizovať rozsiahlu rekonštrukciu alebo jeho búranie. Na základe zistených skúseností dokáže správne nastavená údržba mosta kompenzovať aj hrubé výrobné nedostatky, akými sú nezainjektované káblové kanáliky, prípadne sa prevádzka dopĺňa aj monitorovacím systémom.

Kontroly predpätia sa odporúčajú pre celú škálu mostov od nových typov až po tie najstaršie. Veľmi dôležitým aspektom trvalo udržateľnej prevádzky dodatočne predpätých segmentových mostov až do konca ich plánovanej životnosti je pravidelná a precízna kontrola, kvalitne a v dostatočnom rozsahu zrealizovaná cielená diagnostika predpätia a údržba adresne nastavená na zistené skutočnosti.

Táto práca vznikla s podporou výskumného projektu VEGA č. 1/0459/24 „Hodnotenie korózie predpínacích lán v rámci existujúcich betónových predpätých mostov s aplikáciou elektronického monitoringu“ a bola financovaná EÚ NextGenerationEU prostredníctvom Plánu obnovy a odolnosti SR v rámci projektu č. 09I03-03-V04-00275.

TEXT A FOTO: Ing. Jakub Gašpárek, PhD., doc. Ing. Peter Paulík, PhD., Katedra betónových konštrukcií a mostov na SvF STU v Bratislave

Článok bol uverejnený v časopise IS 2/2025