image 70786 25 v1
Galéria(20)

Progresívne technológie výstavby mostov vo svete

Partneri sekcie:

Článok sa venuje progresívnym technológiám výstavby mostov, ktoré sa prezentovali na kongrese FIB v Bombaji (India) v tomto roku [1] alebo ktoré boli uverejnené v národných správach zúčastnených krajín [2]. Vybrané technológie sú inovatívne z hľadiska rýchlosti výstavby, úspory materiálu, prípadne predĺženia životnosti konštrukcie.

1
2
3
4
5
6
7
8

Slovensko vždy patrilo medzi krajiny, v ktorých sa nové technológie výstavby betónových mostov rýchlo udomácnili a niektoré z nich sa zdokonalili tak, že dosiahli európsku špičku. Z mnohých z nich vyzdvihnem napríklad technológiu letmej montáže. Československo ako prvé v Európe úspešne aplikovalo túto technológiu pri výstavbe železničných mostov pri Margecanoch a Jaklovciach v roku 1967. Výborným príkladom svetového úspechu je aj technológia letmej betonáže, ktorá dosiahla na území SR svoj vrchol pri stavbe mosta Lafranconi v roku 1991 – budovaná konzola dosiahla dĺžku 120 m, čím sa v tom čase zaradila medzi najväčšie budované betónové konzoly na svete. Podobných príkladov sa dá nájsť viacero, takže Slovensko môže byť na svoje mostné staviteľstvo právom hrdé a malo by v tomto trende naďalej pokračovať.

Vo svete sa za posledné štyri roky objavili viaceré nové technológie výstavby betónových mostov, ktoré našli uplatnenie pri rôznych projektoch budovania cestnej a železničnej infraštruktúry. V článku prinášam tie najzaujímavejšie z nich a verím, že budú dobrou inšpiráciou pre investorov, projektantov a zhotoviteľov. Slovensko by sa aj naďalej malo držať výroku T. Baťu: „Sme malý národ, a preto sa musíme učiť všade vo svete“.

Mosty s tzv. motýlími stenami („Butterfly web bridges“)

Priekopníkom tejto novej technológie je Japonsko, kde sa za posledné štyri roky začali stavať štyri diaľničné mosty s využitím „motýlích stien“. Názov pochádza zo vzhľadu prefabrikovaných stenových prvkov, ktoré majú tvar motýlích krídiel (obr. 1). Steny sa zhotovujú z predpätého vláknobetónu s pevnosťou 80 MPa bez použitia mäkkej betonárskej výstuže. Vlákna v betóne majú dĺžku 22 mm, priemer 0,2 mm a ťahovú pevnosť minimálne 2 000 MPa (tieto isté vlákna sa používajú na vystužovanie automobilových pneumatík a sú na trhu dostupné). Predpätie je navrhnuté na pokrytie ťahových zón.Statické pôsobenie týchto stien možno prirovnať k pôsobeniu priehradovej sústavy (Double warren truss) na obr. 2. Keďže steny sú pomerne tenké, je nevyhnutné stužiť mostovku priečnymi trámami v približne 3-metrových intervaloch.

Obr. 1  Prefabrikát v tvare motýlích krídiel

Obr. 2  Analógia statického pôsobenia s priehradovou sústavou

Parametre mostov s motýlími stenami, ktoré sa v súčasnosti stavajú v Japonsku:

  • most Takubogawa: výstavba letmou betonážou, 10-poľový rámový most s maximálnym rozpätím 87,5 m,
  • most Akutagava: maximálne rozpätie 75 m, stavaný letmou betonážou; redukcia vlastnej tiaže s použitím motýlích stien umožňuje výstavbu 6-metrových segmentov (namiesto 4-metrových), čo urýchľuje výstavbu približne o 50 %,
  • most Mukogawa: 5-poľový rámový most typu extradosed s maximálnym rozpätím 100 m; mostovka má šírku 24 m,
  • most Okegawa: celková dĺžka mosta je 3 089 m s maximálnym rozpätím 45 m; most je stavaný technológiou letmej montáže s ohľadom na nutnosť stihnúť výstavbu za 18 mesiacov vrátane vypracovania výkresovej dokumentácie.

Výhodami tejto novej technológie sú najmä:

  • zrýchlená výstavba,
  • nižšia hmotnosť nosnej konštrukcie (dôležitý aspekt najmä v seizmickej oblasti); celková redukcia hmotnosti je asi 10 %,
  • možné zvýšenie maximálneho rozpätia betónových predpätých komorových mostov (z dnešných približne 250 m teoreticky až na viac ako 400 m); maximálne možné rozpätie sa zvyšuje vďaka nižšej hmotnosti stien, ktoré pri vysokých prierezoch predstavujú podstatnú časť tiaže konštrukcie.

Obr. 3  Most Takubogawa, pohľad na letmú betonáž

Obr. 4  Výstavba mosta Okegawa

Podľa časopisu Bridge [3] ide síce o malú inováciu, v skutočnosti však môže predstavovať začiatok revolúcie výstavby komorových betónových mostov. Doslova môže ísť o tzv. Lorenzov motýlí efekt (fyzikálny jav teórie chaosu) v betónovom mostnom staviteľstve.

Most typu extradosed s oceľovou priehradovou stenou komory

Most Fudo postavený v Japonsku s dĺžkou 590 m a maximálnym rozpätím poľa 155 m bol realizovaný v roku 2010 a predstavuje prvý betónový most na svete typu extrado­sed s priehradovou stenou komory. Z dôvodu zníženia tiaže samotnej konštrukcie (potrebného v seizmicky aktívnej zóne) sa klasická betónová stena komory nahradila oceľovou priehradovou sústavou (typu Warren) zhotovenou z oceľových profilov s kruhovým prierezom.

Obr. 5  Most Fudo, Japonsko

Obr. 6  Vizualizácia mosta Fudo a pohľad dovnútra komory

Prvý železničný most na svete zhotovený z UHPFRC

Japonsko našlo ako prvé dostatok podpory zo strany železníc, odvahy zo strany mostárov (samozrejme podporenej najnovšími poznatkami a výskumom) a vhodnú konštrukciu na výstavbu prvého železničného mosta na svete zhotoveného z ultravysokopevnostného vláknobetónu (UHPFRC). Využitie UHPFRC vyplynulo z potreby nahradiť existujúci železničný most novým mostom, ktorý však musel mať z dôvodu rozšírenia koryta rieky už väčšie rozpätie (1,65-násobne). Využitie UHPFRC umožnilo udržať hrúbku dosky tohto predpätého mosta na 250 mm aj pri zväčšení rozpätia (namiesto 390 mm), čo by bolo potrebné pri klasickom betóne. Okrem hlavných napätí sa overovala aj strata stability stienok klopením.

Obr. 7  Prvý železničný most na svete zhotovený z UHPFRC

Obr. 8  Porovnanie mosta z UHPFRC a mosta z klasického betónu

Výstavba mostných pilierov otočením do finálnej polohy

Technológia výstavby pilierov v zvislej polohe a ich následného otočenia do šikmej definitívnej pozície sa vo svete použila už niekoľkokrát, keďže zjednodušuje a urýchľuje výstavbu vysokých šikmých pilierov. Viadukt Tres Voltas postavený v roku 2011 na ostrove Mont Saint Michel je príkladom opodstatneného a rentabilného využitia tejto technológie. Komplikovaná geológia a málo únosné vrstvy podložia si vynútili výstavbu dvoch dvojíc šikmých pilierov (s výškou 60 a 90 m). V definitívnej polohe majú piliere hlavicu kolmú na os nosnej konštrukcie. Odklon dvojice pilierov od zvislice nie je rovnaký a filozofia ich návrhu vychádza z nulového ohybového momentu na základy pilierov od stálych zaťažení. Vďaka šikmým pilierom sa zredukovalo maximálne rozpätie mosta, zjednodušilo sa zakladanie a urýchlila sa výstavba.

Obr. 9  Schéma mosta Tres Voltas

Výstavba mosta bez mäkkej výstuže

Hlavnou príčinou skrátenej životnosti mnohých mostov je najmä korózia výstuže a s ňou spojená znížená nosnosť konštrukcie. Práve z tohto dôvodu sa výskum v posledných rokoch venuje predĺženiu životnosti železobetónových konštrukcií v rôznych prostrediach. Jedným z prístupov k tejto problematike podľa fib Model Code 2010 [4] je tzv. „avoidance of deterioration“ (zabránenie degradácii). Princíp tohto prístupu spočíva v takom návrhu, pri ktorom korózia nemôže nastať – napríklad použitím špeciálnej nehrdzavejúcej ocele alebo jej úplným vylúčením z konštrukcie tak, ako sa to uskutočnilo na moste Egg-Graben v Rakúsku (obr. 12). V konštrukcii hornej stavby tohto mosta sa vôbec nepoužila mäkká oceľ a predpínacie jednotky sú uložené v plastových rúrkach s vodotesnými obalmi kotiev, teda s teoreticky nekonečnou životnosťou.

Obr. 11  Mostovka mosta Egg-Graben bez použitia mäkkej betonárskej výstuže

Keďže horná stavba nie je vystužená betonárskou oceľou (obr. 11), nebolo potrebné izolovať mostovku. Most je dlhý 50 m s rozpätím oblúka 42 m a hrúbkou steny oblúka 400 až 500 mm. Z dôvodu eliminácie priehybu sa muselo debnenie mosta pri realizácii v strede oblúka nadvýšiť o 70 mm. Postavený bol v roku 2009 pod vedením prof. Kollegge­­ra z TU vo Viedni a v tomto roku získal na kongrese v Bombaji 1. cenu v kategórii Mosty (Award for outstanding concete structures).

Obr. 12  Oblúkový most Egg-Graben v Rakúsku

Výstavba mostov vyváženým zdvihnutím konštrukcie (balanced lift)

Metódu, ktorá umožňuje výstavbu mostov spĺňajúcich parametre jej použitia s úsporou 20 až 30 %, vyvinuli na TU vo Viedni. Spočíva vo výstavbe hornej stavby mosta vo zvislej polohe a jej následnom otočení do finálnej vodorovnej pozície. V Rakúsku sa po viacerých experimentoch vykonaných práve na viedenskej univerzite začala v tomto roku výstavba prvého takéhoto mosta s dĺžkou 50 m.