Vybrané rozdíly v navrhování integrovaných mostů v České republice a Německu na příkladu projektu rekonstrukce dálnice A3 Norimberk — Frankfurt

10. 12. 2022 - Sanace a rekonstrukce | | Stáhnout článek v PDF

Vzhledem k historickému vývoji a díky jednotným evropským předpisům máme se sousedním Německem mnoho společného, avšak z hlediska navrhování mostních konstrukcí zde existuje řada odlišností. V článku jsou na příkladu integrovaných rámových mostů zmíněny jak rozdíly v navrhování, tak rozdíly v projektování obecně.

Ačkoliv kulturně i sociálně byl vývoj obou zemí velice úzce spjatý, rozdíly, se kterými se jako inženýři setkáváme, jsou velmi zásadní. Díky jednotným evropským předpisům je návrhový postup podobný, ale přesto je zde celá řada odlišností, které návrh inženýrské konstrukce výrazně ovlivní. Na příkladu návrhu mostů na úseku dálnice A3 Norimberk – Frankfurt nad Mohanem jsou některé z nich přiblíženy.

Rekonstrukce a zkapacitnění na šestiproudou komunikaci této páteřní tepny spojující druhé největší město v Bavorsku s významnou aglomerací měst ve státě Hesensko v čele s Frankfurtem nad Mohanem je velkým té- matem u našich sousedů již po řadu let. Firma Obermeyer získala v rámci společenství firem zakázku na rekonstrukci zmiňované dálnice v rámci PPP projektu, který zahrnoval úsek v délce cca 76,2 km mezi km 303,300 až 379,588. Na úseku je navrženo cca 80 mostů, 30 km protihlukových a opěrných stěn a mnoho dalších inženýrských objektů.

Na úseku převažují jednopolové mosty a nejpreferovanějším řešením bylo provést je jako konstrukce rámové integrované, často přesypané. Založení bylo typicky provedeno hlubinné na jedné řadě pilot průměru až 1,5 m pod každou opěrou, u mostů nepřesypaných v příznivých geotechnických podmínkách bylo provedeno i založení plošné. Tento typ mostů byl používán až do rozpětí cca 25 m, u nepřesypaných mostů i s rozpětím větším (s uplatněním přepjatého betonu).

Příklady integrovaných rámových jednopolových mostů na německé dálnici A3 — BW 343b – přemostění potoku Haslach
Příklady integrovaných rámových jednopolových mostů na německé dálnici A3 — BW 337a – přemostění polní
cesty
Příklady integrovaných rámových jednopolových mostů na německé dálnici A3 — BW 358a – přemostění cyklostezky
Příklady integrovaných rámových jednopolových mostů na německé dálnici A3 — BW 367a – přemostění potoku Mohrbach

Rozdíly v projektování obecně

První významný rozdíl, se kterým se projektant přicházející z Čech do Německa setká, je ohromné množství předpisů, které jsou prakticky na cokoliv a jejichž dodržování je navíc důsledně vyžadováno a skrze perfektní systém kontroly neustále hlídáno. Předpisy se v jednotlivých spolkových zemích dokonce často liší, což je zajímavé třeba u staveb vedoucích přes hranici spolkových zemí (v sousedních zemích např. používají i jiné souřadné systémy apod.). Určitou výhodou obsáhlých předpisů a doplňující technické literatury je samozřejmě to, že je jasně definováno, co se od projektanta požaduje a jak má
výsledný návrh vypadat. Nevýhodou je ovšem potlačování vlastního inženýrského úsudku a také fakt, že jednotlivé předpisy jsou často lehce protichůdné a nelze je aplikovat obecně pro každý případ, přestože je to často vyžadováno.

Jak již bylo zmíněno, obrovský důraz je v Německu kladen na kontrolu projektů. Toto je oblast, kde bychom se od našich západních sousedů mohli poučit nejvíce. Systém kontroly dokumentace autorizovaným inženýrem, jehož odborná způsobilost je v ČR posuzována na základě jediné zkoušky plněné v jediný den, je dle mého názoru u klíčových děl dopravní infastruktury, ke kterým se mosty nepochybně řadí, nedostatečná. V Německu musí být každý statický výpočet, výkres výztuže apod. orazítkován razítkem tzv. Prüfera (kontrolora), resp. Prüfinženýrem. Prüfinženýr musí taktéž prokazovat svoji kvalifikovanost, je z jiné organizace, než zpracovávala vlastní projekt, dělá si vlastní srovnávací výpočet, na kontrolu má dostatek času a jeho honorář odpovídá tomu, že za výpočet zpracovaný jinou organizací přebírá většinu odpovědnosti (ne ovšem veškerou). Vzniká tak prostor pro odbornou diskuzi mezi zpracovatelem dokumentace a kontrolorem, která je mnohdy velmi přínosná, odhalí spoustu nedostatků a obě zúčastněné strany odborně posouvá dál.

Obecných rozdílů v projektování v České republice a v Německu je však mnohem víc…

Rozdíly na příkladu návrhu integrovaných rámových mostů

Na příkladu návrhu integrovaných rámových mostů je demonstrováno, jak konkrétní vybrané rozdílné požadavky norem a předpisů ovlivňují návrh konstrukce, její dimenze, spotřebu materiálu apod.

Hned první drobnou odlišností je základní model zatížení dle Eurokódu LM1. V Německu i ČR se samozřejmě používá stejný model používaný jednotně v celé Evropě, ale drobný rozdíl nalezneme v regulačních součinitelích. Změnou Z3 k ČSN EN 1991 – 2 z roku 2012 jsme se k německým kolegům hodně přiblížili, ale stále máme nižší koeficient a Q1 pro rovnoměrné zatížení v nejzatíženějším pruhu. Před vydáním této změny se redukční součinitele lišily poměrně výrazně. 

Mnohem podstatnější pro uvedený příklad ovšem je, že zemní tlak je v Německu brán jako stálé zatížení jen do hodnoty poloviny aktivního zemní- ho tlaku. Dopočet zatížení do hodnoty zemního tlaku v klidu je zadáván jako užitné zatížení. To v praxi znamená nejen vyšší koeficient zatížení v kombinacích, ale i fakt, že příznivě působící užitné zatížení je uvažováno s koeficientem 0,0 a může být vypnuto. Pro návrh pilot byl dle předpisu ZTV-ING Teil 5 tedy nejnepříznivější stav tehdy, kdy na jedné opěře působil zemní tlak v klidu a na druhé opěře pouze polovina aktivního zemního tlaku (stav odpovídající částečnému odlehčení zásypu za opěrou na jedné straně mostu), a to vše v kombinaci se zatížením dopravou. Tedy stav, který reálně nemůže ani nastat. To často působilo problémy v dimenzování spodní stavby a zejména bylo velmi obtížné splnit posudek na omezení napětí v pilotách na MSP. Při konzultaci s některými Prüfinženýry byl tento fakt zohledněn a návrh byl proveden o něco hospodárněji.

Dle předpisu RiZ-Ing Teil 2: Brücken jsou rámové mosty dle složitosti, rozpětí, šikmosti konstrukce apod. rozděleny do čtyř tříd. Již u druhé třídy zahrnující všechny předpjaté mosty a železobetonové mosty v rozpětí od 20 do 40 m nebo mosty s rozpětím menším než 20 m s šikmostí větší než 30 stupňů musí být proveden posudek spodní stavby pro měkký a tuhý případ. U měkkého případu jsou pro vodorovný směr uvažované moduly reakce podloží z geotechnického průzkumu přenásobeny součinitelem 0,5, pro pro svislý směr součinitelem 1,0. Tento případ je rozhodující např. pro ohybovou výztuž v pilotách. Pro smykovou výztuž pilot ale rozhoduje tuhý případ, kdy se moduly reakce podloží násobí koeficientem 4,0. Výpočet se středními hodnotami charakteristik zemin, jak jsme na něj zvyklí z českého prostředí, může být v Německu u rámových mostů použit pouze pro železobetonové konstrukce s rozpětím do 20 m a zároveň s malou šikmostí. 

Na obrázcích níže je na konkrétním případě demonstrováno, jak velký dopad tento návrhový přístup může mít. Geotechnické průzkumy v Německu jsou obecně zpracovávány s velkou pečlivostí a důrazem na kvalitu, ale ze své podstaty v sobě určení geotechnických parametrů zemin skrývá určitou nejistotu. Tím, že jsou tyto parametry děleny dvěma, resp. násobeny čtyřma, je zajištěno, že navržená konstrukce odolá naprosto čemukoliv. Otázkou je ovšem hospodárnost takového návrhu.

Požadovaná plocha hlavní ohybové výztuže v pilotách pro „měkký“ případ (0,5násobek modulu reakce podloží z průzkumu)
„Měkký“ případu ohybové výztuže výrazně rozhoduje; dle návrhových přístupů používaných v ČR bychom se pohybovali mezi těmito dvěma extrémy — měkký“ případ (0,5násobek modulu reakce podloží) a „tuhý“ případ (4,0násobek modulu reakce podloží)
U smykového vyztužení rozhoduje naopak „tuhý“ případ — „měkký“ případ (0,5násobek modulu reakce podloží) a „tuhý“ případ (4,0násobek modulu reakce podloží)

Povinností v Německu je provést taktéž posudek na zatížení vojenskou technikou. Součástí každého statického posudku je i protokol, kde je kromě splnění návrhových zatížení na průjezd tanků a jiné vojenské techniky uvedeno, která část konstrukce je nejslabší v případě nutnosti řízené demolice mostu. Na příkladě jednopolových rámových mostů vojenská zatížení zpravidla nerozhodovala. Rozdílností by se našla samozřejmě ještě celá řada, ale v tomto konkrétním případě byly zmíněné věci těmi faktory, které návrh ovlivňovaly nejvíce. Tam, kde bychom si v Čechách vystačili se založením na pilotách průměru maximálně 1,2 m, musely být v Německu navrženy piloty průměru 1,5 m a i tak jsme se s některými posudky pohybovali na úplné hranici nebo i kousek za ní.

Závěr

V porovnání s českými rámovými integrovanými mosty jsou ty německé navrhovány méně hospodárně s vysokým důrazem na kontrolu kvality ve všech fázích přípravy, výstavby i provozu. Inženýrům je za účelem dosažení vyšší kvality návrhu dáno více času i finančních prostředků, samozřejmostí je povinnost mít nezávislou kontrolní organizaci, tzv. Prüfinženýra, který nejen že návrh kontroluje, ale zároveň za něj přebírá i většinu odpovědnosti. Inženýr navrhující konstrukci je více vázán podstatně větším množstvím předpisů, než je tomu v České republice. Ne vždy ale spolu všechny tyto předpisy dobře fungují a ne vždy je možné všechny striktně splnit. Jejich dodržování je ale v drtivé většině případů důsledně kontrolová- no a často je tím omezován inženýrský úsudek. V celé řadě věcí bychom u našich sousedů mohli brát inspiraci, ale rozhodně to platí i obráceně.

The Project of the Reconstruction of The A3 Motorway Nürnberg – Frankfurt is Used as an Example to Highlight Selected Differences in the Designing of Intergrated Bridges Located in the Czech Republic and in Germany 

The Czech Republic has a lot in common with neighbouring Germany, due to historical developments, and thanks to uniform European regulations, however when it comes to designing bridge structures, there are numerous differences. The article uses the example of integrated frame bridges to highlight the differences in both, design and construction engineering, of these bridges.