ABSTRAKT
Súčasným trendom v mostnom staviteľstve sa pri návrhu kotvenia mostných ríms čoraz viac uplatňuje nový progresívny typ nerezového riešenia kotvenia uvedený vo vzorových listoch č. VL4 401.14. Častým kritériom pre návrh kotvenia ríms býva všeobecne najčastejšie stanovená úroveň zachytenia zvodidla H2 alebo H3. Príspevok prezentuje porovnávaciu štúdiu statických účinkov od nárazu do zvodidiel a ich vplyv na návrh kotvenia ríms od viacerých výrobcov v rovnakej skupine úrovne zachytenia. Cieľom štúdie je tak poukázať veľmi široký rozsah zaťažovacích účinkov v rámci jednej kategórie úrovne zachytenia, čo sa prejavuje vo veľkých rozdieloch technického riešenia kotvenia, ako aj v jeho ekonomickom aspekte.
1                   ÚVOD
Mostná rímsa je konštrukčný prvok na okraji mostovky, fyzicky oddeľujúci  vozovku a priechodný prierez pre cestné vozidlá od ostatných súčastí mostu. Slúži predovšetkým na ukotvenie záchytných bezpečnostných zariadení (zvodidiel a zábradlí) a prevedenie chodníkov cez mostný objekt. Zároveň plní aj estetickú funkciu ukončenia nosnej konštrukcie po stranách.
Mostné rímsy patria medzi najviac namáhané časti mostnej konštrukcie, ktoré sú vystavené extrémnym podmienkam prostredia a zaťaženiu v prípade nárazu vozidla do zvodidiel.  S nosnou konštrukciou mosta sú spojené pomocou dodatočne inštalovaných kotiev. Funkciou kotiev ríms je predovšetkým zabezpečiť spoľahlivý prenos zaťaženia z mostnej rímsy do nosnej konštrukcie. Základným kritériom pre návrh kotvenia mostných ríms je vplyv od nárazu do zvodidiel podľa STN EN 1991-2, časť 4.7.3.3, ktoré je definované v tzv. Technickom predpise výrobcu zvodidla TPV. Zaťaženie môže byť v dokumente TPV definované:
a)                  hodnotami silových účinkov na stĺpik zvodidla,
b)                  hodnotami konkrétnych síl na kotvu vo vzdialenosti stĺpikov,
c)                  hodnotami silových účinkov na bm rímsy na dĺžke 6m.
Tieto zaťaženia sú zaťažením mimoriadnym. Výrobca hodnoty získava z meraní počas nárazových skúšok a z výpočtu únosnosti na medzi deštrukcie zvodidla (pri oceľových mostných zvodidlách s kotvenými stĺpikmi je to moment na medzi plasticity pätného prierezu stĺpika - s využitím charakteristickej medze prieťažnosti materiálu).
V súčasnosti sa viac než 80% projektov – novostavieb ako aj rekonštrukcií mostov s kotvením mostných ríms realizuje už pomocou nového progresívneho riešenia dodatočného kotvenia, pozri Obr. 1. Detail tejto technológie je v Slovenskej republike schválený aj vo vzorových listoch VL4 – Mosty pod listom č. VL4 401.14 [1, 3]. Kotvenie je charakterizované jednoduchou realizáciou lepených nerezových kotiev do otvorov vyvŕtaných cez položenú hydroizoláciu prostredníctvom certifikovaných lepiacich hmôt, ktoré zároveň zabezpečujú dokonalé utesnenie porušenej izolácie.
Pri návrhu kotvenia ríms touto technológiou sa vychádza z individuálneho návrhu zo silových účinkov definovaných v TPV výrobcu zvodidla. Z pohľadu návrhu kotiev ríms rozlišujeme viaceré kategórie zvodidiel ktoré sú definované pomocou tzv. úrovne zachytenia zvodidla. Úroveň zachytenia zvodidla možno definovať ako overenú veľkosť bočného nárazu vozidla, ktorému je schopné zvodidlo vzdorovať bez toho, aby bolo prekonané vozidlom, pri zabezpečení požadovanej hodnoty prudkosti nárazu a prijateľnosti správania sa zvodidla [2].

Obr. 1: Pohľad na detail a usporiadanie novej technológie kotvenia mostných ríms.

2               ÚROVEŇ ZACHYTENIA ZVODIDLA AKO KRITÉRIUM PRE NÁVRH KOTVENIA RÍMS
Pri návrhu kotvenia ríms na mostoch uvažujeme s tromi základnými kategóriami zvodidiel: úroveň zachytenia H2, úroveň zachytenia H3 a úroveň zachytenia H4. V praxi sa za posledné 3 roky u novostavieb, ale aj u rekonštrukcií najčastejšie stretávame s požiadavkou návrhu kotvenia ríms na úroveň zachytenia zvodidla H2 alebo H3.V jednotlivých skupinách úrovní zachytenia je viacero výrobcov zvodidiel, ktoré aj v rámci kategórie udávajú rozličné hodnoty síl zaťažení, ktoré následne vstupujú do návrhu kotvenia. Miera rozptylu týchto hodnôt zaťaženia je však tak významná, že účinky zaťažení v rámci jednej kategórie môžu byť pri niektorých výrobcoch až niekoľkonásobne vyššie v porovnaní s inými výrobcami.
V praxi sa pri novostavbách alebo rekonštrukciách mostoch často stáva, že pri zadaní návrhu kotvenia ríms v štádiu tendra – verejného obstarávania je zadaná iba úroveň zachytenia zvodidla vo všeobecnej forme. Práve už spomínaný široký rozptyl zaťažovacích účinkov v rámci rovnakej úrovne zachytenia podmieňuje otázku správneho určenia typu zvodidla, ktoré má byť rozhodujúce pre takýto návrh. Navyše pre každú geometriu rímsy, napr. úzku rímsu šírky 800 mm a širokú rímsu šírky 1500 mm, môže byť rozhodujúcim iný typ zvodidla resp. výrobca. Úroveň zaťažovacích účinkov má priamy vplyv na detailnú špecifikáciu kotvenia, ako je priemer a dĺžka kotiev, ich osová vzdialenosť a hĺbka osadenia (vŕtania). Ďalším nemenej dôležitým aspektom takéhoto zadania je aj ekonomický dopad riešenia, nakoľko počet kotiev ich priemer a dĺžka má zásadný vplyv na ekonomické porovnanie. Práve posledné skúsenosti viedli k spracovaniu štúdie porovnania účinkov v rámci celej skupiny úrovne zachytenia H2 a H3.

3                   PARAMETRICKÁ ANALÝZA
3.1      Porovnanie silových účinkov na kotvenie pre úroveň zachytenia H2, H3
Pre vybranú geometriu mostnej rímsy bola uskutočnená parametrická štúdia porovnania účinkov zaťaženia na kotvenie od výrobcov zvodidiel s úrovňou zachytenia H2 a H3. Celkovo bolo porovnaných spolu 43 typov zvodidiel, ktoré sú schválené Slovenskou správou ciest pre použitie na Slovensku. Z tohto počtu bolo analyzovaných 31 typov zvodidiel zo skupiny zachytenia H2 a 12 typov zvodidiel zo skupiny zachytenia H3. Ako prvé bolo uskutočnené porovnanie silových účinkov pre všetky typy zvodidiel na kotevný bod pre jednotný typ geometrie rímsy kotvy uvedenej na Obr.2. Pre účely štúdie bola vybraná tzv. úzka rímsa šírky 800 mm s jedným radom kotiev vo vzdialenosti od okraja nosnej konštrukcie 300 mm. Osová vzdialenosť kotiev pozdĺž rímsy bola uvažovaná 500mm.

Obr. 2: Schéma geometrie rímsy pre porovnanie silových účinkov na kotvu.

Z analýzy vyplývajú výrazné rozptyly silových účinkov na kotevný bod pre jednotlivé typy zvodidiel zo skupín zachytenia H2 a úrovne zachytenia H3, pozri Obr. 3.
Interval návrhových silových účinkov na kotvu pre úroveň zachytenia H2:
 NH2, min=24 kN a VH2, min=6,3 kN; N*H2, max=73,5 kN a VH2, max=16,5 kN, NH2, max=19,7 kN a
V*H2, max=41,3kN,
Interval návrhových silových účinkov na kotvu pre úroveň zachytenia H3:
NH3, min=40,3kN a V*H3, min=9,1 kN; N*H3, min=37,5kN a VH3, min=10,2 kN; N*H3,max=109,8 kN a
VH3, max=35,4 kN; NH2, max=49,2 kN a V*H2, max=70,8kN.
Hodnoty s * označujú min. a max. hodnotu na kotvu podľa ťahového alebo šmykové namáhania. Cieľom bolo tak poukázať na široký a navzájom prekrývajúci sa interval zaťažovacích účinkov na kotevný bod pre jednotlivé úrovne zachytenia zvodidiel, ako aj fakt, že pre niektoré typy zvodidiel z úrovne zachytenia H2 vykazujú vyššie účinky, ako niektoré typy zvodidiel z úrovne zachytenia H3. Pre účely návrhu kotvenia v procese verejného obstarávania by bolo v praxi vhodné používať stanovené priemerné hodnoty účinkov na kotvu pre jednotlivé úrovne zachytenia.
V analýze sa uvádzajú stanovené hodnoty priemerných účinkov na kotvu pre jednotlivé skupiny:
Pre úroveň zachytenia H2:
Pre úroveň zachytenia H3: .

Obr. 3: Porovnanie účinkov zaťaženia na kotevný bod pre úrovne zachytenia H2 a H3.

3.2      Porovnanie spotreby kotiev na 100m rímsy pre úrovne zachytenia H2 a H3
Druhá časť analýzy je venovaná porovnaniu spotreby kotiev na referenčnej dĺžke mostnej rímsy  100 m, pre úzku rímsu definovanú v prvej časti analýzy pre úrovne zachytenia H2 a H3, pozri Obr. 4. Analýza bola vykonaná v softvéri Profis Engineering [4]. Bol použitý typ kotvy: nerezová kotva tr. A4 M16 x 300mm, s chemickou epoxidovou hmotou na kotevnú hĺbku hef = 150 mm. Ako porovnávacie kritérium pre výpočet bolo stanovené posúdenie: využitie Ocele βs = 86 % a pre betón βc = 68%. Za takto stanoveného kritéria využitia bolo možné spoľahlivo určiť osové vzdialenosti kotiev pre jednotlivé typy zvodidiel. V tejto analýze sa rovnako ako v prvej časti porovnalo spolu 43 typov zvodidiel. Z toho bolo porovnaných 31 typov zvodidiel zo skupiny zachytenia H2 a 12 typov zo skupiny zachytenia H3. Aj táto druhá analýza zistila prekryv výsledných hodnôt jednotlivých typov zvodidiel pre obe úrovne zachytenia H2 a H3 pri rovnakom využití kotevného bodu. Pre geometriu rímsy pre typy zvodidiel platí, že pri vyššom zaťažení na meter bežný je potrebné navrhnúť hustejšie kotvenie t.j. s menšími osovými vzdialenosťami pri zachovanie kritéria rovnakého využitia ocele a betónu. Pre úroveň zachytenia H2 sú výsledky nasledujúce: max osová vzdialenosť: 1 m (100ks / mb rímsy) a min. osová vzdialenosť 0,35 m, čo zodpovedá (286 ks kotiev / mb rímsy). Pre úroveň zachytenia H3 je max. osová vzdialenosť 0,6 m (154 ks / mb rímsy) a min 0,2 m, čo zodpovedá (500 ks kotiev / mb rímsy). Štúdia zobrazuje rovnako aj priemerné hodnoty počtu kotiev pre geometriu úzkej rímsy. Pre úroveň zachytenia H2 ide o priemernú hodnotu počtu kotiev na 100 m rímsy:   a priemernú osovú vzdialenosť 0,55 m.
Pre úroveň zachytenia H3 ide o priemernú hodnotu počtu kotiev na 100 m rímsy:
  a priemernú osovú vzdialenosť 0,42 m.

Obr. 4: Porovnanie spotreby kotevných bodov na 100 m rímsy pre zvodidlá úrovne zachytenia H2 a H3 pri rovnakom namáhaní kotiev.

4          Záver
Nové riešenie kotvenia ríms sa v súčasnej dobe aplikuje v praxi v čoraz väčšej miere na projektoch novostavieb, ako aj rekonštrukcií mostov. Neodmysliteľnou súčasťou tohto riešenia je individuálny návrh kotvenia ríms, ktorý podľa presného typu zvodidla definuje návrhovú odolnosť kotvenia na účinky zaťaženia od nárazu do zvodidla. V priebehu výstavby projektu sa pomerne často aplikuje aj zmena zvodidlového systému na vyššiu úroveň, prípadne v priebehu verejného obstarávania presný typ zvodidla nie je známy, je známa len úroveň jeho zachytenia. Práve preto hlbšia znalosť rozdielov zaťažovacích účinkov v závislosti na type zvodidla je kľúčová pre bezpečný a optimálny návrh kotvenia ríms tohto často používaného riešenia. V príspevku bol odprezentovaný  široký rozptyl zaťažovacích účinkov na kotevný bod pre jednotlivé úrovne zachytenia zvodidiel H2 a H3. Jednotlivé intervaly zaťažovacích účinkov navzájom presahujú intervaly kategórie oboch úrovní zachytenia. Taktiež je dôležitý aj fakt, že pre niektoré typy zvodidiel z úrovne zachytenia H2 výsledky vykazujú vyššie účinky na kotvy, ako na niektoré typy zvodidiel z úrovne zachytenia H3. Práve stanovenie priemerných hodnôt zaťaženia na meter bežný rímsy pre úrovne zachytenia zvodidiel H2 a H3 môže pomôcť pri efektívnom dimenzovaní návrhu kotvenia. Analýza zaťažovacích účinkov a vhodné porovnanie kľúčových parametrov zaťaženia prispievajú v procese návrhu kotvenia k výberu optimálnemu finálneho zvodidlového systému stavby.

Jozef Kšiňan[1], Adam Petrík[2], Štefan Choma[3]

[1] Ing. PhD., Hilti Slovakia spol. s r.o. Galvaniho 7, 821 04 Bratislava, e-mail: jozef.ksinan@hilti.com
[2] Ing. PhD., Hilti Slovakia spol. s r.o. Galvaniho 7, 821 04 Bratislava, e-mail: adam.petrik@hilti.com
[3] Ing., CEMOS, spol. s. r.o., Mlynské nivy 70, 821 05 Bratislava, e-mail: choma@cemos.sk 

Literatúra
[1]          MINISTERSTVO DOPRAVY A VÝSTAVBY SR, SEKCIA CESTNEJ DOPRAVY A POZEMNÝCH KOMUNKÁCIÍ: Vzorové listy stavieb pozemných komunikácií VL 4 – Mosty. Bratislava, 2021.   
[2]          STN EN 1317-2 : Záchytné bezpečnostné zariadenia na pozemných komunikáciách.. Časť 2.: Výkonnostné triedy, preberacie kritériá na nárazové skúšky a skúšobné metódy pre zvodidlá vrátane zábradľových zvodidiel. Bratislava, 2011.
[3]          KŠIŇAN, J. – BRLIŤ, F. – KROČKA, J.: Dodatočné zosilnenie kotvenia mostných ríms cez hydroizoláciu. HYDROIZOLÁCIE MOSTOV, TUNELOV a iných objektov inženýrských stavieb.: 2023.
[4]          Profis Engineering [softvér]. Dostupný na https://profisengineering.hilti.com