Sanační práce mostku a vodovodních přípojek s využitím UHPC
UHPC (ultra vysokohodnotný beton) ve formě transportbetonu byl autodomíchávačem dopraven na stavbu, kde byl využit pro rekonstrukci mostku, konkrétně pro monolitické zesílení jeho opěr a vodovodní přípojky. Popis konkrétní rekonstrukce s využitím UHPC může být dobrým příkladem pro takovéto rekonstrukce.
Rekonstrukce mostku v Meziboří
Obr. 1 – Původní stav mostku v Meziboří
Most v Meziboří u Litvínova převádí Žižkovu ulici přes Divoký potok. Světlá šířka mostního otvoru je přibližně 2,02 m. Původně měl most železobetonovou deskovou nosnou konstrukci a tížné opěry z prostého betonu, monoliticky spojené s rovnoběžnými křídly. V roce 2021 proběhla rekonstrukce mostu s výměnou nosné konstrukce.
Metoda žebrové monolitické přibetonávky z UHPC
Spodní stavba mostu byla v maximálně možné míře zachována. To umožnilo v zastavěném území omezit množství bouracích i výkopových prací, stejně tak i objemy nových konstrukcí a objemy přepravovaného demolovaného i nově použitého materiálu. Cílem bylo příznivě ovlivnit jak působení na životní prostředí, tak i cenu a dobu trvání rekonstrukce. Pro úpravu spodní stavby byla použita nově navržená metoda žebrové monolitické přibetonávky z UHPC. V daném případě se jedná o most malých rozměrů, nicméně uvedená metoda může být použita pro konstrukce prakticky jakýchkoliv rozměrů.
V rámci rekonstrukce byla odstraněna nosná konstrukce a byly ubourány horní části opěr a křídel. Uspořádání a působení konstrukce se během rekonstrukce změnilo na uzavřený železobetonový rám tak, že mezi stávající opěry byla doplněna dolní železobetonová deska, ponechané části opěr a křídel byly opatřeny monolitickou UHPC žebrovou přibetonávkou a do horního povrchu této přibetonávky byla vetknuta nová nosná konstrukce v podobě monolitického železobetonového polorámu. Nově byly vybetonovány horní části křídel, byl zřízen nový mostní svršek a dále nové mostní vybavení. Založení objektu zůstalo plošné – částečně na původních plošných základech, částečně na nové dolní železobetonové desce, která slouží zároveň i pro rozepření opěr.
Obr. 2 – Ukládání UHPC do konstrukce
Podle stavebního průzkumu provedeného v rámci přípravy stavby byla původní spodní stavba z betonu velice nízké pevnosti, a proto se s konstrukčním využitím stávající spodní stavby po rekonstrukci již neuvažovalo. Její ponechané části byly využity jako pažení. Z povrchu stávající spodní stavby byla odstraněna vrstva betonu o tloušťce 75 mm, v líci opěr i křídel byly realizovány svislé drážky o základní šířce 100–110 mm a hloubce přibližně 225 mm od upraveného povrchu betonu, aby celková výška průřezu žeber byla 300 mm. Svislá žebra jsou v horní i dolní části rozšířena pro lepší provázání s navazujícími konstrukcemi. Ve vodorovném rámovém rohu, kde je křídlo vetknuto do opěry, je tloušťka přibetonávky zvětšena na 150 mm. Vodorovné ztužující žebro na horním okraji přibetonávky má šířku 300 mm a na zadním konci křídel je příčné táhlo pro propojení jejich konců a snížení namáhání. Přibetonávka je z materiálu UHPC 130/140 a je doplněna hlavní nosnou betonářskou výztuží. Návrh byl proveden za předpokladu, že funkce tzv. rozdělovací výztuže bude zajištěna ocelovými vlákny v betonu, čímž je možno dále snížit pracnost na stavbě a zkrátit dobu stavebních prací s příznivým dopadem na výslednou cenu stavby. Přibetonávka je ke stávající spodní stavbě konstrukčně přikotvena pomocí prutů z betonářské výztuže vlepených do vyvrtaných otvorů.
Pro ověření betonáže a jejích výsledků bylo v předstihu ze stejného materiálu vybetonováno zkušební těleso, zahrnující jedno žebro včetně navazující části čelní stěny i včetně betonářské výztuže.
Na dolním konci je UHPC přibetonávka provázána s novou monolitickou železobetonovou deskou (již ze standardního betonu C40/50); k provázání dochází v železobetonovém „uzlu“ mezi těmto dvěma prvky. Na horním okraji je UHPC přibetonávka propojena s novou železobetonovou nosnou konstrukcí ve tvaru polorámu. K propojení slouží betonářská výztuž vyčnívající z povrchu přibetonávky. Nová horní část křídel je provedena v uspořádání polorámu tvaru U, kdy jsou vždy dvě rovnoběžná křídla jedné opěry propojena vodorovnou dolní deskou, čímž je omezeno namáhání ponechané dolní části křídel.
Parametry UHPC
Obr. 3 – Transport UHPC pomocí autodomíchávače a bádie
UHPC bylo na stavbu dopravováno autodomíchávačem na vzdálenost cca 110 km. Celkově bylo na stavbu dovezeno 11 m3 tohoto materiálu. UHPC bylo do konstrukce ukládáno jeřábem pomocí bádie. Ukládka probíhala bez vibrace, díky samozhutnitelné konzistenci materiálu. Přibetonávka se prováděla ve dvou postupech. Materiál se i bez vibrace dobře odvzdušňoval, bez jakýchkoliv známek segregace. Povrch UHPC po odbednění byl ve velmi vysoké kvalitě, bez pórů a kaveren.
Pro UHPC je charakteristická velmi vysoká pevnost v tlaku i tahu za ohybu, jemnozrnná struktura a vysoké procento vyztužení ocelovými mikrovlákny. Za UHPC se dle technických pravidel ČBS 07 [1] zjednodušeně považuje beton s charakteristickou válcovou pevností v tlaku minimálně 110 MPa a obsahem ocelových mikrovláken minimálně 1,5 %. Dále je ještě specifikována konkrétní třída pevnosti v prostém tahu a třída zbytkové pevnosti.
Pro tento projekt bylo navrženo UHPC s charakteristickou válcovou pevností v tlaku 130 MPa. Obsah ocelových mikrovláken byl stanoven na 2 % objemově a minimální pevnost v tahu za ohybu fR,1 dle ČSN EN 14651 byla specifikována na 15 MPa. Konzistence byla požadována samozhutnitelná, pro betonáž bez vibrace. Z důvodu dlouhého transportu a ukládky pomocí bádie bylo nutno zajistit zpracovatelnost směsi minimálně 6 hodin.
Dle TP ČBS 07 by specifikace UHPC byla zhruba následující:
UHPC dle ČSN EN 206+A2, ČSN P 73 2404 a TP ČBS 07 – C130 – FR7-B – XF4 – Cl 0,2 – Dmax8 – K2
Tato specifikace je uvedena informativně a byla zpracována dodatečně v čase psaní příspěvku, protože v době realizace projektu předpis TP ČBS 07 ještě neexistoval. Beton byl navržen dle kombinace norem ČSN EN 206+A2, ČSN P 73 2404 a podnikové normy TN TBG MTS 2019 UHPC.
Pro realizaci rekonstrukce byly vyráběny dvě varianty receptury, lišící se v typu vláken. Důvodem byl výpadek v dodávce běžně používaných vláken. Dávkování vláken bylo 2 % objemově (160 kg/m3). Vlákna se lišila v průměru a štíhlostním poměru. V první variantě se jednalo o drátky průměru 0,3 mm a štíhlostním poměru 57 a ve druhém případě šlo o drátky s průměrem 0,2 mm a štíhlostním poměrem 65.
Výsledky pevností v tlaku, tahu za ohybu a modulů pružnosti jsou uvedeny v tabulkách 1 a 2. Deklarovaná charakteristická válcová pevnost v tlaku 130 MPa byla splněna s dostatečnou rezervou. Z tabulky 1 je patrné, že typ vláken neměl zásadní vliv na pevnost v tlaku ani na modul pružnosti. Pevnost v tlaku byla zkoušena na krychlích o hraně 100 mm a na válcích výšky 200 mm s průměrem 100 mm, koncovaných broušením.
| Drátky průměr 0,3 mm – 2 % | Drátky průměr 0,2 mm – 2 % | |||
|---|---|---|---|---|
| Pevnost v tlaku | Krychle 100 mm | [MPa] | 148,6 | 149,0 |
| Pevnost v tlaku | Válec 200 mm | [MPa] | 143,8 | 146,7 |
| Modul pružnosti | Válec 300 mm | [GPa] | 44,2 | 44,6 |
V tabulce 2 a v grafu 1 je patrný vliv typu drátků na chování UHPC při namáhání v tahu za ohybu. Z pohledu vyhodnocení pevnosti v tahu za ohybu (při využití kritérií pro průkazní zkoušky) tak UHPC s drátky o průměru 0,3 mm vychází jako FR8-B, oproti FR9-A u drátků o průměru 0,2. Typ mikrodrátků tedy ovlivňuje nejenom dosažené pevnosti v tahu za ohybu, ale také tvar grafu vyjadřujícího závislost mezi napětím a rozevřením trhliny.
Dalším rozdílem je tvar sestupné větve grafu. U tenčích drátků je patrnější rozkmit daný vytahováním drátků z matrice UHPC.
Z toho lze vyvodit závěr, že spíše než trvat na určitém průměru drátků, tak je vhodné porovnávat naměřené hodnoty dle ČSN EN 14651 na konkrétních recepturách a poté, na základě výsledků měření, posoudit vhodnost konkrétních drátků nebo receptur.
| Drátky průměr 0,3 mm – 2 % | Drátky průměr 0,2 mm – 2 % | |||
|---|---|---|---|---|
| Štíhlostní poměr drátků | 57 | 65 | ||
| Mez úměrnosti | f fct,L | [MPa] | 7,6 | 8,3 |
| CMOD1 [0,5 mm] | fR,1 | [MPa] | 20,0 | 21,2 |
| CMOD1 [1,5 mm] | fR,2 | [MPa] | 19,6 | 18,7 |
| CMOD1 [2,5 mm] | fR,3 | [MPa] | 15,6 | 14,2 |
| CMOD1 [3,5 mm] | fR,4 | [MPa] | 11,5 | 10,9 |
| Vyhodnocení dle TP | FR8 | FR9 | ||
| Zbytková pevnost fR3k / fR1k | 0,78 | 0,67 | ||
| Vyhodnocení dle TP | B | A |
Graf 1 – Vliv typu drátků na chování UHPC při zkoušce dle ČSN EN 14651
Obr. 4 – UHPC uložené do konstrukce
Použitelnost UHPC pro speciální sanační práce
Obr. 5 – Hotový mostek v Meziboří
Na mostě v Meziboří se potvrdila použitelnost UHPC pro tenkovrstvé přibetonávky. Díky zvolené technologii bylo možno významným způsobem snížit množství bouracích a výkopových prací v zastavěné oblasti. Zároveň se snížilo množství vyprodukovaného stavebního odpadu i spotřeba nového materiálu. Prokázala se možnost transportu UHPC na velmi dlouhé vzdálenosti pomocí autodomíchávače. UHPC pro tyto speciální sanační práce je tedy možné dopravovat ze vzdálených specializovaných výroben a není nutné je složitě vyrábět na lokálních betonárnách.
Pro tuto aplikaci byly využity výsledky projektu FV20472 (TRIO) a SGS20/108/OHK1/2T/11 (ČVUT). Investorem, majitelem i správcem mostu je město Meziboří. Generálním projektantem byla firma YSSEN s.r.o. a vedoucím projektu pan Miloslav Kovač. Projektantem mostu byl Ing. Roman Šafář. Zhotovitelem rekonstrukce byla firma JCA STAVEBNÍ s.r.o. Materiál UHPC značky TopCrete® vyrobila a dopravila betonárna Rohanský ostrov, společnosti TBG Metrostav s.r.o.
Literatura
- Technická pravidla ČBS 07, Ultra vysokohodnotný beton (UHPC), Česká betonářská společnost ČSSI, 2022
UHPC (ultra-high-value concrete) in the form of transport concrete was transported by truck mixer to the construction site near Litvínov, where it was used for the reconstruction of the bridge, specifically for the monolithic reinforcement of its supports and water supply connection. The description of the concrete reconstruction using UHPC can be a good example for other bridges and common surfaces.