INSTITUT OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ, s. r. o.

Transkript

1 INSTITUT OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ, s. r. o. Beskydská 235, Frýdek- Místek IČO: Zpráva č. IOK Důl Michal Kontrolní prohlídka ocelové konstrukce těžní věže Vypracoval: Ing. Vít Křivý, Ph.D. Ing. Lubomír Rozlívka, CSc. David Kolouch Frýdek-Místek, září 2009 Zn.: IOK Důl Michal Schválil:. Prof. Ing. Jindřich Melcher, DrSc. ředitel Institutu OK Výtisk č.:

2 Obsah 1. Úvod Kontrolovaná konstrukce Postup prohlídky Hlavní poznatky z prohlídky, hodnocení a doporučení Hlavní nosné konstrukce těžní věže a jámové budovy Kotvení vzpěry těžní věže Venkovní nosná konstrukce těžní věže Nosná konstrukce těžní věže uvnitř budovy Nosná konstrukce jámové budovy Podlahy, plošiny, schodiště a zábradlí Podlahy, plošiny, schodiště a zábradlí v jámové budově Venkovní plošiny, schodiště a zábradlí na těžní věži Souhrn poznatků z prohlídky, hlavní závěry a doporučení Rozdělovník zprávy: Výtisk č. 1 (originál)... Archiv IOK Výtisk č. 2,3 + CD... SVÚOM s.r.o., Ing. Kateřina Kreislová, Ph.D Výtisk č. 4. Prof. Ing. Jindřich Melcher, DrSc. Výtisk č Ing. Vít Křivý, Ph.D. Výtisk č Ing. Lubomír Rozlívka, CSc

3 Úvod V této zprávě jsou popsány výsledky práce provedené pracovníky Institutu ocelových konstrukcí Frýdek-Místek (dále jen IOK) spojené s kontrolou technického stavu ocelové konstrukce těžní věže a přilehlé jámové budovy Dolu Michal v Ostravě - Michálkovicích. Hlavním cílem zprávy je zhodnotit, zda a za jakých podmínek jsou posuzované ocelové nosné konstrukce schopné plnit nové funkce vyplývající ze změny využívání konstrukce, tj. z funkce těžní věže na funkci muzejní expozice. Práce byly provedeny na základě požadavku SVÚOM s.r.o. 2. Kontrolovaná konstrukce Kontrolní prohlídka se týkala nosné ocelové konstrukce těžní věže a přilehlé jámové budovy. Těžní věž Dolu Michal (viz obr. 1 a 2) je podle informací obslužného personálu cca 100 let stará. Konstrukčně je navržena jako vzpěrová těžní věž tj. stolice věže slouží nejen k vedení dopravních nádob, ale tvoří spolu se vzpěrou hlavní vazbu, kterou se veškerá zatížení přenášejí do základů. Obr. 1: Pohled na konstrukci těžní věže Obr. 2: Pohled na konstrukci těžní věže Vzpěra těžní věže je navržena jako prostorová příhradová konstrukce, vzdálenost obou větví vzpěry ;se zužuje směrem k horní části těžní věže. Větve vzpěry jsou vzájemně vyztuženy třemi vodorovnými příhradovými výztuhami, dva páry příhradových výztuh (v polovině a ve 3/4 výšky vzpěry) jsou rovněž umístěny mezi větvemi vzpěry a stolicí věže. Všechny spoje a styčníky jsou nýtované, pouze v některých místech byly při předchozích rekonstrukcích nýty nahrazeny šrouby. Vzpěry jsou kotveny do betonových základových bloků. Stolice věže je navržena jako prostorová příhradová konstrukce zakončená v horní části lanovnicovým roštem, který slouží pro převod zatížení z lan působících na lanovnice do vzpěry a stolice věže a umožňuje obsluhu a výměnu lanovnic. Spoje a styčníky jsou rovněž nýtované

4 Jámová budova je třípodlažní. První nadzemní podlaží je na úrovni ±0,000, tj. na úrovni ohlubně. Druhé nadzemní podlaží slouží jako výjezdové patro, v úrovni třetího nadzemního podlaží je umístěn výstup na věž a na uzavřenou pochozí lávku. Nosné obvodové stěny jsou navrženy jako hrázděné s cihelnou výplní. Přes některé stropní nosníky je zajištěno vzájemné spolupůsobení nosné konstrukce jámové budovy s konstrukcí těžní věže. Stropní konstrukce jsou tvořeny podlahovým roštem a nášlapnou vrstvou z plechů či dřevěných fošen. Spoje a styčníky prutových částí nosné konstrukce jsou rovněž nýtované. Při prohlídce nebyla k dispozici původní projektová dokumentace, ani žádné zprávy z předešlých rekonstrukcí či kontrolních prohlídek. 3. Postup prohlídky Kontrolní prohlídka byla prováděna převážně vizuálně, místy poklepem, z míst přístupných a vhodných k jejímu provedení. V některých korozně výrazně poškozených detailech byly z povrchu materiálu provizorně odstraněny silné nánosy nečistot a vrstvy korozních produktů. Nepřístupné části konstrukcí byly prohlíženy nepřímo dalekohledem a fotografovány teleobjektivem. Korozní oslabení bylo orientačně měřeno posuvným měřidlem a ultrazvukovým tloušťkoměrem PosiTector UTG. Při kontrolní prohlídce byly především sledovány: - korozní stav jednotlivých prvků ocelové konstrukce, stav protikorozní ochrany, výskyt výrazných korozních defektů, - možné důsledky zjištěných korozních defektů na statické působení nebo životnost ocelové konstrukce, - deformace od přetěžování nebo nesprávného fungování ocelové konstrukce nebo jiné neodborné zásahy do ocelové konstrukce, - poruchy spojů a přípojů prvků ocelové konstrukce, - poruchy kotvení ocelové konstrukce do základů. Zvýšená pozornost byla věnována konstrukčním prvkům, jejichž poruchy mohou mít vliv na bezpečnost návštěvníků expozice či obslužného personálu, především se jedná o technické řešení a stav zábradlí, schodišťových stupňů, plošin, podlahových plechů pod. Kotvení vzpěry těžní věže do betonových bloků bylo kontrolováno přímo z terénu. Hlavní nosné prvky těžní věže (vzpěry věže včetně příhradových výztuh a venkovní části stolice věže zakončené lanovnicový roštem a konstrukcí pro výměnu lanovnic) byly kontrolovány z terénu a z přilehlých venkovních schodišť a plošin. Nosné prvky těžní věže, chráněné jámovou budovou, byly kontrolovány z příslušných podlaží jámové budovy, přitom byly kontrolovány nosné prvky stolice věže a vnitřní části příhradových výztuh věže. Nosná konstrukce jámové budovy byla kontrolována z příslušných podlaží a schodišť jámové budovy, přitom byl kontrolován nosný obvodový plášť, stropní nosníky a zastřešení objektu. 4. Hlavní poznatky z prohlídky, hodnocení a doporučení 4.1 Hlavní nosné konstrukce těžní věže a jámové budovy Ocelová konstrukce těžní věže byla podle informací správce objektu postavena před cca 100 lety, přičemž pro původní účel byla využívána až do likvidace jámy, tj. do roku Od doby zastavení těžby nebyly na nosných prvcích věže prováděny žádné opravy, včetně opravy či obnovy protikorozní ochrany, čemuž odpovídá i současný stav konstrukce. Při kontrolní prohlídce bylo zjištěno silné korozní napadení prakticky všech nosných prvků konstrukce s častým oslabením nosných profilů nebo i s jejich úplným prokorodováním, viz obrázky v dalších odstavcích zprávy. Vzhledem k tomu lze předpokládat, že i v závěrečném období aktivní činnosti dolu byla údržba ocelových konstrukcí silně zanedbána. Hlavním nahodilým zatížením těžní věže jsou tahy v těžních lanech. Toto zatížení po zastavení těžby a likvidaci jámy na konstrukci již nepůsobí. Zatížení těžní věže v současnosti tvoří zatížení stálá (tíha konstrukce), především zatížení větrem a malá užitná zatížení vyplývající ze současného využití konstrukce

5 Zjištěná korozní napadení konstrukce však jsou natolik závažná, že i bez jejich podrobného zjištění a řádného statického posouzení lze zodpovědně konstatovat, že oslabená konstrukce v tomto stavu není nadále dlouhodobě schopná spolehlivě fungovat, přestože již není vystavena zatížením vyplývajícím z provozu dolu. Rychlá sanace nosné konstrukce (zesílení či výměna kriticky oslabených prvků a spojů a odborně provedená obnova protikorozní ochrany) zřejmě je nezbytným předpokladem pro záchranu hlavní nosné konstrukce těžní věže a jámové budovy. Před případnou rekonstrukcí bude potřeba podrobněji zmapovat stupeň oslabení jednotlivých částí konstrukce včetně spojovacích prostředků a spolehlivost oslabených částí staticky posoudit. Předběžně je možné odhadnout, že korozní oslabení do cca 30 až 40% bude možné tolerovat za předpokladu, že oslabené detaily budou řádně ošetřeny kvalitní protikorozní ochranou. Pokud se bude při opravě konstrukce používat svařování, musí se ověřit svařitelnost materiálu původní konstrukce. Pro případnou výměnu nýtů doporučujeme použít předepjaté vysokopevnostní šrouby. Příklady výrazně poškozených částí konstrukce, zjištěných při této předběžní prohlídce, jsou ukázány na následujících obrázcích Kotveni vzpěry těžní věže Obr. 3: Uložení vzpěry těžní věže do betonového bloku celkový pohled Obr. 4: Oslabení nosného profilu vzpěry těžní věže v místě uložení (oslabení odhadem cca 30 %) DETAIL Obr. 5: Uzavřený prostor vzpěry těžní věže nad základem je vybetonován, ocelové části v kontaktu s betonem korodují (místy zcela prokorodovány) Obr. 6: Uzavřený prostor šikmé vzpěry těžní věže nad základem je vybetonován, ocelové části v kontaktu s betonem korodují (místy zcela prokorodovány) - 5 -

6 ODHALENÝ KOTEVNÍ ŠROUB Obr. 7: Porušený betonový základ pod vzpěrou těžní věže Obr. 8: Porušený betonový základ pod vzpěrou těžní věže DETAIL Obr. 9: Koroze a deformace prvků kotvení vzpěry těžní věže Obr. 10: Koroze a deformace prvků kotvení vzpěry těžní věže Obr. SVUOM - 6 -

7 V kotvení vzpěr věže do betonových bloků kromě korozního oslabení nosných prutů vzpěry dochází k destrukci podlití i samotného betonového a částečně zděného bloku. Některé kotevní šrouby jsou zcela odhaleny Venkovní nosná konstrukce těžní věže PROKORODOVÁNO Obr. 11: Koroze ve styčníku vzpěry těžní věže, nosné prvky a styčníkový plech lokálně zcela prokorodovány Obr. 12: Koroze ve styčníku vzpěry těžní věže, nosné prvky a styčníkový plech lokálně zcela prokorodovány Obr. 13: Štěrbinová koroze s oslabením profilu na nosných prvcích vzpěry těžní věže (typický příklad) Obr. 14: Koroze ve styčnících vzpěry těžní věže a ve styčnících vodorovných příhradových výztuh vzpěry - 7 -

8 OSLABENÍ PRŮŘEZU Obr. 15: Koroze ve styčníku vodorovné příhradové výztuhy umístěné mezi vzpěrami těžní věže (typický příklad) Obr. 16: Koroze pásu vodorovné příhradové výztuhy umístěné mezi vzpěrami těžní věže Obr. 17: Destrukce dolní pásnice břevna vzpěry těžní věže Obr. 18: Destrukce dolní pásnice břevna vzpěry těžní věže (umístění břevna v konstrukci) Obr. SVUOM Obr. SVUOM - 8 -

9 Nosné prvky těžní věže jsou většinou navrženy jako prostorová příhradovina se značným množstvím prvků, kde dochází ke korozi a oslabování styčníkových plechů, nýtů i spojovaných prutů. Pruty příhradoviny jsou navíc často navrženy jako členěné, většinou jako puty s rámovými spojkami či pruty složené, kde v úzkých spárách mezi dílčími prvky vzniká nebezpečná spárová koroze Nosná konstrukce těžní věže uvnitř budovy Obr. 19: Oslabení nosných sloupů stolice těžní věže (odhadem cca 50 % profilu) v kontaktu s podlahou 1.NP (ohlubně) jámové budovy (typický problém) Obr. 20: Oslabení nosných sloupů stolice těžní věže (cca 50 % profilu) v kontaktu s podlahou 1.NP (ohlubně) jámové budovy (typický problém) Obr. 21: Prokorodovaná diagonála zavětrování nosných sloupů stolice těžní věže v kontaktu s podlahou 1. NP (ohlubně) jámové budovy Obr. 22: Koroze nosných sloupů výtahové šachty (s oslabením profilů odhadem cca 20 %, četnější výskyt) - 9 -

10 4.1.4 Nosná konstrukce jámové budovy Obr. 23: Oslabení nosných sloupů obvodového pláště (cca 50 % profilu) v kontaktu s podlahou 1.NP (typický problém) Obr. 24: Oslabení nosných sloupů obvodového pláště (cca 50 % profilu) v kontaktu s podlahou 1.NP (typický problém) Obr. 25: Koroze nosného sloupu obvodového pláště (s oslabením profilu) v úrovni 1. NP (četnější výskyt) Obr. 26: Koroze nosného sloupu obvodového pláště (s oslabením profilu) v úrovni 1. NP (četnější výskyt) Obr. 27: Koroze ve spoji vodorovných nosníků podpírajících prvky stropu 2. NP výjezdové patro Obr. 28: V přípojích nosných prvků místy chybí nýty (četnější problém)

11 (četnější výskyt) Obr. 29: V přípojích nosných prvků místy chybí nýty (četnější problém) Obr. 30: U jednoho vazníku zastřešení je silně zdeformovaná diagonála Obr. 31: Koroze diagonál zavětrování mezi sloupy obvodového pláště v místě kontaktu s plošinou 3. NP (s výrazným oslabením profilu) Obr. 32: Střešní vaznice z I profilu neodborně provedený spoj Obr. 33: Střešní plášť není k vaznici z L profilu připojen

12 4.2 Podlahy, plošiny, schodiště a zábradlí Na rozdíl od hlavní nosné konstrukce těžní věže kritický technický stav nosných prvků podlah, plošin, schodišť a zábradlí bezprostředně ovlivňuje bezpečnost návštěvníků expozice a obslužného personálu. K nejvíce ohroženým částem těchto konstrukcí patří: schodiště uvnitř jámové budovy, kdy jsou nepřípustně oslabeny prakticky všechny nosné prvky schodišť - nosné sloupky, schodnice, kotvení stupňů i samotné stupně, pochozí plechy na jednotlivých podlažích i na plošinách ve 3. NP jámové budovy, které jsou především v uložení na stropní nosníky místy zcela prokorodovány, venkovní plošiny a schodiště, určené pro výstup na těžní věž, kde jsou nepřípustně oslabeny prakticky všechny nosné prvky - podpěry plošin, pochozí plechy, schodnice, schodišťové stupně, zábradlí, okopové plechy. Dispoziční a konstrukční řešení těchto částí prvků rovněž vůbec nevyhovuje současným technickým normám a bezpečnostním předpisům. Hlavním nahodilým zatížením prvků podlah, plošin, schodišť a zábradlí je užitné zatížení plynoucí ze současného provozu (návštěvníci expozice, obslužný personál). Korozní oslabení těchto prvků tedy není vyváženo eliminací dominantního zatížení jako u hlavní nosné konstrukce těžní věže. Ponechání takto korozně oslabených nebo poškozených a, dispozičně a konstrukčně špatně řešených prvků v konstrukci je nepřípustné, pokud mají být nadále provozně využívány. Do případné rekonstrukce doporučujeme konstrukci využívat v minimálním rozsahu. Obslužný personál (včetně obsluhy nově instalovaných technologických přístrojů na vrcholu těžní věže) musí být poučen o současném nevyhovujícím a nebezpečném stavu konstrukce.. Poškozené prvky těchto konstrukčních částí je nutno zesílit či vyměnit tak, aby konstrukce vyhovovala současným platným normám a předpisům pro jejich zatížení a uspořádání Podlahy, plošiny, schodiště a zábradlí v jámové budově Obr. 34: Schodiště z 1. NP na 2. NP pohled na konstrukci Obr. 35: Schodiště z 1. NP na 2. NP pohled na konstrukci

13 Obr. 36: Destrukce sloupku podpírajícího schodiště z 1. NP na 2. NP Obr. 37: Destrukce sloupku podpírajícího schodiště z 1. NP na 2. NP DETAIL Obr. 38: Koroze schodnice schodiště z 1. NP na 2. NP v místě uložení na sloupek (s oslabením profilu) Obr. 39: Koroze schodnice schodiště z 1. NP na 2. NP v místě uložení na sloupek (s oslabením profilu) SPÁROVÁ KOROZE DETAIL Obr. 40: Koroze úhelníků a nýtů připojujících stupně ke schodnici schodiště z 1. NP na 2. NP Obr. 41: Koroze úhelníků a nýtů připojujících stupně ke schodnici schodiště z 1. NP na 2. NP

14 Obr. 42: Prokorodování stupně z žebrovaného plechu u schodiště z 1. NP na 2. NP Obr. 43: Koroze v místě uložení plechů tvořících dolní podhledovou část podlahy 2.NP tj. plošiny výjezdového patra (typická porucha) OSLABENÍ PLECHU Obr. 44: Koroze v místě uložení plechů tvořících dolní podhledovou část podlahy 2.NP tj. plošiny výjezdového patra (typická porucha) Obr. 45: Koroze plechů (s oslabením) u výstupu schodiště z 1. NP na 2.NP OSLABENÍ PLECHU OSLABENÍ PLECHU Obr. 46: Koroze žebrovaných plechů tvořících horní nášlapnou část podlahy 2. NP tj.plošiny výjezdového patra (typická porucha) Obr. 47: Koroze žebrovaných plechů tvořících horní nášlapnou část podlahy 2. NP tj.plošiny výjezdového patra (typická porucha)

15 NENÍ UKOTVENO Obr. 48: Nosné prvky horní nášlapné vrstvy podlahy 2. NP nejsou místy řádně ukotveny Obr. 49: Výplně mezi kolejnicemi nejsou vždy dostatečně únosné a řádně ukotvené Obr. 50: Oddělená část 2. NP - dřevěné fošny nejsou řádně ukotveny Obr. 51: Schodiště z 2. NP na 3. NP pohled na konstrukci ZESÍLENÁ SCHODNICE VYMĚNĚNÝ STUPEŇ Obr. 52: Schodiště z 2. NP na 3. NP části schodnice a některé stupně byly dříve opravovány Obr. 53: Koroze úhelníků a nýtů připojujících stupně ke schodnici schodiště z 2. NP na 3. NP

16 Obr. 54: Prokorodování plechů tvořících podlahu 3. NP (četnější výskyt) Obr. 55: Prokorodování plechů tvořících podlahu 3. NP (četnější výskyt) Obr. 56: Obslužné plošiny v úrovni 3. NP pohled na konstrukci plošiny Obr. 57: Obslužné plošiny v úrovni 3. NP plechy plošiny jsou zcela prokorodované (hrozí pád) Obr. 58: Obslužné plošiny v úrovni 3. NP koroze schodnice v uložení (s oslabením profilu) Obr. 59: Obslužné plošiny v úrovni 3. NP schodnice visí ve vzduchu

17 4.2.2 Venkovní plošiny, schodiště a zábradlí na těžní věži PROKORODOVÁNO Obr. 60: Plošina u výlezu z 3.NP jámové budovy deformace a oslabení vzpěry podpírající plošinu Obr. 61: Plechy plošin jsou místy zcela prokorodované (četný výskyt, foto z plošiny u výlezu z 3. NP jámové budovy) PROKORODOVÁNO Obr. 62: Koroze schodnic s velkým oslabením profilů v místě připojení schodišťových stupňů (typický problém) Obr. 63: Koroze schodnic a schodišťových stupňů - oslabení profilů (typický problém) Obr. 64: Spárová koroze v místě připojení sloupku zábradlí ke schodnici (četnější výskyt) Obr. 65: Uvolněný sloupek zábradlí (četnější výskyt)

18 Obr. 66: Koroze plechů plošin (četný výskyt, foceno v horní části stolice těžní věže) Obr. 67: Technologie umístěné na horní části stolice těžní věže PROKORODOVÁNO Obr. 68: Stav nosných plechů v blízkosti technologií umístěných na horní části stolice těžní věže Obr. SVUOM Zábradlí horní plošiny těžní věže 5. Souhrn poznatků z prohlídky, hlavní závěry a doporučení Podle poznatků z provedené předběžné kontrolní prohlídky ocelových konstrukcí těžní věže a jámové budovy v areálu národní technické památky Důl Michal v Ostravě Michálkovicích (popsaných v této zprávě) je možné formulovat následující hlavní závěry: všechny kontrolované ocelové konstrukce jsou výrazně korozně oslabeny nebo jejich některé prvky i porušeny, zřejmě v důsledku dlouhodobě neprováděné údržby a obnovy protikorozní ochrany v posledním období těžby a v období po zastavení těžby, zatížení hlavních nosných prvků těžní věže bylo po zastavení těžby výrazně sníženo, protože na ně již nepůsobí velké síly od nosných lan. Předběžně je možné odhadnout, že korozní oslabení těchto konstrukcí do cca 30 až 40% bude možné tolerovat za předpokladu, že oslabené detaily budou řádně ošetřeny kvalitní protikorozní ochranou,

19 korozně narušené prvky schodišť, zábradlí, podlah a plošin na těžní věži i v jámové budově jsou nepřípustně oslabeny a výrazně ohrožují bezpečnost pracovníků obsluhy nebo případných návštěvníků těchto objektů. Dispoziční a konstrukční řešení výstupů na těžní věž rovněž neodpovídá současným bezpečnostním požadavkům, betonový a částečně obezděný kotevní blok vzpěry těžní věže je rovněž značně narušený, a ocelové základové prvky vzpěry nejsou do něho spolehlivě zakotveny. Při výskytu velkého zatížení tlakem větru proto mohou být opěrný blok i konstrukce věže vážně poškozeny, venkovní ocelová konstrukce těžní věže i ocelové prvky uvnitř jámové budovy jsou silně znečištěny od zbytků starých nátěrů, silných vrstev korozních produktů i jiných nečistot. Při této předběžné prohlídce proto nebylo možné spolehlivě zjistit výskyt všech jednotlivých defektů nosných prvků, ani stupeň jejich korozního oslabení. Pro zajištění další spolehlivé funkce historických ocelových konstrukcí v areálu dolu Michal je proto nutné v předchozích bodech uvedené závady podrobně posoudit a řádně opravit. Jsme přesvědčeni, že tato stará konstrukce má být návštěvníkům národní technické památky ukazována ve stavu, ve kterém byla (nebo určitě měla být) v době aktivní činnosti dolu, který bude rovněž podmínkou pro zajištění její další dlouhodobé a bezpečné životnosti. Těmto požadavkům bohužel její současný stav ani přibližně neodpovídá. V návaznosti na zjištění popsaná v předchozích odstavcích této zprávy proto doporučujeme: všechny ocelové konstrukce těžní věže, jámové budovy i všech výstupových prvků spolehlivě očistit (otryskat?) podle požadavků SVUOM, což je potřebné pro realizaci jejich řádného dlouhodobě účinného ochranného nátěru i pro potřebnou kontrolu skutečného korozního oslabení nebo porušení jednotlivých nosných prvků, před realizací nového protikorozního nátěru na očištěné konstrukci znovu překontrolovat stupeň oslabení nebo úplné porušení jednotlivých nosných prvků. Zcela porušené a výrazně oslabené nosné prvky těžní věže a nosných konstrukcí jámové budovy potom urychleně odborně opravit, řádně opravit betonový opěrný blok vzpěry těžní věže a upevnit ocelové prvky kotvení vzpěry do opěrného bloku, všechny přístupné výstupové prvky v jámové budově (schodiště, zábradlí, podlahy) řádně opravit, všechny výstupové prvky na těžní věži (schodiště, zábradlí, plošiny) řádně upravit. Pokud budou dále sloužit pouze jako muzejní exponát informující o tvaru, vybavení a konstrukčním řešení tážní věže, je nutné zamezit přístup neinformovaných lidí na tyto špatně řešené a nebezpečné výstupoví prvky. Pro případ, že by horní plošina těžní věže měla sloužit jako rozhledna, bylo by nezbytně nutné vybudovat jiný správně řešený a pro návštěvníky bezpečný výstup na vrchol věže