Řešené projekty

Název projektuProblémy dřevěných mostů a lávek
KódSP2015/185
Předmět výzkumuDřevo, jako znovu objevený materiál pro větší konstrukce pozemních i mostních staveb, je na vzestupu právě díky novým technologiím, jako je lepené lamelové dřevo, a dále díky své ekonomičnosti a ekologičnosti. Dřevěné mosty a lávky můžeme vidět především v oblastech přírodních krás (Beskydy, Jeseníky, Krkonoše, Šumava a další) a ve městech a obcích, kde tvoří především komunikaci pro pěší. Nejstarší historicky zaznamenané dřevěné mosty pocházejí z období kolem roku 600 před n. l. Patří k nim například velmi známý trámový most přes řeku Tiberu v Římě (Pons Sublicius), postavený v roce 625 před n. l. V roce 54 před n. l. postavily specializované čety římských vojsk 430 m dlouhý dřevěný most přes řeku Rýn. Stavba tohoto mostu trvala pouze 10 dní. Z období na přelomu našeho letopočtu stojí za zmínku obloukový dřevěný most přes řeku Dunaj, postavený v roce 103 n. l. Světlost polí mostu byla 35 m, šířka pilířů 18 m a délka 1070 m. Jedním z nejstarších dřevěných mostů v Evropě, který se zachoval do současnosti, je Kapellbrück v Luzernu. Byl postaven v roce 1333, ale v průběhu staletí byl několikrát přestavěn. Původní délka mostu byla 285 m. Tato délka byla v 19. stol. redukována na 222 m. Most je zastřešen a jeho konstrukci tvoří prosté nosníky uložené v řadě za sebou na pilotách. V roce 1993 byla velká část mostu zničena požárem. Nově zrekonstruovaný most původního tvaru byl otevřen pro pěší v dubnu 1994. V letech 1755 až 1758 tesařský mistr H. U. Grubenmann postavil velmi známý most Rhinebridge v Schaffhausenu. Mostní konstrukci koncipoval jako prostý nosník na rozpětí 119 m. Pod tlakem úřadů však musel do středu mostu umístit opěrný pilíř. Krátce po postavení mostu však odstranil úložné prvky nad středovým pilířem, aby ukázal, že jeho původní návrh byl správný. Vynikající ruský mechanik I. P. Kulibin navrhl v roce 1776 přemostění Něvy v Leningradě dřevěným obloukovým mostem o rozpětí 298 m. V měřítku 1:10 byl vyhotoven model mostu, který byl podroben zatěžovací zkoušce. Přestože zkouška dopadla velmi dobře, projekt mostu nebyl realizován. Obdobnou historii má i projekt tesařského mistra Ránka z roku 1838, který navrhl dřevěnou krytou lávku pro pěší přes Vltavu o rozpětí 197 m (obr. 1). Všechny uvedené mosty byly zastřešené, což přispělo k životnosti těchto mostů. V současnosti se již zastřešené mosty staví minimálně a jsou kladeny nároky především na ekonomiku výstavby a ekologii. Mnoho mostů a lávek je konstruováno v kombinaci s jinými materiály, jako je třeba ocel, která je užívána jako spojovací prvek nebo také jako součást nosné konstrukce. Výzkumem v oblasti kombinace oceli a dřeva dřevěných mostních konstrukcí se zabýval již tým prof. Vičana. Na tomto výzkumu se podílela Žilinská univerzita v Žilině, a také Stavební fakulta VŠB-TUO. Nicméně byly prováděny měření na nové konstrukci. (LOKAJ, A., VIČAN, J, GOCÁL, J., Teoretická a experimentální analýza chování dřevěného mostu. Ve sborníku odborného semináře s mezinárodní účastí „Dřevostavby 2010“, str. 101-106, Volyně, 04/2010, ISBN 978-80-86837-27-7.; LOKAJ, A., VIČAN, J., GOCÁL, J., Teoretická a experimentální analýza chování dřevěného mostu, časopis Materiály pro stavbu 7/2010, Vydavatel: Business Media CZ, s.r.o., s. 30 - 33, ISSN 1213-0311.) V roce 2014 byl realizován projekt SGS (SP2014/180), jehož předmětem bylo provedení statických a dynamických zkoušek dřevěné vysuté lávky z rostlého dřeva pro pěší v obci Benešov u Semil. Dále byl realizován projekt IP 2214421/2014, jehož cílem bylo stanovení změny vlastností sledované mostní konstrukce v obci Huštěnovice, kde probíhá monitoring od roku 2008, který započal ve spolupráci s Žilinskou univerzitou v Žilině, pod vedením prof. Vičana. Tento most byl určen pro pozemní dopravu a je tvořen dvěma lepenými vazníky. Každý projekt se zabýval jiným typem konstrukce, ale oba měly základní materiál dřevo, což je organický materiál, který mění své vlastnosti v čase. Obě mostní konstrukce vykazují větší či menší poruchy. Dokonce dřevěná lávka v obci Benešov u Semil, je téměř v dezolátním stavu po cca 12 letech a bez generální opravy dřevěné konstrukce hrozí v budoucnu její destrukce. Získané znalosti a zkušenosti z reálného měření ukazují, že životnost těchto konstrukcí nebude taková, jak se uvádí v některých literárních pramenech. Ve článku: „Vilč, M., Sochorec, M.: Dřevěná lávka pro chodce a cyklisty u hradu Veveří, Stavebnictví, srpen, 2008, http://www.casopisstavebnictvi.cz/drevena-lavka-pro-chodce-a-cyklisty-u-hradu-veveri_N1321“, je uvedeno: „Z hlediska životnosti dřevěné konstrukce lávek nebo mostů pro pěší a cyklisty se nabízí možnost jejich zastřešení (užívaná poměrně často např. v období středověku), která při zvýšených nákladech na stavbu životnost konstrukce mnohokrát znásobí.“, což bohužel neodpovídá zjištěným skutečnostem stavu některých lávek, jak je uvedeno ve článku: „Fojtík, R., Lokaj, A., Mareček, D.: Diagnostics of footbridge over the Jizera river in Benešov, 5th International Conference on Advances in Materials and Manufacturing Processes, prosinec 2014, v tisku“. Uvedený článek popisuje cca 12 let starou vysutou lávku, jejíž dřevěná nosná konstrukce je tvořena rostlým dřevem, v obci Benešov u Semil, která byla sledována v rámci již zmiňované SGS. Při prohlídce byly zjištěny závažné poruchy, které již nyní ovlivňují chování mostní konstrukce. Také životnost lávek z lepeného lamelového dřeva může být pochybná. Příkladem takové konstrukce je bývalá lávka v obci Strunkovice nad Blanicí, kde byla v roce 1999 realizována lávka z lepených nosníků přes řeku Blanici. Tato lávka již v roce 2010 vykazovala významné poruchy, které byly v roce 2013 odstraněny. Faktory ovlivňující životnost jsou například popsány ve článku: „Bobeková, E.: MOSTY A LÁVKY NA BÁZE DREVA, Stavebne materiály, únor 2012, http://www.asb.sk/stavebnictvo/drevostavby/mosty-alavky-na-baze-dreva“, „Medzi hlavné faktory, ktoré ovplyvňujú dĺžku životnosti drevených prvkov, patria druh, kvalita a prirodzená trvanlivosť dreva“. Z uvedených faktorů je zřejmé, že živostnost mostů v různých oblastech Evropy (světa) bude rozdílná, neboť kvalita dřeva je regionální, tudíž nemůžeme srovnávat výsledky například ze Skandinávie. Je tedy nutné zaměřit se právě a pouze na konstrukce v ČR, které jsou realizovány z místních dřevin. Kromě již zmíněných faktorů ovlivňujících živostnost dřevěných mostů a lávek, se při výše uvedených projektech SGS a IP ukázaly i jiné faktory, které mohou mít významný vliv na živostnost těchto staveb. Z výše uvedených informací vyplývá, že určení životnosti dřevěných mostů a lávek je nejasné a zahrnuje mnoho faktorů. Získání přibližné životnosti by přispělo ke stanovení reálné ceny závislé nejen na ceně materiálu, pracnosti výstavby, ale také na životnosti konstrukce. Odhalení důvodů brzkých poruch některých dřevěných mostů a lávek by přispělo ke zvýšení jejich životnosti. Tyto poznatky by byly prospěšné jak pro projektanty, tak pro investory. Pro odhalení příčin předčasných poruch dřevěných mostů a lávek bude nezbytné provést monitoring již realizovaných konstrukcí tak, aby byly vybrány ty problematické, které budou následně podrobeny důslednější diagnostice. Budou sledovány základní vlastnosti, jako je vlhkost při aktuální teplotě dřeva, tvrdost materiálu a také problematické detaily, které mohou mít vliv na životnost konstrukce. Dále bude provedena statická a dynamická zatěžovací zkouška vybraných konstrukcí. U vybraných konstrukcí bude také proveden numerický model tak, aby bylo možné porovnat reálné chování konstrukcí a MKP model. Uvedený projekt není krátkodobou záležitostí. Navazuje na dlouholeté měření dřevěných mostních konstrukcí a v budoucnu je nutné i nadále pokračovat, aby byl dostatek dat pro možnost stanovení životnosti dřevěných mostů a lávek. Mezi příznivé faktory tohoto projektu patří zapojení studentů doktorského a magisterského studia, jejichž témata prací se shodují nebo prolínají s tímto dlouhodobým projektem. Vzhledem k tomu, že systém neumožňuje, aby hlavním řešitelem byla (Ing.) Bc. Jana Rumlová, jejímž přímým tématem disertace je právě tento projekt, byl zvolen jako žadatel pomocný školitel Ing. Roman Fojtík, Ph.D. Téma s názvem „Vybrané problémy dřevěných mostů a lávek z hlediska prostorové tuhosti a použitelnosti“ je tématem disertační práce Ing. Davida Marečka. Také ostatní studenti magisterského studia zapojení do tohoto projektu mají témata svých prací zaměřena na dřevěné mosty a lávky („Diagnostika mostů a lávek“ – Bc. Kaděrová, „Zvýšení životnosti dřevěných konstrukcí vystavených povětrnosti“ – Bc. Vašková) . Nezanedbatelným přínosem tohoto projektu, stejně jako těch předchozích, je získání nových zkušeností v oblasti diagnostiky mostních konstrukcí, což již přineslo finanční prospěch pro FAST ve formě HS. Pro realizaci bude nutné užití mnoha diagnostických a numerických metod. Jednou z nejdůležitějších užitých metod je vizuální prohlídka, která ukáže, v jakém je daná konstrukce stavu, a kde jsou její slabiny nebo poruchy. Tato metoda bude aplikována na všechny prohlížené konstrukce. Na všech prohlížených konstrukcích bude sledovaná teplota pomocí optických bezdotykových teploměrů. Tato metoda je běžně užívaná pro stanovování teplot na konstrukcích. Sledování teplot je důležité pro následné vyhodnocení dalších veličin. Těmito snímači laboratoř FAST disponuje. Vlhkost je dalším parametrem, který bude sledován na všech prohlížených konstrukcích. Bude zde užito odporového vlhkoměru, který je určen právě pro měření vlhkosti dřeva. Jedná se o běžně využívanou metodu pro stanovení vlhkosti. Sledování vlhkosti je důležité pro následné vyhodnocení dalších veličin. Těmito snímači laboratoř FAST disponuje. Pro stanovení tvrdosti dřeva bude využito Pilodynu, který patří mezi nejčastěji používané zařízení. Tato metoda patří mezi nejméně invazivní, a proto je vhodná pro již realizované konstrukce. Tohoto postupu bude užito pouze v případě, že k tomuto svolí správce stavby. Sledování tvrdosti je důležité pro následné vyhodnocení dalších veličin. Těmito zařízením laboratoř FAST disponuje. Na vybraných konstrukcích bude provedena statická zatěžovací zkouška, která přinese základní parametry, mezi které patří průhyb pod známým zatížením, a také změna napjatosti v krajních vláknech. Pro průhyb bude užito snímačů dráhy a pro změnu napjatosti v krajních vláknech bude užito foliových a strunových tenzometrů. Snímače dráhy a strunové tenzometry jsou k dispozici v laboratoři FAST. Foliové tenzometry bude nutné pro měření zakoupit. Posledním plánovaným diagnostickým postupem bude stanovení dynamických parametrů konstrukce. Zde bude užito snímačů zrychlení, na jejichž základě budou stanoveny dynamické vlastnosti konstrukce. Jedná se o běžně užívanou metodu. Snímači v minimální míře disponuje laboratoř FAST. Nezbytnou nutností pro návrh osazení snímačů je orientační numerický model, který bude proveden v programu SCIA Engineer, který byl již pro tyto účely úspěšně využit v předcházejících projektech. Tohoto programu bude také využito pro porovnání naměřených dat s MKP modelem. V případě potíží s modelem bude využito programu ANSIS, který je schopen modelovat kritická místa. Složení týmu bylo zvoleno na základě požadavků projektu takto: Ing. Roman Fojtík, Ph.D. – hlavní řešitel, vedení projektu, diagnostika Doc. Ing. Antonín Lokaj, Ph.D. – školitel (Rumlová, Mareček) (Ing.) Bc. Jana Rumlová – „Životnost dřevěných mostů a lávek“, MKP model, vyhodnocení výsledků, realizace měření Ing. David Mareček - „Vybrané problémy dřevěných mostů a lávek z hlediska prostorové tuhosti a použitelnosti“, MKP model, vyhodnocení výsledků, realizace měření Bc. Veronika Vašková – „Zvýšení životnosti dřevěných konstrukcí vystavených povětrnosti“, vyhodnocení dat, realizace měření Bc. Andrea Kaděrová – „Diagnostika mostů a lávek“, vyhodnocení dat, realizace měření Přehled nejvýznamnějších dosažených výsledků členů týmu - studentů: Ing. David Mareček MAREČEK, D. Lávka pro pěší v Hřensku, Sborník příspěvků XV.konference Ocelové konstrukce 2013, Karlova Studánka, r.2013, st.50-53, ISBN: 978-80-86604-61-9 MAREČEK, D. Zastřešení zimního stadionu ve Varnsdorfu, Sborník příspěvků konference Juniorstav 2013, Vysoké učení technické v Brně, r.2013, st.203, ISBN: 978-80-214-4669-4 MAREČEK, D. Návrh ocelové konstrukce, Automatizovaného parkovacího domu, Automatizované dopravní centrum Ostrava Sborník příspěvků XIV.konference Ocelové konstrukce 2012, Karlova Studánka, r.2012, st.39-42, ISBN: 978-80-86604-57-2 MAREČEK, D. Rekonstrukce lávky pro pěší v Desné, Sborník příspěvků konference Juniorstav 2006, Vysoké učení technické v Brně, r.2006, st.99-104, ISBN: 80-214-3109-1 MAREČEK, D. Zastřešení objektu sklářské školy v Novém Boru, Informace ČSSI 4/2004, Příloha k informacím OP ČSSI Ostrava č.2005/2.1, ČSSI, OP Ostrava, r.2005, st.1-2, ISSN: 1213-4112 Bc. Jana Rumlová FOJTÍK, R. a RUMLOVÁ, J.: The construction of a heavy timber frame. Článek je hotov, připravuje se jeho vydání v recenzovaném periodiku.
Rok zahájení2015
Rok ukončení2015
KategorieWorkflow pro SGS
TypSpecifický výzkum VŠB-TUO
ŘešitelFojtík Roman Ing., Ph.D.

© 2018 VŠB-TU Ostrava