Posouzení pohybové kapacity
Společnost mageba je první společností, která získala Evropské technické posouzení (ETA) podle ETAG 032 [1 až 8] pro ocelové dilatační závěry, a proto je také prvním dodavatelem na světě, který je schopen takové dilatační závěry poskytnout v plném souladu s ETAG 032. Základem pro související označení CE je ETA-17/0612 [9], udělené 13.07.2017 ústavem OIB (Rakouský ústav stavebního inženýrství) v kombinaci s „Osvědčením stálosti vlastností“, vydaným oznámeným subjektem podle Nařízení o stavebních výrobcích (CPR) [10].
1. ÚVOD
Tímto způsobem společnost mageba prokázala, že splňuje obecné požadavky, týkající se ETAG 032, platné pro různé typy dilatačních závěrů, včetně jednoprofilových závěrů typu RS a lamelových závěrů s a bez sinusových desek pro redukci hluku a konzolových hřebenových závěrů. Konkrétní postup posuzování pro získání ETA, vztahující se k těmto typům dilatačních závěrů pro silniční mosty, byl zahájen společností mageba již v roce 2015 a dokončen pro ETA-17/0612 pro závěry s jednoduchým těsněním spáry.
Společnost mageba pokračovala v úsilí o posouzení zejména lamelových dilatačních závěrů typu LR za neustálého přizpůsobování se nejnovějším návrhům EAD [11 až 16]. Díky tomu se mageba stává jediným dodavatelem lamelových dilatačních závěrů, které uspěly ve všech zkouškách podle konečného návrhu EAD 120113-00-0107 [16] a v současné době jsou plně připraveny k předložení ETA. Tyto zkoušky pokrývají zejména následujícího:
- Statická zkouška – mechanická odolnost výrobku, představovaná zkušebními metodami pro komponenty
- Dynamická zkouška – odolnost proti únavě a opotřebení výrobku, představovaná zkušební metodou pro komponenty
- Terénní dynamické hodnocení a zkouška
- Upevnění těsnicích prvků, představované zkušební metodou pro komponenty
- Posouzení odolnosti proti únavě na základě zkoušky
- Posouzení pohybové kapacity
Toto úsilí a výsledky úspěšných zkoušek byly brány v úvahu pro další velké projekty, týkající se zejména návrhů podle ETAG 032. Takové úřední schválení shody bylo uděleno např. pro dosud největší lamelové závěry se sinusovými deskami pro snížení hluku (LR23-LS100 s 23 těsněními) dodávanými společností mageba pro projekt Forth Replacement Crossing Bridge ve Skotsku. Do projektu byl zapojen expert, jmenovaný organizací OIB pro znalecký posudek ohledně souladu s ETAG 032, resp. nahrazující EAD.
2. AKTUÁLNÍ STAV ETAG 032
Zatímco společnost mageba připravovala hodnocení, zahrnující různé testy podle ETAG 032, byl zahájen přechod ETAG 032 (všechny části) na Evropské hodnotící dokumenty (EAD), jak je uvedeno v seznamu „ETAG a jejich číslování jako EAD“, zveřejněném organizací EOTA [17]. Společnost mageba a další dodavatelé lamelových dilatačních závěrů aktivně přispívají v pracovní skupině (WG), která se přechodem zabývá. Přestože se mandát pracovní skupiny WG týká přechodu výhradně bez technických změn dokumentu, ukázalo se, že evropský hodnotící dokument poskytne významná vylepšení. Následně se ukázalo jako jednoznačně výhodné pro zákazníky a dodavatele lamelových dilatačních závěrů počkat na citaci převedeného EAD místo pokračování podle ETAG 032, který bude již brzy nahrazen. Pokrok v případě EAD 120113-00-0107 [16] (nahrazující ETAG 032 část 8 lamelové dilatační závěry [8]) byl rychlý a citace Evropské komise se očekává na jaře 2020. Stejně tak všichni dodavatelé lamelových dilatačních závěrů zaměřili své úsilí na ETA na základě nového EAD a žádný z nich nepokračoval nebo dokonce neobdržel ETA s odkazem na ETAG 032 část 8.
3. APLIKACE ETAG 032 V ČLENSKÝCH STÁTECH EU
CPR definuje dokumenty EAD a ETAG, používané jako EAD jako „harmonizovanou evropskou specifikaci“, která je koordinována mezi všemi členskými státy EOTA a nesmí být v rozporu s národními normami. Tímto způsobem lze dilatační závěry s uděleným ETA podle ETAG 032 obecně uvádět na trh v Evropském hospodářském prostoru (EHP) a národní normy specifikují pouze použití a aplikaci a/nebo další aspekty, na které se nevztahuje ETAG 032. Metody posuzování včetně Posuzování a ověřování stálosti vlastností (AVCP) nelze měnit podle národních předpisů.
Různé národní normy a předpisy v členských státech EU odkazují na ETAG 032 nebo kopírují jeho základní části. Konkrétně byly zavedeny následující:
- Český TP 86, zaveden v roce 2009
- Rakouská ÖNorm B4031, zavedena v roce 2018
- Nizozemský RTD 1007, zaveden v roce 2013
- Rumunský AND 590, zaveden v roce 2016
V současné době se připravují další národní specifikace. Patří sem jeden z nejstarších a nejznámějších předpisů pro dilatační závěry, německý TL / TP FÜ [18], zavedený již v roce 1992 a v současné době používaný ve své revizi z roku 2005 [19]. Očekává se, že nová revize TL / TP FÜ, založená na ETAG 032 respektive na přenesených EAD, bude zveřejněna v roce 2020. Kromě členů Evropské unie, respektive členů EOTA (včetně např. Švýcarska), uznávají mnohé autority hodnoty ETAG 032 a uvádějí je v různých obecných a projektových specifikacích. Tímto způsobem získává ETAG 032 mezinárodní význam a má potenciál stále více nahrazovat jiné specifikace, jako je AASHTO LRFD Bridge Design [21] a specifikace Construction [22].
4. ROLE SUBJEKTU PRO TECHNICKÉ POSUZOVÁNÍ A NOTIFIKOVANÉ OSOBY
EOTA v současnosti uvádí seznam [23] 33 subjektů pro technické posuzování (TAB) v oblasti „Vybavení komunikací: Silniční vybavení“, které mají vztah k ETAG 032 podle seznamu EOTA [24]. Jen málo z nich má odborné znalosti v oblasti dilatačních závěrů pro silniční mosty nebo se může odkazovat na přiměřené zkušenosti. OIB s výkonnými členy, zapojenými do vývoje ETAG 032 od samého začátku a poskytující předsedu pracovní skupiny, pověřené přechodem ETAG 032 na EAD, patří k těm s nejvyšší odborností v oblasti dilatačních závěrů pro silniční mosty. Kromě této konkrétní odborné znalosti OIB spolupracuje s dalšími odborníky v této oblasti, podporujícími hodnocení. Kontrola návrhových výpočtů je podporována nezávislými specialisty ze společnosti Fritsch Chiari an Partner (FCP), např. poskytování sofistikovaných inženýrských služeb a průzkumu se zvláštním zaměřením na dilatační závěry po celá desetiletí. Testování provádějí nezávislí a renomovaní odborníci, jako je např. Ústav pro testování materiálů a výzkum (MPA Karlsruhe). MPA Karlsruhe např. prováděla zkoušky pro různé výrobce na základě různých standardů a národních akreditací dilatačních závěrů pro silniční mosty v rámci jejich 100leté historie zkušebnictví stavebních výrobků.
Bez takového zapojení odpovědnosti odborníků, respektive rozhraní včetně „principu minimálně čtyř očí“ mezi základními úkoly, jako je testování, kontrola a hodnocení, nemohou být zajištěny nebo vedeny jinak povinné systémy zabezpečování kvality ve zkušebnictví, jako je EN ISO / IEC 17025 [25].
Totéž platí pro oznámený subjekt (NB), který zajišťuje kontrolu třetích stran na základě kontrolních plánů, definovaných subjektem pro technické posuzování udělujícím ETA. V současné době má akreditaci 7 oznámených subjektů jako NB pro dilatační závěry pro silniční mosty podle ETAG 032. Jen málo z nich má zkušenosti v oblasti dilatačních závěrů nebo bylo v minulosti přizváno jako třetí strana ke zkouškám na základě jiných národních norem a předpisů, jako např. TL / TP FÜ. Různé oznámené subjekty (NB) dohlíží na výrobce v souvislosti s ETA, které byly vydány stejným oznámeným subjektem (NB), jednajícím jako Subjekt pro technické posuzování (TAB), včetně definování kontrolních plánů, které neberou v úvahu nezávislost oznámeného subjektu (NB) a přestávají odhalovat chyby při interpretaci norem, hodnocení a dokonce i samotných ETA.
Koordinace mezi různými odborníky v rámci jejich konkrétního zaměření (testování, inženýrství, hodnocení a dohled) je považována za životně důležitý aspekt pro zajištění plného využití odborných znalostí a vzájemné kontroly. To byl v minulosti důležitý princip při aplikaci TL / TP FÜ v Německu, např. včetně stanovení vyhrazených zkušebních laboratoří a kontrolorů s dostatečnou odborností. CPR nyní přesouvá tuto odpovědnost na výrobce a zákazníka, pokud národní normy a předpisy v tomto ohledu neposkytují další aspekty.
5. STATICKÉ ZKOUŠKY
Statické zkoušky, týkající se mechanické odolnosti výrobku představované zkušební metodou pro komponenty, se týkají zejména dotvarování a relaxace komponentů, používaných pro lamelové závěry. Předpětí kluzného systému, spojujícího lamely s traverzami, je životně důležitým aspektem celkového výkonu lamelového dilatačního závěru. U všech dilatačních závěrů dochází k určitému svislému vzestupu v okamžiku, kdy kolo ztratí kontakt s prvky nesoucími zatížení, jako jsou lamely nebo prsty prvků snižujících hluk. EAD 120113-00-0107 pro lamelové závěry vyžaduje stanovení tohoto zdvihu a dynamických součinitelů na základě dynamického posudku, založeného na polních zkouškách (srovnání 7.), zatímco u většiny ostatních typů se připouští horní prahová hodnota 30 %. Speciální kinematika lamelových závěrů neumožňuje definovat takové horní prahové hodnoty. Dopad zatížení na kluzná ložiska je výsledkem návrhového zatížení, vynásobeného zjištěnými dynamickými součiniteli, které působí na předpjatý kluzný systém spojení lamely s traverzou a připojení traverzy ke konstrukci v podpěrné krabici. Vztlak působící na kluzná ložiska je daný účinek zatížení, násobený zjištěnou hodnotou zdvihu. Dotvarování a relaxace, které kluzná ložiska vykazují, snižují efektivní předpětí těchto spojů a mohou vést k dekompresi (vzniku mezery), pokud s nimi není uvažováno. Zejména odolnost proti únavě nebude zajištěna v případě takto v důsledku dekomprese „uvolněných“ spojů. Zkouška zahrnující provozní, únavové a konečné zatížení je podrobně popsána v EAD 120113-00-0107, příloha C a vyžaduje použití speciálních komor (viz obr. 1), aby byly zohledněny vlivy teploty.
6. DYNAMICKÉ ZKOUŠKY
Dynamické zkoušky odolnosti proti únavě a opotřebení výrobku, představované zkušební metodou pro komponenty, se týkají zejména kluzných součástí, používaných pro lamelové závěry. Odolnost proti opotřebení a zatížení ovlivňuje trvanlivost lamelových dilatačních závěrů, respektive údržbu takových závěrů, kdy související kluzná ložiska a kluzné pružiny jsou považovány za vyměnitelné díly podle tabulky 2 EAD 120113-00-0107. Pro tyto konstrukční části platí Kategorie „B“, která musí zajistit nejméně 0,5násobek plánované životnosti celého závěru, to je 25 let u těchto konstrukčních částí na základě doporučených 50 let pro sestavu (celý dilatační závěr). Kromě velkých naakumulovaných pohybů, souvisejících s tak dlouhou životností, to jasně souvisí s velmi vysokým počtem zatěžovacích cyklů. Proto je doporučena druhá fáze, při které má být pomocí zkoušky na 5 × 106 cyklů zajištěna neomezená životnost na únavu. Mageba testovala kluzné pružiny a kluzná ložiska podle fáze 1, popsané v EAD 120113-00-0107, příloha D, až do 9 km akumulované kluzné dráhy s dvojnásobnou amplitudou až do 1 m (viz obr. 2a), čímž byla prokázána stabilita a nízké tření a také výsledek bez známek opotřebení. Následně byla kluzná ložiska zkoušena podle fáze 2 (viz obr. 2b) na únavové zatížení, upravené v souladu s výsledky dynamického posouzení provedeného na základě polních zkoušek (viz 7.). Tato zkouška na 5 × 106 cyklů vedla k méně než 2,4 % změny výšky. Obě fáze vyžadují aktivní regulaci teploty celé zkušební sestavy.
7. DYNAMICKÉ POSOUZENÍ A POLNÍ ZKOUŠKY
Dynamické posouzení a polní zkoušky se týkají zejména dynamického chování dilatačních závěrů, které je zjišťováno pojezdovými zkouškami stanovenými pro každý typ a systém, použitelnými pro řadu podobných chování. Zejména vertikální dynamické účinky, zdvih, přenos horizontálního na vertikální zatížení a koeficienty horizontální odezvy mají významný dopad na zatížení, která je třeba vzít v úvahu při únavových výpočtech, jakož i na zatížení použitá při zkouškách. Kromě EAD 120113-00-0107 [16] pro lamelové závěry poskytují všechny ostatní EAD [11 až 15] týkající se dilatačních závěrů pro silniční mosty výchozí hodnoty, které lze použít namísto hodnot zjištěných pojezdovými zkouškami. Výsledky dynamického posouzení a polních zkoušek však lze použít pro většinu typů téměř stejně jako pro lamelové závěry. Pro všechny takové zkoušky je nezbytné do detailu splnit požadavky dané příslušným EAD, jako v EAD 120113-00-0107, příloha E pro lamelové závěry. Zejména všechny dynamické vlivy vyžadují zvláštní pozornost, jako je rovnoměrnost kvality vozovky minimálně 30 m před a za instalovaným vzorkem dilatačního závěru. Prokázání těchto kritérií vyžaduje definovanou připravenou vozovku, jakož i velmi speciální odborné znalosti a vybavení v oblasti povrchů vozovek a zpracování dat. Podobné platí pro dynamická měření účinků nákladních vozidel při různých rychlostech, při maximálním zrychlení a maximálním brzdění. Měření v terénu pomocí tenzometrů, akcelerometrů a laserových signálů, jakož i statistické vyhodnocení dat, vyžaduje zvláštní odbornost, kterou může nabídnout jen málo odborníků, zejména pokud má pokrýt zkušenosti spojené s dynamickým posouzením dilatačních závěrů. Zkušební kampaň společnosti mageba s různými partnery trvala několik týdnů, než byly provedeny tyto zkoušky pro různé typy dilatačních spojů, jako je jednoprofilový závěr (s jednoduchým těsněním spáry), hřebenový závěr a lamelový závěr s prvky redukujícími hluk a bez nich (viz obr. 3).
8. UPEVNĚNÍ TĚSNICÍCH PRVKŮ, PŘEDSTAVOVANÉ ZKUŠEBNÍ METODOU PRO KOMPONENTY
Upevnění těsnicích prvků, představované zkušební metodou pro komponenty, se týká zejména těsnicích prvků aplikovaných pro mostní závěry s jednoduchým těsněním spáry a lamelové závěry. Zkouška je specifikována v EAD 120709-00-0107, příloze D a F resp. EAD 120113-00-0107, příloze F a týká se řádného upevnění a mechanické odolnosti, jakož i vodotěsnosti a čistitelnosti. Specifické cykly částečně kombinující podélný, příčný a svislý pohyb, musí být prováděny pod stálou kontrolou, pokud jde o správné upevnění, přičemž u některých cyklů je těsnicí prvek naplněný pískem, aby byly simulovány nečistoty nebo voda a aby byla přezkoušena vodotěsnost. Společností mageba byly testovány nové a uměle stárnuté těsnicí prvky, jakož i speciální detaily jejich připojení (viz obr. 4).
9. POSOUZENÍ ODOLNOSTI NA ÚNAVU ZKOUŠKOU
Posouzení odolnosti na únavě zkouškou se týká zejména detailů, které lze jen obtížně posoudit pouze výpočtem, jako je ukotvení dilatačních závěrů do betonových konstrukcí. Vzhledem k tomu, že tyto prvky nelze vyměnit a předpokládá se plánovaná životnost 50 let, měla by být neomezená odolnost na únavu pokryta počtem zatěžovacích cyklů 5 × 106. Aby bylo pokryto účinné chování zkoušeného typu a systému dilatačního závěru, musí být zkušební zatížení opět založeno na únavovém zatížení, upraveném podle výsledků dynamického posouzení provedeného na základě polních zkoušek (viz 7.). Zvláštní pozornost je třeba věnovat simulaci otisku kol pro správnou aplikaci zatížení (viz obr. 5).
10. POSOUZENÍ POHYBOVÉ KAPACITY
Posouzení pohybové kapacity je vyžadováno pro všechny typy dilatačních závěrů pro silniční mosty a je stanoveno v EAD 120109-00-0107, příloha D.3 (na kterou odkazují ostatní EAD). Zkouška musí zahrnovat plnou pohybovou kapacitu dilatačního závěru v několika cyklech částečně kombinujících podélné, příčné a svislé pohyby a případně rotace. Zejména pro velmi velkou pohybovou kapacitu je taková zkouška velmi náročná a vyžaduje velmi speciální zkušební zařízení. Společnost mageba použila toto zařízení k zkoušku lamelového dilatačního závěru s 18 těsnícími profily s prvky pro snížení hluku a bez nich a s celkovou kapacitou posunu až 1 800 mm v podélném směru, 900 mm v příčném směru a 90 mm ve vertikálním směru (viz obr. 6).
11. ZÁVĚR
První aplikace ETAG 032, resp. nahrazující EAD, prokázaly jejich vysokou úroveň, pokud jde o uvažované konstrukční požadavky, ve srovnání s jinými v současné době používanými předpisy pro dilatační závěry pro silniční mosty. Tato vysoká návrhová úroveň, v kombinaci s náročnými a rozsáhlými zkušebními postupy, poskytuje novou úroveň bezpečnosti, robustnosti a trvanlivosti dilatačních závěrů sloužících správci mostu a veřejnosti obecně. Přesto však národní předpisy mají důležitou roli při definování použití a využití dilatačních závěrů podle ETAG 032 a dalších aspektů, na něž se nevztahuje ETAG 032. Tyto národní předpisy a ETA se musí odkazovat na EAD nahrazující ETAG 032 s cílem docílit vetší komplexnosti specifikace a následného plnění Nařízení o stavebních výrobcích (CPR). Subjekt pro technické posuzování (TAB) má zvláštní roli jako klíčový prvek při zajišťování deklarovaných vlastností podle udělené ETA. S ohledem na složitost úkolu posuzování se jeví nejen důležité, ale přímo nevyhnutelné, zapojit i další odborníky, protože žádný subjekt pro technické posuzování nemá rozsáhlé odborné znalosti, týkající se formalit, engineeringu, zkoušení, měření a zpracování dat (vedle mnoha dalších výzev). Dilatační závěry a zejména jejich podrobné zkoušení představují velmi specifickou oblast s velmi malým počtem dostupných odborníků, které musí TAB zapojit do koordinace s výrobcem dilatačního závěru. Totéž platí pro následné posuzování a ověřování stálosti vlastností (ACVP) notifikovanou osobou (NB). Zvláštní odborné znalosti a nezávislost TAB a NB poskytnou základ pro dohled nad hodnotami, uvedenými dodavatelem.
Dr. Simon Hoffmann
mageba SA,
Ing. David Jelínek
mageba CS s. r. o.
LITERATURA:
[1] ETAG 032 Part 1 GENERAL, květen 2013
[2] ETAG 032 Part 2 BURIED EXPANSION JOINTS, květen 2013
[3] ETAG 032 Part 3 FLEXIBLE ASPHALTIC PLUG EXPANSION JOINTS, květen 2013
[4] ETAG 032 Part 4 NOSING EXPANSION JOINTS, květen 2013
[5] ETAG 032 Part 5 MAT EXPANSION JOINTS, květen 2013
[6] ETAG 032 Part 6 CANTILEVER EXPANSION JOINTS, květen 2013
[7] ETAG 032 Part 7 SUPPORTED EXPANSION JOINTS, květen 2013
[8] ETAG 032 Part 8 MODULAR EXPANSION JOINTS, květen 2013
[9] ETA-17/0612 mageba Tense®Grip Type RS, uděleno 17. 7. 2017
[10] Construction Product Regulation, předpis (EU) č. 305/2011 z března 2011
[11] EAD 120093-00-0107 FLEXIBLE ASPHALTIC PLUG EXPANSION JOINTS FOR ROAD BRIDGES, prosinec 2019
[12] EAD 120109-00-0107 NOSING EXPANSION JOINTS FOR ROAD BRIDGES, prosinec 2019
[13] EAD 120110-00-0107 MAT EXPANSION JOINTS FOR ROAD BRIDGES, prosinec 2019
[14] EAD 120111-00-0107 CANTILEVER EXPANSION JOINTS FOR ROAD BRIDGES, prosinec 2019
[15] EAD 120112-00-0107 SUPPORTED EXPANSION JOINTS FOR ROAD BRIDGES, prosinec 2019
[16] EAD 120113-00-0107 MODULAR EXPANSION JOINTS FOR ROAD BRIDGES, prosinec 2019
[17] ETAGs and their numbering as EADs, EOTA Publication January 2019
[18] TL / TP FÜ 92, Technical delivery and inspection specifications for watertight expansion joints, release 1992
[19] TL / TP FÜ 05, Technical delivery and inspection specifications for watertight expansion joints, release 2005
[20] TL / TP FÜ 20, Technical delivery and inspection specifications for watertight expansion joints, draft 2020
[21] AASHTO LRFD Bridge Design specification, 8th Edition, September 2017
[22] AASHTO LRFD Construction specification, 4th Edition, 2017
[23] https://www.eota.eu/en-GB/content/how-to-find-a-tab/55/, naposledy navštíveno 18. 2. 2020
[24] Categorization of ETAGs in the product areas according to Annex IV Regulation (EU) No 305/2011, leden 2014
[25] EN ISO/IEC 17025:2017 Accreditation of conformity assessment bodies
