(Ne)bezpečné stožáry veřejného osvětlení

Stožáry veřejného osvětlení jsou každodenní součástí našeho života, lemují silnice, ulice, parkoviště a my je vnímáme jako bezpečné, protože bezpečnost stožárů rovná se bezvětří. Ale vichřice o rychlosti větru 100 km/h donutí člověka uchýlit se do bezpečí domova a ten pak nevnímá chování stožárů, které tuto šanci nemají. Vítr má tu specifickou vlastnost, že jde o nahodilý jev opírající se o pravděpodobnost výskytu během životnosti stožáru a tento stav může nastat za rok nebo za 25 let.

Bezpečnost

Ocelové osvětlovací stožáry jsou stavební výrobky vyráběné podle ČSN EN 40-5, které jsou dodávané na trh na základě nařízení Evropského parlamentu a Rady EU č. 305/2011 (CPR), kterým se stanovují harmonizované podmínky pro uvádění všech stavebních výrobků. Základní požadavky na vlastnosti stavby jsou formulovány tak, aby stavby jako celek, ale i jejich jednotlivé části vyhovovaly zamýšlenému použití, a to jak při běžné údržbě, tak po celou dobu ekonomicky přiměřené životnosti. Nařízení specifikuje sedm základních požadavků, z nichž nejdůležitější pro ocelové osvětlovací stožáry jsou mechanická odolnost a stabilita, bezpečnost při užívání a životnost.

Obr. 1. Součinitel C_e(z) závislý na kategorii terénu a na výšce lokality nad terénem

Bezpečnost osvětlovacího stožáru je charakterizována jeho vlastnostmi, které vyplývají z návrhu jeho konstrukce jako kompletního stavebního výrobku, který plní ještě další funkce. Jde o elektrické zařízení, které také funguje jako nosná konstrukce svislého dopravního značení a dalších dodatečných zatížení (signalizace, reklamy, závěsy, výzdoba). Hlavními z požadavků na bezpečnost konstrukce je mechanická odolnost a stabilita, které jsou spolu s dalšími základními požadavky na stavební výrobek deklarovány v prohlášení o vlastnostech (PoV) – specifikováno v příslušné předmětové normě (Příloha ZA.1 Předmět a příslušné charakteristiky). Prohlášení o vlastnostech, které zavádí nařízení (CPR) jako nezbytný předpoklad pro označení výrobku CE, uvádí vlastnosti stavebního výrobku ve vztahu k základním charakteristikám daného výrobku, a to v souladu s příslušnou harmonizovanou technickou specifikací. Nařízení tímto respektuje zvláštní povahu stavebních výrobků, které jsou v podstatě meziprodukty určené k zabudování do staveb.

Nesplnění základního požadavku č. 4 – bezpečnost při užívání mohou způsobit vady na různém stupni procesu: návrh, zadání, projekt, realizace, užívání, údržba.

Obr. 2. Osvětlovací stožár s výložníkem a svítidlem: a) foto instalace,
b) výsledky výpočtu pro instalaci

Návrh osvětlovacího stožáru

Návrh konstrukce v podstatě spojujedva stavy, a to zatížení a únosnost, jejichž výsledkem je bezpečnost. Charakteristická zatížení osvětlovacích stožárů stanovuje ČSN EN 40-3-1, která definuje zatížení větrem pro návrh osvětlovacího stožáru nepřesahujíciho výšku 20 m. Základní publikací je ČSN EN 1991-1-4 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-4: Zatížení větrem a splnit její hlavní požadavky je nezbytné pro vypracování návrhu konstrukce. Tyto požadavky úzce souvisejí s použitím stožáru. Optimalizace návrhu vychází ze zadání větrné oblasti, kategorizace terénu (zastavěnosti) a topografie terénu (členitosti). Zatížení osvětlovacího stožáru je dáno silami od tlaku větru a stálého zatížení, což představuje tíhu výložníku a svítidel, popř. další přídavná zatížení.

Vodorovná síla od tlaku větru (N)

F_c = A_ccq(z)                                              (1)
kde
A_c je plocha průmětu úseku stožáru do svislé roviny kolmé ke směru větru (m²),
c tvarový součinitel úseku
q(z) charakteristická hodnota tlaku větru ve výšce těžiště úseku stožáru.

Charakteristická hodnota tlaku větru (N/m²)

q(z) = δβfC_e(z)q(10)                             (2)
kde
q(10) je referenční tlak větru,
δ součinitel závislý na velikosti stožáru,
β součinitel závislý na dynamickém chování stožáru,
f součinitel topografie,
Ce(z) součinitel závislý na kategorii terénu a na výšce lokality nad terénem.

Referenční tlak větru q(10) vyjadřuje vliv zeměpisné polohy osvětlovacího stožáru.

q(10) =0,5ρC_S²V_ref                                  (3)
kde
V_ref je desetiminutová střední rychlost větru ve výšce 10 m nad terénem kategorie terénu II s pravděpodobností ročního překročení 0,02 (tj. se střední dobou návratu 50 let),
C_s součinitel, který transformuje V_ref pro jiné roční pravděpodobnosti překročení než 0,02; pro osvětlovací stožáry se uvažuje střední doba návratu 25 let (C_s = 0,96), 
ρ hustota vzduchu 1,25 kg/m³.

Norma ČSN EN 40-3-3 stanovuje požadavky na ověření návrhu osvětlovacího stožáru výpočtem pro stožáry o výšce nepřesahující 20 m. Používané výpočty jsou založeny na zásadách mezních stavů, kde je účinek zatížení násobený součinitelem srovnání s příslušnou odolností konstrukce. Uvažují se dva mezní stavy: 
– mezní stav únosnosti, který odpovídá únosnosti osvětlovacího stožáru, 
– mezní stav použitelnosti, který se vztahuje na průhyby osvětlovacího stožáru v provozním stavu.
Základní publikací je ČSN EN 1993-1-1 eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby.

Vypočtené ohybové momenty se zkombinují v jeden ohybový moment Mp, který vyjadřuje nejnepříznivější účinek zatížení v uvažovaném průřezu stožáru
                                      (4)
a) únosnost v ohybu (Nm)

             (5)

b) únosnost v kroucení (Nm)
                                    (6)

Osvětlovací stožáry jsou navrhovány pro II. větrnou oblast (rychlost větru 25 m/s), která v České republice procentně zaujímá největší plochu, a pro kategorii terénu II. Za návrh konstrukce osvětlovacího stožáru zodpovídá výrobce, a to po dobu jeho návrhové životnosti. Z uvedeného návrhu vyplývají dvě možnosti, jak zajistit bezpečnou instalaci osvětlovacího stožáru:
– výrobce deklaruje v prohlášení o vlastnostech základní charakteristiky (tab. 1), které vycházejí z návrhu konstrukce a obsahují dovolené zatížení (náporovou plochu větru a tíhu na vrcholu) a dále lokalitu použití podle mapy větrných oblastí (referenční rychlost větru odpovídající konkrétní oblasti a kategorii terénu),
– projektant nebo investor definuje všechny nezbytné parametry pro kontrolní návrh konstrukce, která opět vychází ze základních charakteristik, tj. skutečné zatížení konstrukce a lokalitu použití podle mapy větrných oblastí.

Role projektanta je v procesu zajištění bezpečného návrhu konstrukce významná, neboť v prvním případě zodpovídá svým projektem za správné použití osvětlovacích stožárů navržených výrobcem a ve druhém případě zodpovídá za správné a úplné zadání požadavků vyplývajících z projektu výrobci.

Bezpečnost a vady

a) Vada zadání
Zadavatel výslovně neuvede požadavek instalace stožáru na mostech. Projektant správně specifikuje větrovou oblast, kategorii terénu, ale přesto vznikne nebezpečná instalace stožáru. V případě instalace stožáru na mostech se výška stožáru měří od vodní hladiny nebo úrovně pod mostem, což výrazně mění součinitel Ce(z) (obr. 1), který je závislý na výšce mostu + stožáru. Při překročení této výšky 20 m nelze použít návrh konstrukce podle ČSN EN 40-3-1 Osvětlovací stožáry, ale je třeba postupovat podle ČSN EN 1090-1+A1 Provádění ocelových konstrukcí a návrh vypracovávat podle ČSN EN 1993-3-2 Eurokód – stožáry, komíny.

b) Vada projektu
Projektant zvolí nevhodnou kombinaci stožáru, výložníku a svítidla, v podstatě nerespektuje hodnoty doporučené výrobcem. Výpočet byl proveden pro stožár výšky 6 m, vyložení 1 m a pro svítidlo s plochou 0,15 m² a o hmotnosti 15 kg. Výsledná nebezpečná instalace vykazuje překročení návrhové únosnosti stožáru pro všechny čtyři kategorie terénu, nedovolený průhyb stožáru a v důsledku stálého zatížení od hmotnosti výložníku včetně svítidla i naklopení v základu (obr. 2a, 2b).

Obr. 3. Vady realizace: a) nedostatečné zapuštění do základu, b) chybějící základ

c) Vada realizace
Jestliže realizátor stavby poruší doporučení výrobce pro instalaci stožáru nebo změní projekt zakládání stavby, jde v konečném důsledku o nebezpečnou stavbu. V důsledku nedodržení instalační hloubky, což lze charakterizovat jako viditelnou vadu, je přetěžována konstrukce stožáru v místě vetknutí, které je po instalačním otvoru druhé nejvíce namáhané místo (obr. 3a). Každý otvor v průřezu způsobuje jeho zeslabení a zvyšuje vrubové napětí. Absence betonového základu, což lze charakterizovat jako skrytou vadu, způsobí, že nelze přenést klopný moment v patě stožáru do zeminy (obr. 3b). Vlivem dynamického zatížení od větru se stožár začne časem naklánět. V těchto případech selhal dozor stavby investora, který neplnil požadavky stavebního zákona.

d) Vada užívání
Vlastník stavby připustil změnu užívání osvětlovacího stožáru, který podle ČSN EN 40-1 slouží jako podpora, jejímž hlavním účelem je nést jedno nebo několik svítidel, a k tomuto účelu je navrhován. Hlavním zatížením stožáru je vítr, proto je rozhodujícím faktorem plocha všech instalovaných prvků. V případě reklamních cedulí dochází k výraznému překročení návrhové únosnosti jeho konstrukce. Výpočet byl proveden pro stožár výšky 8 m, vyložení 1,5 m, pro svítidlo s plochou 0,1 m² a o hmotnosti 9 kg a reklamní cedule o celkové ploše 1,6 m². Výsledná nebezpečná instalace vykazuje překročení návrhové únosnosti stožáru pro všechny čtyři kategorie terénu, a to jak v místě instalačního otvoru, tak v místě vetknutí do základu (obr. 4a, 4b). 

Obr. 4. Vady užívání stožárů: a) stožár zatížený reklamní cedulí,
b) výsledky výpočtu pro instalaci stožáru

e) Vada údržby
Vlastník stavby je povinen provádět údržbu na základě stavebního zákona č. 183/2006 Sb. a vyhlášky č. 499/2006 Sb., o dokumentaci staveb, a plnit požadavky ČSN 73 2604 Kontrola a údržba ocelových konstrukcí pozemních a inženýrských staveb a dále ČSN EN ISO 13822 Hodnocení konstrukcí. Tato posledně jmenovaná norma obsahuje požadavky a postupy hodnocení existujících konstrukcí, které vycházejí ze zásad jejich spolehlivosti a z následků jejich případné poruchy. K hodnocení mohou vést tyto okolnosti: 
– prodloužení návrhové životnosti (očekávaná změna v používání),
– ověření spolehlivosti (např. s ohledem na zvýšená zatížení, která požadují úřady, pojišťovny, vlastníci apod.), – degradace konstrukce vlivem časově závislých zatížení (např. koroze, únava materiálu),
– poškození konstrukce od mimořádných zatížení (viz ISO 2394). 
Vada údržby nebo její absence vede ve většině případů k havarijnímu stavu, neboť úkolem údržby je také odhalovat vady již zmíněných procesů (návrh, zadání, projekt, realizace, užívání) a popř. tak předcházet jejich kombinaci. Plnění základního požadavku č. 4 – bezpečnost při užívání je prevence.

Obr. 5. Vady údržby: a) pád stožáru při nedostatečné kontrole, b) stav koroze stožáru

Závěr

Bezpečnost lze také chápat jako subjektivní pocit člověka důvěry v projektanta, výrobce, realizátora a vlastníka stavby. Ocelové osvětlovací stožáry z 95 % využívá veřejná správa, která na základě zákona č. 137/2006 Sb., o veřejných zakázkách, vypisuje veřejné zakázky, jejichž hlavním a jediným hodnoticím kritériem je cena. Při porovnání původní předpokládané (rozpočtové) ceny zakázky s vítěznou v průměru vyhrává firma, která nabídne 50 až 60 % z původní ceny. Trh je tak veřejnými zakázkami naprosto cenově deformovaný. Výrazný tlak na cenu se projevuje nejen v kvalitě projektové a inženýrské práce, ale následně i v kvalitě výroby a montáže. Proto Česká komora architektů (ČKA) a Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků (ČKAIT) navrhují již na úrovni projektu používat termín „bezpečná cena“, nikoliv „cena obvyklá“. Bezpečnou cenu definují jako cenu, za kterou lze se zárukou vyprojektovat, popř. i realizovat kvalitní, bezpečnou stavbu. Objekty projektované (popř. realizované) za bezpečnou cenu mají zaručenou užitnou hodnotu v čase: u takových staveb nejsou následně navyšovány náklady na stavbu a její provoz.

---

 Článek v elektronické listovací verzi časopisu Světlo č. 5/2016 naleznete zde.