Nové plavební propusti na řece Mosela v Trieru a Zeltingenu
Obr. 1: Provozní zkouška plavební komory Zeltingen
Reference stručně popisuje návrh a stavbu dvou plavebních komor na řece Mosela. Při jejich návrhu byl v různé míře zohledněn celý životní cyklus staveb. Pro splnění podmínek použitelnosti zabudovaného betonu bylo nutné navrhnout zvláštní recepturu betonu a další betonážně-technologická opatření ke snižování teploty výchozích složek směsi. Obě stavby byly navrženy a posouzeny se softwarovou podporou.
Stručná prezentace reference plavební propusti na řece Mosela
Pro odlehčení stávajících plavebních komor se s pověřením vodoprávního a plavebního úřadu Trier a společného podniku „Joint venture novostavba 2. plavební komory Zeltingen“, který sdružuje stavební společnosti H. Schorpfeil Bau GmbH a J. Bunte Bauunternehmung GmbH & Co. KG, na řece Mosela, mezi městy Trierem a Koblencí, v roce 2014 a 2015 postupně budují dvě nové plavební komory. Oba stavební objekty jsou zhotoveny z monolitického betonu a mají shodné základní užitné parametry, tj. délku 210 m, šířku 12,5 m a výšku volného okraje 1,5 m s proměnnými výškami spádu od 6 do 9 m. Horní ohlaví leží ve stejné výšce. K napouštění, resp. vypouštění těchto vodních děl slouží postranní podélné kanály s vtokovými kanály ve stěnách komor. Dolní vrata jsou vzpěrná, horní vrata segmentová. Bez započtení materiálu na zřízení a zajištění stavebních jam, bylo při výstavbě obou plavebních komor zabudováno 40 000 m3 betonu a 5 000 tun výztuže.
Snížení počtu dilatačních a pracovních spár umožňuje hospodárnější provoz
Plavební komora Zelting byla zhotovena jako první a je již v provozu. Do její novostavby investovalo nejstarší německé město Zelting částku 45 mil. Eur. Rozpočet druhého stavebního objektu, plavební komory Trier, jehož výstavba v současnosti probíhá, představuje cca 65 mil. Eur. Předpokládaný termín uvedení do provozu je rok 2018. Důvodem zvýšených počátečních stavebních nákladů oproti dílu Zelting je promítnutí a zohlednění celého životního cyklu této vodní stavby do jejího návrhu, s cílem snížit v celkovém součtu náklady na její výstavbu, provoz, údržbu a opravy. Zkušenosti z jiných vodních staveb ukazují, že hlavní objem nákladů na opravy a údržbu přímo souvisí s množstvím dilatačních a pracovních spár v objektu. Proto byl u plavební komory Trier vznesen požadavek na maximální snížení jejich počtu.
Obr. 2: Stěny plavební komory s pracovní spárou v horním úseku stěny
Již velmi progresivní návrh plavební komory Zelting, rovněž s požadavkem na prodlouženou životnost její betonové konstrukce, předepisoval u tohoto 215 m dlouhého objektu pouze jednu průběžnou dilatační spáru na přechodu mezi oblastí vyrovnávacích nádrží vodní hladiny a dolním ohlavím. S tímto související náhlá změna v geometrii průřezu plavební komory vede na skokovou změnu v průběhu její tuhosti. U samotného dna komory a ve spodním části stěn s podélnými kanály konstrukce žádné další dilatační spáry nemá. Plavení komora č. 2 v Trieru jde v tomto ohledu ještě dál: celá stavba se má provést bez dilatačních spár. Při jejím návrhu a realizaci se pochopitelně využívají v maximální možné míře zkušenosti získané ze stavby Zelting.
Náročným návrhem betonových konstrukcí byli pověřeni inženýři ze společnosti KHP König und Heunisch Planungsgesellschaft z Frankfurtu nad Mohanem, SRN. V případě plavební komory Zelting se jednalo o návrh technicky řešených betonových konstrukcí včetně návrhu související infrastruktury. U komory Trier pak získala tato inženýrská kancelář zakázku na návrh nejen betonové konstrukce plavební komory, ale i na technické řešení stavební jámy. Další projekční a inženýrské práce na tomto projektu zajišťovaly společnosti INROS LACKNER AG a Schömig-Plan Ingenieurgesellschaft.
Obr. 3a Základní rozměry plavební komory a korespondujícího výpočetního modelu FEM
Obr. 3b Základní rozměry plavební komory a korespondujícího výpočetního modelu FEM
Přísně temperovaný beton
Během návrhu a provádění byl soustavně kladen důraz na celkový životní cyklus obou plavebních komor, což zásadním způsobem ovlivňovalo spolupráci všech účastníků projektu. Spolkový vodoprávní a plavební úřad (WSV) předepisuje splnění podmínek použitelnosti zabudovaného betonu dle směrnice ZTV-W 215 z roku 2004, resp. pro Trier z roku 2012. Dovolený teplotní rozsah tohoto stavebního materiálu je tímto silně limitován. Tato omezení platí jak pro max. teplotu v betonovém prvku, tak i pro teplotu čerstvé betonové směsi, která nesmí být během betonáže překročena. Ke splnění těchto podmínek, zejména v období betonáže během letních měsíců, musela být vyvinuta zvláštní receptura betonu. Kromě toho byla zapotřebí další betonážně-technologická opatření ke snižování teploty výchozích složek směsi.
Obr. 4a: Dílčí výpočetní model FEM horní části komory
Obr. 4b: Dílčí výpočetní model FEM horní části komory
Obr. 5a: Kombinace zatížení od vlastní tíhy, podzemní vody a teploty s výsledným průběhem deformací
Obr. 5b: Kombinace zatížení od vlastní tíhy, podzemní vody a teploty s výsledným průběhem deformací
Obr. 6a: Nutná výztuž z návrhu na ohyb a omezení šířky trhlin
Obr. 6b: Nutná výztuž z návrhu na ohyb a omezení šířky trhlin
Návrh a posouzení se softwarovou podporou
„Teplota betonu postavila naši společnost a ostatní účastníky projektu před mnohé výzvy, které jsme museli vyřešit“, vysvětluje Ing. Stefan Schum ze společnosti KHP. Rostoucí nerovnoměrná teplota betonu v průběhu tvrdnutí a okrajové podmínky konstrukce způsobují vynucené namáhání, které vede na vznik trhlin v raném stádiu. Na zaručení požadované životnosti a použitelnosti proto bylo úlohou expertů KHP hospodárně navrhnout odpovídající výztuž na omezení vzniku trhlin. Tato nutná výztuž vyplývá mj. z předpisu „Omezení šířky trhlin pro raná namáhání masivních vodních staveb“ z roku 2004, vydaného spolkovým úřadem pro vodní stavby.
Odbornou technickou supervizi svým frankfurtským kolegům rovněž poskytoval Prof. Dr.-Ing. habil. Nguyen Viet Tue z technické univerzity Graz, který současně vede Lipskou pobočku KHP.
Stanovení nutné výztuže dna komory si vyžádalo komplexní prostorový výpočetní model FEM, který zohledňoval časový průběh betonáže. Dále bylo zapotřebí zjistit množství nutné výztuže na zachycení podélného namáhání plavební komory a jejího vynuceného namáhání během provozu. Při řešení těchto úloh poskytnul inženýrům KHP důležitou podporu software RIBfem TRIMAS. V dílčím modelu horní části komory bylo zadáno a nelineárním výpočtem se změnou okrajových podmínek, tj. s vyloučení tahů v okolní zemině, řešeno 33 různých zatěžovacích stavů, vždy postupně v jejich celkem 43 možných nepříznivých kombinacích. „Pro návrhy na mezních stavech únosnosti a použitelnosti jsme samotné sestavení rozhodujících návrhových kombinací, tj. vlastní kombinační předpisy, do tohoto softwaru zadávali ručně. Tímto způsobem jsme mohli v softwaru TRIMAS navrhnout a posoudit všechny relevantní návrhové situace pro prostorový ohyb a normálové síly, posouvající síly, únavu a omezení trhlin u těchto tlustostěnných prvků.“, komentuje Stefan Schum a dodává:
„Softwarová řešení od RIB nám umožňují zejména při složitých technických podmínkách soustředit se na ekonomické požadavky našich zadavatelů“. Projektanti KHP se spoléhají již téměř 30 let na technologie statických výpočtů, návrhů a posuzování betonových konstrukcí od RIB, které tak prokazatelně přispěly k jejich úspěšnému zvládnutí četných a mnohdy napínavých projektů.
