DŘEVĚNÉ LÁVKY A MOSTY KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Autor: Ing. Miroslav SOCHOREC CZ.1.07/1.1.07/02.0099 Popularizace a zvýšení kvality výuky dřevozpracujících a stavebních oborů v Moravskoslezském kraji
Ing. Miroslav SOCHOREC DŘEVĚNÉ LÁVKY A MOSTY KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Abstrakt Příspěvek se zabývá popisem současného i minulého stavu využívání dřeva při výstavbě dřevěných mostních konstrukcí. V další části je zmínka o nových technologiích využívaných v mostním stavitelství. Poslední část příspěvku se zabývá jednotlivými konstrukcemi lávek a mostů, včetně uvedení konkrétních příkladů realizací s uvedením názorných obrázků a fotek. Klíčová slova Dřevěná lávka, dřevěný most, dřevěné konstrukce, lepené lamelové dřevo, ochrana a údržba dřeva, nosník. 1 ÚVOD V uplynulých dvaceti let se v Evropě zvýšilo použití dřeva na mosty a lávky. Přispěl k tomu vývoj nových způsobů zvyšování užitných vlastností dřevěných konstrukcí například pomocí nových typů spojů dřeva a oceli, vyztužováním dřeva ocelí a karbonovými vlákny, spřahováním dřeva s betonem a podobně. Dalším přínosem k efektivnímu využívání dřevěných technologií jsou systémy lepeného dřeva. V neposlední řadě je podobně jako v jiných oborech nepřehlédnutelný rozvoj CNC technologií a obráběcích center. Dřevěné mosty se navrhují podle ČSN EN 1995-2, Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí - Část 2: Mosty. Dřevo se v Evropě nejvíce používá: - mosty a lávky na komunikacích v lesích a v lesoparcích; - silniční mosty přes cesty pro pěší a cyklisty a přes vodní toky; - lávky pro pěší a pro cyklisty na cyklostezkách a městských komunikacích; - obslužné mosty, lávky a přechody pro zvěř přes dálnice. Výhody dřevěných konstrukcí: - architektonické řešení a estetika; - tradice; - ekologie; - výrobní, přepravní a montážní náklady; - díky nízké hmotnosti nároky na spodní stavbu; - rychlost výstavby. 2 HISTORIE Nejstarší historicky zaznamenané dřevěné mosty pocházejí z období kolem roku 600 před n. l. Patří k nim například i velmi známý trámový most přes 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 Rýn. Stavba tohoto mostu trvala pouze 10 dní. 1
Z období na přelomu našeho letopočtu stojí ještě za zmínku obloukový dřevěný most přes 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 Grubenmann postavil známý most Rhinebridge v Schaffhausenu. Mostní konstrukci navrhl jako prostý nosník na rozpětí 119 m. Na nátlak úřadů však musel do středu mostu umístit opěrný pilíř. Krátce po postavení mostu však odstranil podpěrné prvky nad středovým pilířem, aby prokázal, že jeho původní návrh byl správný. 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). 3 NOVÉ TECHNOLOGIE Po druhé světové válce se na stavbu mostů vedle rostlého dřeva začal využívat nový materiál na bázi dřeva - lepené lamelové dřevo. Tento materiál byl vyvinut pro americkou armádu na stavbu koster transportních lodí v souvislosti s otevřením tzv. druhé fronty ve Francii. Lepené lamelové dřevo je v současnosti nejpoužívanějším materiálem na stavby dřevěných lávek a mostů, protože z něho můžeme vyrobit konstrukční prvky velkých rozměrů. Toto dřevo má výrazně lepší užitné vlastnosti než dřevo rostlé (deskové a hraněné řezivo). Tento materiál se začal v České republice používat teprve před cca deseti lety a to zejména na konstrukce střech sportovních hal. Stavby mostů a lávek z lepeného lamelového dřeva mají v ČR daleko kratší historii. 4 KONSTRUKCE LÁVEK A MOSTŮ Z hlediska vnějšího vzhledu rozdělujeme dřevěné lávky a mosty na nekryté a kryté. Zastřešení lávky či mostu je v zásadě nejjednodušší a zároveň nejúčinnější způsob, jak zajistit konstrukční ochranu dřeva a tím jejich dlouhodobou životnost. Za účelem dosažení nejlepších užitných vlastností lávek a mostů musíme při jejich navrhování uvážit následující podmínky a požadavky: - polohu a tvar terénu; - rozpětí; - zatížení; - podjezdnou výšku a světlý profil, respektování Q100; - základové poměry; - architektonický tvar. Klíčovým problémem dřevěných lávek a mostů je zajištění jejich životnosti. Všechny otázky ochrany a údržby dřeva je třeba uvážit již v průběhu zpracování projektu lávky či mostu, přičemž je nutno klást důraz na konstrukční ochranu dřeva. Dřevo jako přírodní materiál je součástí koloběhu růstu a rozkladu. Jedním ze způsobů, jak přerušit tento koloběh a chránit dřevo, je udržovat ho suché. Dále je možno chránit dřevěné prvky 2
impregnacemi a lazurami. Vedle dřeva je třeba věnovat pozornost ocelovým spojovacím prostředkům. Ty musí být vždy opatřeny protikorozní ochranou. Jako protikorozní ochranu je možné použít žárové pozinkování a případně další ochranné vrstvy. Ve velmi agresivním prostředí je vhodnější použít spojovací prostředky z nerezové oceli. Hlavním důvodem poškození dřevěných lávek a mostů dřevokaznými houbami je téměř vždy špatná konstrukce detailů a zanedbaná údržba. Použitím lepených a sušených profilů je část těchto problémů eliminována U realizovaných dřevěných lávek a mostů je proto třeba důsledně provádět periodickou prohlídku jedou za rok a údržbu celé mostní konstrukce jednou za tři až pět let. Prohlídky a údržby by přitom měly být zaměřeny na: - mechanické poškození prvků; - zvětrávání nátěrů dřevěných prvků; - trhliny ve dřevu; - delaminaci částí z lepeného lamelového dřeva; - vznik plísní a hniloby; - koncentraci prachu, hlíny a dalších nečistot. Statické systémy dřevěných mostů: - nosníky o jednom a více polích; - příhradové nosníky; - věšadla; - vzpěradla; - rámové systémy; - oblouky; - zavěšené mosty; - visuté mosty; - řetězový systém. ČSN EN 1995-2, Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí Část 2: Mosty 1. Všeobecně 2. Zásady navrhování 3. Vlastnosti materiálů 4. Trvanlivost 5. Zásady analýzy konstrukce 6. Únosnost, únava 7. Průhyby, kmitání 8. Spoje 9. Konstrukční zásady, provádění, kontrola Navrhování dřevěných mostů musí být ve shodě s EN 1990: 2002 Navrhování podle mezních stavů - ČSN EN 1995-1-1 Základní proměnné: zatížení z částí EN 1991 3
EN 1991-1-1: objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení EN 1991-1-3: zatížení sněhem EN 1991-1-4: zatížení větrem EN 1991-1-5: zatížení teplotou EN 1991-1-6: zatížení během provádění EN 1991-1-7:mimořádná zatížení způsobená nárazem EN 1991-2: zatížení mostů dopravou 5 PŘÍKLADY REALIZACÍ V průběhu posledních let bylo v České republice postaveno poměrně hodně dřevěných lávek, na které bylo použito lepené lamelové dřevo, ale také řezivo a kulatina. Závod TESKO Českých dřevařských závodů a.s. vyrobil i několik lávek pro německé investory. Mezi ně patří lávka přes řeku Labe v Magdeburgu o délce 195 m a šířce 3 m. Konstrukci lávky tvoří dva nosníky z lepeného lamelového dřeva (modřínu), které jsou ve střední části lávky zavěšeny do nosného pylonu a v krajních částech podepřeny pouze betonovými pilíři. Výztužné rámy a zavětrování jsou z oceli. Hlavní nosníky jsou z důvodu prodloužení životnosti oboustranně obloženy. Další lávky byly realizovány touto firmou např. přes říčku Desnou ve Vikýřovicích o délce 16,3 m a šířce 2 m a lávka přes ulici Drobného v Brně o šířce 1,5 m. Lávka má tři pole délky 7,7 m; 24 m; 11,7 m a je zakončena konzolou vyhlídkové terasy. Nástup na lávku je řešen rampou délky 18 m o dvou polích. Konstrukci lávky tvoří dva nosníky z lepeného lamelového dřeva, které jsou na části lávky zakřivené, a dále ocelové výztužné rámy, zavětrování a podpěry. Společnost CB s.r.o. za posledních sedm let postavila na 100 dřevěných lávek a mostů. Konstrukce odpovídají požadovaným zatížením, požadavkům investor a podmínkám překonávaných překážek. 5.1 Prostý nosník o jednom a více polích Obr. 1: Prostý nosník o jednom a více polích Tyto konstrukce jsou schopny překonávat překážky do cca 30 m i pro zatížení tř. B v rozpětích do 20 m je možno dimenzovat mosty až pro zatížení 40 t. 4
Obr. 2: Most přes Baťův kanál Obr. 3: Lávka na cyklostezce Velká Bystřice 5.2Prostý obloukový nosník o jednom a více polích Obr. 4: Prostý obloukový nosník o jednom a více polích Rozpětí obloukových konstrukcí je podobné jako u přímých prostých nosníků. Objekty takto řešené jsou architektonicky zajímavější a atraktivnější pro řešení inravilánů měst a obcí. 5
Obr. 5 : Lávka na cyklostezce Velehrad Salaš 5.3 Příhradové konstrukce Obr. 6 : Příhradové konstrukce Příhradové konstrukce mají vyšší nároky na dílenské zpracování a řešení styčníkových spojů. Dávají však daleko větší možnosti na řešení konstrukcí větších rozpětí a konstrukcí pro vyšší zatížení. V současné době je v ĆR vyvinutý systém "LAMO" - sestava typizovaných prvků pro lávky a mosty dle účelu a zatížení. Tento systém byl vytvořen pro zjednodušení a zefektivnění návrhů a vlastní realizace jednoduchých konstrukcí lávek a mostů. Obr. 7 : Most na obslužné komunikaci Nový Jičín 6
5.5 Obloukové mosty Obr. 8 : Obloukový most Kombinace obloukových a přímých prvků zpražených v mostní konstrukci dovolují překonávat rozpětí až cca 80 m. Obr. 9 : Zastřešená lávka Špindlerův Mlýn 5.6 Visuté mosty a lávky Obr. 10: Visuté mosty a lávky Pro překonání velkých vzdáleností jsou vhodné konstrukce visutých lávek a mostů. Problémem je dynamická odezva těchto konstrukcí na klimatická i užitná zatížení (tj. nadměrné deformace a kmitání), kterou je možné řešit několika způsoby, například zabudováním tlumičů, návrhem dostatečně tuhého příčného ztužení apod.. 7
Obr. 11 : Lávka na cyklostezce přes Berounku 5.7 Zavěšené mosty a lávky Obr. 12 : Zavěšený most Obr. 13 : Lávka Samota přes I/50 8
5.8 Vícepolové obloukové lávky Obr. 14 : Vícepolová oblouková lávka Obr. 15 Lávka přes rychlostní komunikaci Vsetín - Bobrky, délka 60 m + 150 m rampy 5.9 Vícepolové přímé lávky Obr. 16 : Vícepolová přímá lávka Obr. 17 : Lávka Dačice 9
6 ZÁVĚR Dřevěné lávky a mosty jsou vhodné především z architektonických, estetických a ekologických hledisek. Vyznačují se nízkými výrobními, přepravními a montážními náklady. Náklady na jejich zakládání, podpěry a opěry jsou též nízké. Jejich výhodou je nízká vlastní tíha a jednoduchá a rychlá montáž. WOODEN FOOTBRIDGES AND BRIDGES CONSTRUCTIONAL SOLUTION Keywords Wooden footbridge, wooden bridge, timber structures, glued laminated timber, wood protection and maintenance, beam. Summary Wooden footbridges and bridges are particularly suitable for architectural, aesthetic and environmental aspects. They are characterized by low production, transportation and installation costs. The cost of founding and supports are also low. Their advantage is low self-weight and easy and quick mounting. 10