Nový konstrukční systém ekologických mostů
S rostoucí intenzitou provozu na pozemních komunikacích roste riziko vzniku nepropustných migračních bariér.
Úvod
Intenzivně zatížené komunikace vytvářejí, zvláště pro velké savce, velmi obtížně překonatelné bariéry. Podle oficiálně přijímané teorie tak vznikají vzájemně izolované „ostrovní“ populace velkých savců, které jsou velmi zranitelné a jejichž dlouhodobá existence se tím stává nejistou. Praktickou verifikaci této teorie v podmínkách blízkých ČR se však nepodařilo autorům dohledat. Bez ohledu na míru pravděpodobnosti vzniku ostrovní populace velkých savců i v podmínkách ČR platí obecně: Fragmentace populací vlivem migračních bariér je jedním z ohrožujících faktorů pro živočišné druhy, jelikož v případě jakýchkoliv lokálních nepříznivých vlivů přestává být malá izolovaná populace rezistentní. Izolované ostrovy při malém počtu zvířat trpí nedostatečností genetické rozmanitosti, což může v dlouhodobé perspektivě způsobit postupný zánik populace a tím snížení druhové diversity.
Jednou z možností, jak zmírnit bariérový efekt komunikací s vysokou intenzitou provozu, je výstavba technických opatření, jež umožňují migraci. Převedení migrujících jedinců z jedné strany tělesa komunikace na druhou je možno uskutečnit v podstatě dvěma způsoby, a to:
■ formou nadchodu, kdy stezka zvěře přechází dálnici nad její niveletou;
■ nebo formou podchodu, kdy je přechod uskutečněn pod niveletou bariéry.
O nejvhodnějším způsobu překonání bariéry je rozhodováno na základě stanoviska orgánu ochrany prostředí (OOP). Rozhodnutí se řídí zákonem č. 114/92 Sb. v platném znění, který dává OOP velkou míru volnosti, bez potřeby faktického podložení konkrétních rozhodnutí. Autory předkládaný návrh nového konstrukčního systému ekologických mostů se však dotýká výlučně a pouze návrhu technického řešení navrhovaného nového systému, v žádném případě se netýká rozvahy o plánování rozmístění ekoduktů, což je otázka na zcela odlišné úrovni rozhodovacího procesu. Je však třeba připomenout že pro migraci velkých savců je v praxi jedinou možností migrace nad komunikací, tedy výstavba ekoduktu.
Ekodukty
Ekodukt (zelený most, přechod pro volně žijící živočichy, angl. wildlife overpass) je z technického pohledu stavební objekt přes liniovou stavbu (nejčastěji dálnici), u kterého je převažujícím (v ideálním případě jediným) důvodem jeho realizace umožnění migrace zejména velkých savců tam, kde není možné situaci řešit efektivněji. Ekodukt jako technické opatření umožňující migraci tedy neslouží k zabránění střetům automobilů s migrujícími jedinci. Mezi pozitiva ekoduktů tedy nelze z ekonomického pohledu počítat škody vznikající srážkami automobilů se zvěří, neboť za tímto účelem jsou budována jiná ekonomicky i fakticky podstatně efektivnější opatření (ploty). Správný návrh objektů určených pro zajištění migrace (tedy jejich počet a technické řešení) významně ovlivňuje celkové investiční náklady na stavbu. Jako každá bodová investice minimalizující negativní vliv je efektivita vynaložených prostředků dána jeho lokalizací (základní parametr využívání) a technickým provedením.
Investiční náklady na výstavbu
Investiční náklady na výstavbu ekoduktu jsou dány jeho technickým řešením. Parametrem technického řešení je minimální výška nivelety migračního koridoru nad niveletou dálnice. Ta je dána součtem výšky průjezdného profilu dálnice, konstrukční výšky nadjezdu a výšky odvozené z úpravy nesených vrstev pod povrchem převáděného migračního koridoru. Šířka ekoduktu se řídí deklarovanými nároky těch druhů, které mají být přes migrační profil převedeny. Jelikož základním předpokladem zajištění migrace (nároky převáděných druhů) je zamezení vnímání migrujících jedinců provozu na komunikaci v době pobytu na ekoduktu, tedy stav, kdy zvěř nevnímá, že jde po mostě nad automobily – tzv. mostní efekt – byla za kompromisní považována minimální šířka 50 m. Požadavek eliminace mostního efektu byl doposud naplňován výhradně šíří ekoduktu a kultivací keřového patra, což se negativně projevovalo ve zvyšování nákladů stavby.
Terén na mostě
Z důvodu zamezení dalších rušivých efektů pro zvěř byl požadován povrch terénu na mostě, který se podobá povrchu terénu v okolí, ideálně volný povrch zhutněné zeminy porostlý trvalým travním porostem. V dosavadní praxi násyp na mostě musel navíc umožňovat růst minimálně keřového patra vegetace. Keřového patra bylo použito jako prostředku minimalizujícího vliv provozu zacloněním okrajů ekoduktu tak, aby byla dosažena eliminace „mostního efektu“ pro migrující jedince. Z technického pohledu pak měla být podkladová vrstva mírně propustná, u konstrukce doplněná propustnou vrstvou písku, pokrývající nepropustnou izolaci zamezující pronikání vlhkosti do nosné konstrukce. Voda pronikající vrstvami zeminy na povrch izolace musela by být odvedena vyspádováním mimo nosnou konstrukci.
Základní faktory ovlivňující návrh
Za základní faktory ovlivňující návrh konstrukčního řešení pro migraci zvěře jsou považovány:
■ naplnění deklarovaných etologických požadavků migrujících jedinců;
■ vhodnost použití z hlediska statického působení;
■ jednotková cena za m2 mostní konstrukce;
■ požadavky na trvanlivost konstrukce;
■ požadavky na konstrukční řešení mostu spojené s jeho údržbou;
■ technologie a rychlost výstavby.
Konstrukční řešení ekoduktů – současný stav
■ Konstrukce trámové monolitické s horní deskou – nosná konstrukce je tvořena kombinací monolitického trámu (jednoho, či více) a monolitické desky. Podle rozpětí je konstrukce navržena buď jako železobetonová, nebo jako předpjatá.
■ Konstrukce trámové – prefabrikované předpjaté nosníky spřažené s monolitickou železobetonovou deskou.
■ Konstrukce trámové – ocelové nosníky spřažené s monolitickou železobetonovou deskou.
■ Konstrukce klenbové železobetonové monolitické.
■ Konstrukce monolitické obloukové – pro přenesení vodorovné složky obloukové síly je navržena předpjatá deska – táhlo, umístěná nad těmito oblouky. Konstrukce je u krajních opěr oblouků doplněna o vzpěry zajišťující přenos sil do táhla. Jedná se o poměrně složité konstrukční uspořádání, jehož předpokládané statické fungování je podmíněno správnou funkcí všech dílčích konstrukčních částí.
■ Konstrukce klenbové železobetonové prefabrikované – nosná konstrukce je tvořena železobetonovou prefabrikovanou klenbovou konstrukcí složenou ze stěnových a klenbových prefabrikovaných dílců, které jsou k sobě ukládány v kloubovém spoji. Propojení dílců je realizováno monolitickou dobetonávkou spojů.
■ Konstrukce kompozitní obloukové – obloukové nosníky z lepeného dřeva (obr. 2).
■ Ocelové flexibilní konstrukce (turbosidery) – nosná konstrukce je tvořena ocelovou flexibilní konstrukcí z vlnitého plechu a klenbou z hutněného štěrkopískového materiálu.
Úpravy na ekoduktu pro zajištění vyšší míry průchodnosti lze rozdělit na:
■ vegetační úpravy;
■ protioslnivé stěny;
■ protihlukové stěny.
Výše jmenované dodatečné prostředky mají posílit funkci klidové zóny v bezprostředním okolí ekoduktu a na něm tak, aby byly abiotické faktory potlačeny na maximum možného. Dodatečná opatření posilují pravděpodobnost úspěšné migrace a tím i smysluplnost a ekonomickou efektivitu objektu na co nevyšší míru.
Nevýhody a nedostatky konstrukcí současných ekoduktů jsou zejména:
■ velká šířka současných ekoduktů jako hlavní parametr tlumící negativní abiotický vliv dálniční komunikace pod ekoduktem;
■ nutná vysoká vrstva násypové zeminy (zejména u klenbových konstrukcí) pro zajištění růstu vegetace na povrchu ekoduktu;
■ vysoké zatížení nutně vede k těžkým, masivním konstrukcím (obr. 1);
■ konstrukce současných ekoduktů neumožňují dodatečnou výstavbu bez omezení provozu na překračované komunikaci;
■ konstrukce současných ekoduktů jsou individuální projekty bez možnosti využití standardizovaných konstrukčních systémů.
Nový konstrukční systém
Pro ekodukt jako bodovou investici je správná lokalizace klíčová vzhledem k omezenému rozsahu účinnosti, který přímo koreluje s migrační schopností jedince přesouvat se podél liniové bariéry. Migrující jedinec, kterému v migraci brání bariéra, hledá vhodné místo k překonání pohybem podél bariéry. Rozsah, resp. délka pohybu je druhově velmi variabilní a určuje rozsah funkčnosti ekoduktu pro daný druh. Pokud je ekodukt postaven mimo tento rozsah migrace nebo je nevhodně odhadnut migrační koridor (pomyslný střed rozsahu), je efektivita objektu výrazně snížena, podle známých případů až k nule. Současná praxe určující místo výstavby ekoduktu expertním odhadem na základě součinu pravděpodobností budoucí „biologické“ kvality okolí a technického potenciálu v mnoha případech selhává. Příčinu je nutno hledat v samé podstatě součinu pravděpodobností, které vždy zůstanou pouze subjektivním odhadem. Stav, kdy jsou stovky milionů investovány na základě odhadu bez zpětné vazby, není možno považovat za ekonomicky optimální.
V zahraničí vznikla idea nového konstrukčního systému ekoduktů, jejímž hlavním cílem je zvýšení ekonomické efektivity, a to ovlivněním dvou základních parametrů, kterými jsou správná lokalizace a zajištění etologických požadavků zvířat. Tyto dva základní parametry určují ekonomickou efektivitu. Jsou bazálními podmínkami pro naplnění základní funkce, kterou je migrace jako prostředek minimalizace bariérového efektu liniových staveb.
Navrhovaná technologie výstavby ekoduktů je založena na využití kultivace vertikální zeleně umožňující též výstavbu bez omezení provozu na komunikacích, a tudíž výstavbu na základě skutečných, fakticky zjistitelných dat získaných po uvedení komunikace do provozu. Tím naprosto eliminuje rizika chybného odhadu a zvyšuje efektivitu investice jak z pohledu ekonomického, tak biologického. Potenciálně se tak rozšíří možnost uplatnění adaptivního managementu a umísťování minimalizačních opatření obecně jak v čase, tak lokalizaci.
Pokud bylo místo výstavby ekoduktu zvoleno správně, pak – jak již bylo konstatováno – zajištění etologických požadavků je základním předpokladem naplnění funkce. Požadavky je možno stručně charakterizovat jako maximální omezení vnímání mostní konstrukce a provozu na komunikaci migrujícími zvířaty. Doposud jediným v ČR praktikovaným způsobem naplnění této podmínky bylo vytvoření dostatečné vrstvy zeminy na konstrukci mostu a vlastní šíře mostní konstrukce. Ve své podstatě se jednalo o vysoce extenzivní řešení s nemalými finančními nároky a extrémně nízkou mírou efektivity. Vzhledem k navrhovaným novým postupům kultivace rostlin ve vertikálních i horizontálních plochách lze od požadavku na minimálně keřové patro upustit (a tím i od cca 1 m vysoké vrstvy zeminy), a to při dodržení požadovaných biologických parametrů. Využitím konstrukcí s kultivací vertikální zeleně je možno oproti současnému stavu (keřové patro) významně posílit i utlumení hluku a oslňování též na okolí ekoduktu a tím zatraktivnit místo pro překonání bariéry. Využití vertikální zeleně to umožňuje současně s výrazným snížením nákladů na vlastní konstrukci mostu.
Aplikaci navrhované metody uspořádání ekologického mostu ukazuje schematický příčný řez znázorněný na obr. 3 na příkladu parapetního mostu s krajními okrajovými nosníky a mostovkovou deskou. Běžná mostní konstrukce je doplněna po okrajích vertikální zelení upevněnou na postranních nosných stěnách a horizontální plochy jsou tvořeny izolací a cca deseticentimetrovou vrstvou substrátu s travním drnem – skladba souvrství je ukázána na obr. 4.
Zalévání je zajištěno akumulací vod ze zpevněné plochy komunikace v nádrži. Vlastní provedení akumulační nádrže závisí na místních podmínkách, velikost je dána místními meteorologickými podmínkami. Z akumulační nádrže se voda čerpadly transportuje do stěn s vertikální zelení, kde je systémem perforovaných hadic rozváděna tak, aby zajišťovala optimální vlhkost živného substrátu pro rostliny, popř. plošně rozstřikována na horizontální plochy ekoduktu.
Množství vody, resp. obsah vody v živném substrátu rostlin je řízen dálkovým přístupem na základě dat ze sond měřících vlhkost. Zamrzání systému je zabráněno včasným ukončením zálivky v podzimním období (na základě teplotních senzorů) a samotížným vyprázdněním systému. Systém může být navržen jako ostrovní, kdy se potřebná energie získává z fotovoltaických panelů nebo připojením do sítě (pokud je k dispozici).
Takto se pro migrující zvířata vytvoří představa, že na mostě vlastně vůbec nejsou, že jsou stále v okolní přírodní oblasti, přesněji jde o omezení vnímání mostní konstrukce a provozu na komunikaci migrujícími zvířaty, což je zásadní předností navrhované koncepce oproti dosud realizovaným konstrukcím ekoduktů; výsledkem je možnost mnohonásobné redukce šířky mostu představující zásadní úsporu finančních nákladů na zřízení ekoduktu.
Přesunu rozhodovacího procesu lokalizace stavby od pravděpodobnostních odhadů k faktům, zajištění vyššího stupně naplnění etologických požadavků živočichů při současné úspoře investičních nákladů na stavbu je docíleno lehkými mostními konstrukcemi s okrajovými a naváděcími stěnami vytvořenými vertikální vegetací (obr. 3) a s minimální tloušťkou vrstvy zeminy na povrchu mostní konstrukce. Přínosem navrženého alternativního řešení je zejména snížení požadavku na robustnost konstrukce, resp. návrh nových řešení „zelených“ mostů, kdy lze vnést do této oblasti menší nároky na technické řešení, vyšší finanční efektivitu stavby a menší zasahování do konstrukce a výstavby přemosťované komunikace.
Navrhované řešení nabízí optimalizaci opatření pro snížení negativího vlivu bariérového efektu na existující i nově budované dopravní infrastruktuře. Nezanedbatelným sekundárním efektem pak je, že využití principů vertikální kultivace zeleně bude přínosem i pro minimalizaci negativních vlivů změny klimatu, a to v naprostém souladu se základním cílem, kterým je zvýšení migrace živočichů. Tímto způsobem lze zároveň naplnit řadu požadavků strategií a plánů státních, evropských i globálních.
Závěr
Navržený systém řeší zásadní problémy současné koncepce ekologických mostů těmito způsoby.
■ Maximální omezení negativních vlivů provozu a utlumením abiotických faktorů i v okolí ekoduktu je možno omezit šířku ekoduktu na minimum. Efektivita tlumení hluku a světla stěnami s vertikální vegetací je totiž násobně vyšší než keřové patro a spolupůsobení přírodního vzhledu i naváděcího efektu kladně působí na migrujícího jedince – ve smyslu bezproblémového průchodu po ekoduktu zamezením pocitu ohrožení okolními vlivy (dálniční komunikací pod ekoduktem).
■ Speciální skladba zemního materiálu a jeho zavlažovací režim i v malé vrstvě zajistí růst vegetace na povrchu ekoduktu.
■ Kultivace vertikální zeleně vyžaduje menší zatížení konstrukce a umožňuje použití mnohem lehčích konstrukčních systémů.
■ Konstrukce umožňuje dodatečnou výstavbu, bez omezení provozu na překračované komunikaci.
■ Možnost využití standardizovaných konstrukčních systémů mostů.
■ Dosažení minimálně stejného naplnění biologických požadavků, eliminace subjektivního odhadu při současném podstatném snížení stavebních nákladů.
Poděkování
Prezentované výsledky souvisí s řešením grantového projektu GAČR č. 16-04454S.
Zdroje:
[1] FLORINETH, F. Pflanzen statt Beton. Berlin, 2012. ISBN: 978-3-87617-124-1.
[2] STRÁSKÝ, J. Parapetní mosty, SHP, Brno.
