Zkáza mostu Cypress Street Viaduct

• Foto

Se vstupem normy EN 1998 v platnost bude nutné při návrhu mostů provádět seismický výpočet na většině našeho území.

Dvoupatrový most Cypress Street Viaduct byl v době svého uvedení do provozu (1957) považován za jednu z nejbezpečnějších konstrukcí v oblasti San Francisca. Na konci osmdesátých let se začalo uvažovat o jeho zesílení v souvislosti s přesnějšími seismickými výpočty. Na zesílení mostu nebyly fi nanční prostředky, a proto bylo odloženo.

Zemětřesení Loma Prieta z 17. října 1989 most kompletně zničilo a zanechalo za sebou 42 obětí, z nichž se většina v okamžiku zemětřesení nacházela ve spodní úrovni dálnice, na niž spadla její horní úroveň.

Článek popisuje konstrukci a příčiny zkázy téměř tříkilometrového dvoupatrového mostu Cypress Street Viaduct.

ZEMĚTŘESENÍ LOMA PRIETA

17. října 1989 v 17:04:15 zasáhlo oblast San Francisca a zálivu Monterey zemětřesení o síle 7,1 stupňů Richterovy stupnice. Epicentrum se nacházelo 37,04 ° SŠ a 121,88 ° ZD, poblíž hory Loma Prieta v pohoří Santa Cruz, cca 14 km severovýchodně od města Santa Cruz a 96 km jiho-jihovýchodně od San Francisca. Podle hory Loma Prieta bylo posléze toto zemětřesení pojmenováno.

K zemětřesení došlo, když se pacifi cká a severoamerická deska posunuly o více než 2 m podél své hranice, Svatoondřejského zlomu. K trhlině došlo v hloubce 18 km pod zemí, rozšířila se na délku 35 km, nicméně zemského povrchu nedosáhla.

Zemětřesení Loma Prieta poškodilo 100 km od svého epicentra dva velké mosty. Zatímco příhradový most Bay Bridge na dálnici I80, spojující Oakland se San Franciscem, utrpěl relativně malé poškození, most Cypress Viaduct na dálnici I880, spojující Berkeley s Oaklandem, byl tímto zemětřesením kompletně zničen. Zemětřesení si vyžádalo životy 63 lidí a způsobilo škodu odhadovanou na 6–10 miliard amerických dolarů.

POPIS MOSTU CYPRESS STREET VIADUCT

Most Cypress Viaduct byl součástí tzv. Niemitzovy dálnice I880, spojující Oakland s Berkeley. Most vedl dálnici ve dvou úrovních nad sebou, čtyři pruhy severním směrem na spodní mostovce, čtyři pruhy jižním směrem na mostovce horní. Celková délka mostu byla 3 km, nejobvyklejší rozpětí pole činilo 36 m. Nosnou konstrukci tvořil sedmikomorový železobetonový nosník výšky 1,4 m.

Most podporovalo 83 rámových železobetonových pilířů o dvou stojkách. Z hlediska tvaru a konstrukčního uspořádání bylo pilířů celkem 11 typů. Během zemětřesení se jich zhroutilo celkem 48, z čehož bylo 29 (60 %) typu B1. Tento typ bude v textu dále popsán.

Pilíře byly založeny hlubinně na mikropilotách Ø 305 mm. Počet mikropilot pod pilíři byl proměnný, 18–35 kusů.

Schematický příčný řez mostu s pilířem B1 viz obr. 1.

Severní část mostu byla založena v měkkých mořských sedimentech, jižní část byla založena v píscích a štěrkopíscích. V severní části byly piloty v průměru cca 30 m dlouhé, zatímco v jižní části pouze 5 m.

POPIS PILÍŘŮ B1

Pilíře typu B1 se skládaly ze dvou polorámů. Spodní polorám se základem, stejně jako horní s dolním polorámem, byly spojeny vrubovým kloubem. Běžné rozměry pilíře B1 jsou uvedeny na obr. 1.

Vrchní vrubový kloub byl umístěn 0,69 m nad horním povrchem spodního polorámu v krátkém sloupu obdélníkového průřezu. Stojky vrchního polorámu měly proměnnou výšku: 0,91 m u vrubového kloubu, 1,22 m na konci náběhu v rámovém rohu při konstantní tloušťce 1,22 m.

Příčel horního polorámu měla stejné rozměry jako příčel spodního polorámu: výšku 2,44 m a šířku 1,22 m.

Způsob vyztužení pilíře typu B1 je naznačen na obr. 2 a 3, detail vrubového kloubu na obr. 4.

ZPŮSOB SELHÁNÍ MOSTU CYPRESS STREET VIADUCT

V místě ohybu horní výztuže spodního polorámu (8Ø57, viz obr. 3) byla velice robustní výztuž zahnuta do rámového rohu a v něm ukončena. Během zatížení zemětřesením se vyvinula plošná trhlina pod spojením horního a dolního polorámu. Trhlina směřovala od vnitřního líce sloupu vrubového kloubu směrem ven z konstrukce a kopírovala ohyb výztuže. Svislá výztuž spodního polorámu (opět z Ø57) končila v rovině horního povrchu spodního polorámu, nepokračovala do sloupu vrubového kloubu. Hustě uložené pruty armatury Ø57 nebyly důkladně provázány třmínky (pouze Ø12 á 305 mm), a tvořily tak plochu diskontinuity,snižující smykovou únosnost betonu.

Gravitační síla tlačila horní polorám po této ploše diskontinuity směrem ven z konstrukce, což vedlo k vývinu trhliny na spodním líci rámovéhorohu horního polorámu. Horní polorám, a tedy celá horní mostovkase následně zřítila na spodní mostovku.

Způsob selhání mostu Cypress Street Viaduct je ve třech krocích (A, B, C) schematicky znázorněn na obr. 5, obr. 6 a 7 zobrazují stav mostu po zemětřesení.

ZÁVĚR

Most Cypress Street Viaduct byl postaven v letech 1955–1957 podle tehdejších norem na návrh železobetonových konstrukcí v seismicky aktivních oblastech. Byl postaven kvalitně a až do osudného roku 1989 nevykazoval jakékoli problémy. Tento most a všechny ostatní na dálnici I880 byly robustní křehké konstrukce o velmi malé duktilitě.

Zemětřesení Loma Prieta ve svém důsledku způsobilo změnu způsobu navrhování mostů v seismicky aktivních oblastech. Konstrukce se navrhují duktilní, nosné prvky se mohou zničit, ale uspořádání výztuže musí zajistit dostatečnou zbytkovou životnost k evakuaci osob. Dvoupatrové konstrukce se nenavrhují.

Se vstupem normy EN 1998 v platnost bude nutné při návrhu mostů provádět seismický výpočet na většině našeho území. Uspořádání výztuže spodní stavby mostů bude muset splňovat konstrukční zásady pro návrh konstrukcí v seismicky aktivních oblastech.

Uvedené výsledky byly získány v rámci řešení Výzkumného záměru Stavební fakulty ČVUT MSM 6840770005.

LITERATURA:
[1] Kunnath, S. K., Gross, J. L.: Inelastic response of the Cypress Viaduct to the Loma Prieta earthquake, Engineering Structures, Vol. 17, No. 7, pp. 485–493, 1995
[2] Nims, D. K., Miranda, E., Aiken, I. D., Whittaker, A. S., Bertero, V. V.: Collapse of the Cypress Street Viaduct as a result of the Loma Prieta Earthquake, Report UBC/EERC-89/16, University of California at Berkeley, 1989
[3] Nakata, J. et al.: The October 17, 1989, Loma Prieta, California, Earthquake-Selected Photographs, U.S. Geological Survey, Digital data series DDS-29, 1999
[4] Housner, G. W., Thiel, C. C.: Competing against time: Report of the Governor’s Board of Inquiry on the 1989 Loma Prieta Earthquake, Earthquake Spectra, Vol. 6, No. 4, pp. 681–711, 1990

This paper describes the collapse of the Cypress Street Viaduct as a result of the Loma Prieta earthquake. The Cypress Street Viaduct collapsed on the 17th October 1989, leaving 42 dead behind.

Autor

• Doc. Ing. Foglar Marek PhD.