Snížení nákladů při výstavbě kolektorů optimalizací účinků zatížení od dopravy
Příspěvek je zaměřen na snížení finančních nákladů při návrhu podzemních liniových staveb, které se nacházejí v malých hloubkách pod povrchem terénu, a tudíž jsou vystaveny účinkům silniční a městské kolejové dopravy.
Kolektor je podzemní liniová stavba, která slouží k ukládání inženýrských sítí (voda, plyn, kanalizace, horkovodní potrubí, telekomunikační sítě atd.), čímž nahrazuje sítě uložené v zemi. Mezi hlavní výhody uložení inženýrských sítí do kolektoru patří zejména snadnější údržba, odstraňování závad, výměna či pokládka nových sítí. V dnešní době je velmi problematické provádět opravy inženýrských sítí uložených v zemi technologií otevřeného výkopu, zejména v městech s hustou dopravní infrastrukturou, a proto je ukládání sítí do kolektorů v takových oblastech jediným možným řešením.
Například v Praze byla kolektorová síť budována od roku 1969 a v současné době dosahuje kolektorový systém délky cca 90 km. V Brně bylo započato s výstavbou kolektorů v roce 1973 a v současné době je délka kolektorové sítě cca 21 km.
Statické řešení
Pro bezpečný a současně ekonomický návrh nosné konstrukce kolektoru je důležitým faktorem hloubka uložení. V tomto příspěvku se zaměřím na kolektory, které jsou uloženy mělce pod povrchem terénu (malé nadloží), a tudíž na ně působí účinky zatížení od silniční dopravy a městské kolejové dopravy.
V současné době je možné stanovit účinky zatížení od dopravy na mělce uložený kolektor dvěma způsoby, respektive podle dvou platných norem. Projektant-statik se musí rozhodnout, jakým způsobem (podle které normy) bude toto přitížení povrchu aplikovat na danou konstrukci, zdali jako mostař, tzn. podle ČSN EN 1991-2 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 2: Zatížení mostů dopravou (dále jen [1]), nebo jako geotechnik, tzn. podle ČSN EN 1997-1 Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí – Část 1: Obecná pravidla (dále jen [2]).
■ Podle normy [1] se doporučuje pro roznášení zatížení zeminou hodnota úhlu roznášení 30°. V referenční rovině (např. stropní deska kolektoru) tedy obdržíme konstantní průběh zatížení na omezené ploše.
■ Podle normy [2] je možné použít teorii pružného poloprostoru. Tímto postupem obdržíme proměnlivý průběh zatížení, který lépe vystihuje působení zatížení v závislosti na vzdálenosti od jeho zdroje. Teoretická aplikace tohoto přístupu včetně číselného příkladu byla uveřejněna v časopise Stavebnictví 09/17.
Rozdíl obou přístupů je patrný z obr. 3. Na první pohled je zřejmé, že se liší jak samotný průběh zatížení, tak i hodnoty.
Výše uvedené přístupy dávají samozřejmě rozdílné výsledky pro obě skupiny mezních stavů, což vede k různému procentu vyztužení v kritických průřezech a v konečném důsledku k rozdílným finančním nákladům na projektovanou podzemní stavbu. Pro lepší pochopení dané problematiky je uveden praktický příklad.
Příklad
Pro číselné vyjádření finančního rozdílu byl zvolen železobetonový kolektor s krytím 1,0 m, šířky 3,2 a výšky 3,1 m. Tloušťka stropní desky a stěn je 200 mm, beton pevnostní třídy C 30/37, výztuž prutová B 500B. Krytí pro vnější povrch je 50 mm, krytí pro vnitřní povrch 30 mm.
Přitížení povrchu bylo z důvodu transparentnosti řešení uvažováno pouze silniční dopravou, a to ve smyslu normy [1]. Byl zvolen model zatížení 2 (LM2), který je tvořen jednou nápravovou silou ßQQak, kde Qak je rovna 400 kN včetně dynamického součinitele. Součinitel ßQ je podle národní přílohy uvažován hodnotou 0,8. Dotyková plocha každého kola je uvažována jako obdélník o stranách 0,35 m a 0,60 m.
Dále bylo uvažováno zatížení kolektoru zeminou, objemová hmotnost 21 kN/m3, součinitel bočního tlaku v klidu K0 = 0,5.
Výsledky
Při aplikaci zatížení podle výše uvedených přístupů obdržíme dva rozdílné soubory výsledků, které se vzájemně liší (Msd geotechnik ≠ Msd mostař). Po vykreslení obálky rozdělení podélné výztuže s uvážením účinků šikmých trhlin a únosnosti výztuže podél kotevních délek (dříve rozdělení materiálu) získáme délky jednotlivých položek betonářské výztuže.
Pro model zatížení geotechnik vychází uprostřed rozpětí stropní desky (řez 1) vyztužení šesti kusů ø 10 mm/m. Pro model zatížení mostař toto vyztužení již nevyhoví a je nutné navrhnout sedm kusů ø 10 mm/m.
Obdobná situace je i v místě vetknutí stropní desky do stěn (řez 2). Pro model zatížení geotechnik stačí pět kusů ø 14 mm/m. Pro model zatížení mostař toto vyztužení již nevyhoví a je nutné navrhnout šest kusů ø 10 mm/m.
Pro vyčíslení finančních nákladů je uvažována cena betonářské výztuže 34 Kč/kg. Finanční rozdíl mezi oběma přístupy v uvažování zatížení je cca 304 Kč/mb, což samozřejmě není nikterak závratná částka. Ovšem je třeba si uvědomit, že při návrhu kolektoru např. pod Václavským náměstím o délce 700 m bude úspora na výztuži 212 800 Kč.
Závěr
Na výše uvedeném příkladu bylo prezentováno, jak může projektant-statik ušetřit investorovi finanční náklady, a to při dodržení kritérií požadovaných platnou soustavou ČSN EN. Jak bylo prokázáno, způsob výpočtu přitížení povrchu uvedený v ČSN EN 1997-1 [2] vede k úspornějšímu návrhu nosné konstrukce oproti přístupu uvažovanému v ČSN EN 1991-2 [1].
Zdroje:
[1] ČSN EN 1991-2 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 2: Zatížení mostů dopravou.
[2] ČSN EN 1997-1 Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí – Část 1: Obecná pravidla.
[3] ČSN EN 1992-1-1 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby.
[4] Archiv firmy KO-KA s.r.o.
Celý článek naleznete v archivu čísel (č. 10/2019).
![Obr. 3 Průběh svislého napětí σz pod dosedací plochou kola – vlevo podle normy [1] přístup mostaře, vpravo podle normy [2] přístup geotechnika](https://www.casopisstavebnictvi.cz/files/thumbs/44-47_snizeni_nakladu/obr-3-novy.1622813446.jpg)
