Nauka

Jak to pięknie wisi

Moda na mosty niezwykłe

Wiadukt w Millau we Francji - lider wielopylonowych konstrukcji podwieszonych Wiadukt w Millau we Francji - lider wielopylonowych konstrukcji podwieszonych charlycoste / Flickr CC by SA
Mosty to dziś awangarda inżynierii i architektury.

Zdaniem Santiago Calatravy, hiszpańskiego architekta i mistrza wszelkich konstrukcji, guru nowoczesnej architektury, „budowanie mostów jest największym wyzwaniem dla konstruktora, a jednocześnie daje mu najwięcej satysfakcji”. – Co kilka lat – mówi prof. Henryk Zobel, kierownik Zakładu Mostów Politechniki Warszawskiej – następuje skok technologiczny, dzięki któremu materiały konstrukcyjne stają się coraz lżejsze i bardziej wytrzymałe. Zwykłe stale konstrukcyjne zastępowane są nierdzewnymi, dzięki którym trwałość mostów wydłuża się. Kolejne novum to już stosowane w niektórych konstrukcjach kompozyty polimerowe zawierające rozmaite włókna: węglowe, szklane czy aramidowe. Ciekawym materiałem jest zupełnie nowe aluminium. Dzięki temu konstrukcje mostów mogą być coraz śmielsze i dłuższe, a ich trwałość, oceniana niegdyś przeciętnie na 60 lat, dzisiaj przedłużyła się do ponad stu. Rzeczywiście, gdy się patrzy na nowoczesne mosty, widać, że sztuka inżynierii osiągnęła w nich swoje apogeum. Jak taka konstrukcja w ogóle stoi? – to pierwsze pytanie, jakie zwykle się nasuwa.

W mostach liczy się nie długość całej konstrukcji, lecz najdłuższego przęsła. Tylko ona ma znaczenie i decyduje, które mosty biją rekordy. Istnieje wiele typów mostów, generalnie jednak można je podzielić na kilka podstawowych klas. Przede wszystkim są mosty belkowe, w których na wykonanej z żelbetonu lub stali belce opiera się pomost, a całość jest podtrzymywana licznymi filarami. Mają one wiele krótkich przęseł i są dość proste w budowie. Co ciekawe, to właśnie konstrukcje belkowe umożliwiają najdłuższe przeprawy. Most dojazdowy na jeziorze Pontchartrain, koło Nowego Orleanu, ma prawie 40 km, tyle że składa się z setek krótkich, kilkudziesięciometrowych przęseł. Amerykanie nawet nie nazywają takich konstrukcji mostami, lecz stosują określenie causeway, co oznacza drogę na grobli. Wkrótce rekordzistą w tej kategorii będzie powietrzna droga budowana właśnie z Hongkongu do Makau. Będzie miała 50 km. W takich przypadkach długość przęseł ma drugorzędne znaczenie.

Większe rozpiętości przęseł niż konstrukcje belkowe mają mosty łukowe, które ostatnio znów stały się modne. W tej kategorii prym zdecydowanie wiodą Chińczycy. We Chongqing łukowe przęsło ma 552 m, a drugi w kolejności most Lupu w Szanghaju 550 m.

Między wyspami

Można też mówić o wewnętrznej chińskiej rywalizacji w konstrukcjach podwieszonych, w których osiąga się rozpiętości przęseł rzędu kilometra. Rekordzistą w tej kategorii – wyjaśnia prof. Zobel – miał być zakończony w grudniu 2009 r. wielki Stonecutters Bridge w Hongkongu, o długości głównego przęsła 1018 m. Jednak już w trakcie jego budowy Chińczycy z kontynentu zapowiedzieli, że u siebie zbudują dłuższy. I szybciej. Rzeczywiście, u ujścia Jangcy wcześniej powstał piękny podwieszony most Sutong. Jego główne przęsło ma 1088 m, a cały most 8 km.

Zdecydowanie najdłuższe rozpiętości przęseł mają mosty wiszące, znane powszechnie z takich konstrukcji jak Bay Bridge – autorstwa naszego rodaka Ralpha Modjewskiego (Rudolfa Modrzejewskiego) – czy słynny Golden Gate w San Francisco. W tej kategorii wciąż niekwestionowanym liderem jest oddany do użytku 12 lat temu japoński most Akashi Kaikyo, łączący wyspy Honsiu i Sikoku, o długości głównego przęsła 1991 m. Drugie miejsce zajmuje zbudowany niedawno w Chinach wiszący Xihoumen –1650 m – między wyspą Cezi a Jitang. Trzecim, i jednocześnie dzierżącym rekord w Europie, jest duński most nad Wielkim Bełtem, czyli Storebćlt Bridge, łączący Zelandię i Fionię i mierzący w najdłuższym przęśle 1624 m. Jednak cały ten ranking pewnie wkrótce się zmieni za sprawą Włochów i Chińczyków.

Mosty na hotyzoncie

Po wielu latach przygotowań – a także zmieniających się decyzji – rusza budowa najdłuższego mostu świata przez Cieśninę Mesyńską, który połączy Sycylię z włoskim butem. Główne przęsło tego wiszącego giganta ma mieć aż 3300 m. Tę rozpiętość trudno będzie przekroczyć. Dwupylonowy – a co za tym idzie trzyprzęsłowy – most zostanie wykonany z najwyższej klasy betonów oraz stali i będzie prowadził dwie linie kolejowe, autostradę oraz dwie kładki dla pieszych i rowerzystów. Jego pylony sięgną 375 m. Most mesyński ma wytrzymać trzęsienia ziemi o sile ponad 7 st. w skali Richtera i, szczególnie niebezpieczne dla mostów, podmuchy wiatru do ponad 200 km/godz. Całość będzie kosztować powyżej 6 mld euro. Zakończenie budowy przewidziano na 2017 r. W grudniu 2009 r. rozpoczęto przeróbkę okolicznej trasy kolejowej po stronie stałego lądu – ma tu powstać wolny teren przewidziany na kotwienie lin podtrzymujących całą konstrukcję.

Kolejną wielką inwestycją mostową będzie najdłuższy w Europie – ale tylko pod względem długości przeprawy – Fehmarn Belt Bridge, mierzący 19 km między niemiecką wyspą Fehmarn a duńską Roedby. Będzie to przeprawa kolejowo-drogowa głównie belkowa ze środkowym odcinkiem podwieszanym, składającym się z trzech przęseł po 724 m każde. W tym miejscu – by umożliwić żeglugę – skrajnia mostu będzie miała aż 65 m. Całość ma kosztować około 6 mld euro, z czego 4,5 mld wyłożą Duńczycy, a resztę Niemcy. Rozpoczęcie budowy przewidziano w 2011 r., jej zakończenie 7 lat później. Pod względem konstrukcyjnym Fehmarn Belt nie pobije jednak żadnego rekordu.

I wreszcie wspomniany wcześniej Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge. Długość – 50 km, ale po drodze znajdzie się tam aż kilka mostów i tuneli. Główny most przez Rzekę Perłową będzie mierzył 29,6 km i zostanie zbudowany w konstrukcji belkowej. Pomieści sześć pasów drogowych. Żeby zapewnić szlak żeglowny, na drodze przeprawy przez Rzekę Perłową zostaną usypane dwie sztuczne wyspy połączone tunelem o długości 6,7 km. Czas jazdy z Hongkongu do Makau skróci się z ponad 4 godz. do 40 min. Poza tym będzie to najdroższa inwestycja tego typu na świecie: szacowany koszt to ponad 10 mld dol. I tam nie można się spodziewać żadnego rekordu konstrukcyjnego. Zakończenie budowy powinno nastąpić w 2016 r.

Prym pylonów

– Pewne konstrukcje są modne, jak choćby ostatnio mosty łukowe. Zapomniane, obecnie wracają do łask – wyjaśnia prof. Zobel. Modne są też konstrukcje podwieszone, ale wielopylonowe, czyli o wielu przęsłach. Tu prym zdecydowanie wiedzie wiadukt Millau we Francji, który nie dość, że jest najwyższy na świecie, to ma aż siedem pylonów i osiem przęseł. Chińczycy, oczywiście, natychmiast zainteresowali się tym rozwiązaniem i już zbudowali u siebie mosty podwieszone o kilku przęsłach, ale Millau wciąż jest niepokonany. Jednak pozostanie nim niedługo. W Chinach, na rzece Qiantang, u jej ujścia do zatoki Hangzhou, już powstaje Jia-Shao – sześciopylonowy most podwieszony o długości 2680 m, a więc dłuższy od francuskiego wiaduktu o 220 m. Ma być gotowy za dwa lata.

Dzisiaj często stosuje się także rozwiązania hybrydowe, na przykład łukowo-podwieszone, w których łukiem jest tylko dźwigar utrzymujący na linach pomost i jeszcze często taki dźwigar jest znacznie odchylony od pionu. Tu prym wiodą budowniczowie z Malezji, którzy w swojej nowej stolicy Putrajaya na sztucznej rzece wybudowali aż 11 mostów, każdy inny.

Innym rozwiązaniem są konstrukcje wisząco-podwieszone. Właśnie takim gigantem miał być najdłuższy most świata – i w ogóle największa budowla na Ziemi – czyli ten, który planowano postawić w Cieśninie Gibraltarskiej. Pierwszy projekt powstał 10 lat temu, a potem jeszcze kilka jego dodatkowych wersji. W najbardziej odważnej propozycji długość głównego przęsła miała wynosić ponad 8 km. Most ten miał mieć dwa stalowe pylony – wyższy o wysokości 1200 m i trzy przęsła z kompozytów polimerowych. Wydaje się jednak, że ten pomysł zostanie tylko na papierze. Dzisiejsze materiały konstrukcyjne nie pozwalają na wybudowanie przęsła o takiej rozpiętości. Ponadto trudno nawet obliczyć, ile taki most musiałby kosztować. Poza tym nie ma jakiegoś szczególnego powodu, by tak drogim mostem łączyć Europę z Afryką.

Rekord nad Odrą

Nie jest imponujący w skali światowej, ale wart odnotowania. W Polsce wznosi się ostatnio wiele mostów podwieszonych, co jest zgodne z trendem światowym. Najdłuższym takim mostem będzie u nas budowany właśnie jednopylonowy most Rędziński nad Odrą, na Autostradowej Obwodnicy Wrocławia. Długość przęsła – 256 m, czyli w sumie 512 m, a cała przeprawa będzie o 100 m dłuższa. Most pomieści aż sześć pasów ruchu. Wysokość pylonu to 122 m. Dla przykładu: pylon mostu Świętokrzyskiego w Warszawie ma tylko 90 m. Poza tym most Rędziński będzie pierwszym w Polsce wyposażonym w komputerowy monitoring wykrywający natychmiast wszelkie awarie i uszkodzenia. Kosztować ma prawie 600 mln zł, czyli – w porównaniu z wielkimi światowymi konstrukcjami – niewiele.

Most step by step

Generalnie, mosty wznosi się dwiema metodami – pierwsza nosi nazwę nawisowej lub segmentowej. Od pylonu mostu podwieszonego odchodzą liny bezpośrednio połączone z pomostem, po którym odbywa się ruch. Najpierw budowany jest pylon, po czym z obu jego stron doczepia się liny podtrzymujące poszczególne segmenty. Segmenty te, dowożone barkami, mierzą zwykle kilkanaście, najwyżej 20 m. Unosi się je do góry i montuje do lin, po czym łączy z segmentami już wcześniej połączonymi z resztą. W konstrukcjach stalowych budowa taka postępuje bardzo szybko, w żelbetowych nieco wolniej, bo połączone segmenty jeszcze się betonuje, a potem dodatkowo spręża. W ten sposób, krok po kroku, powstaje most. Od pylonu do pylonu. Metodę nawisową stosuje się także w budowie mostów łukowych. Tu często stawiane są tymczasowe pylony typowe dla konstrukcji podwieszonych, które po zakończeniu budowy się rozbiera. Metodę segmentową stosuje się także przy mostach belkowych i wiszących.

Nieco inaczej jest w przypadku mostów wiszących – o najdłuższych rozpiętościach przęseł – czyli tych, w których między pylonami przeciągnięte są grube liny swobodnie zwisające, a od nich odchodzą tzw. wieszaki podtrzymujące pomost. W tego rodzaju konstrukcjach najpierw buduje się pylony mostu. Potem między nimi przeciągana jest najpierw lina prowadząca, a potem nośna, a do niej podczepiane segmenty. Istnieje też druga metoda wznoszenia mostów, zwana techniką nasuwania. Tak właśnie budowano wiadukt Millau we Francji. Najpierw wznosi się filary mostu oraz stawia między nimi tymczasowe pomocnicze podpory. Przęsła są montowane na miejscu budowy, obok mostu, a następnie unoszone dźwigami i nasuwane na podpory za pomocą potężnych siłowników hydraulicznych. Przęsło, które ma często nawet kilkaset metrów – jest potwornie ciężkie, więc żeby podczas przesuwu między podporami nie pochyliło się, dobudowuje się do niego tzw. dziób montażowy, znacznie lżejszy. Zadaniem tego dziobu jest szybsze, niż właściwego przęsła, złapanie podpory.

Na wstrząs i wiatr

Jak chroni się mosty przed skutkami huraganowych wiatrów i trzęsienia ziemi? Najważniejsze jest, by uchronić most przed rezonansem, w który mogą go wprowadzić drgania wywołane podmuchem wiatru. Najgroźniejsza jest sytuacja, w której te dwa oddziaływania zsumowałyby się. Żeby temu zapobiec, powłoki lin i samych mostów wiszących i podwieszanych są specjalnie formowane, a to powoduje, że przepływ uderzającego wiatru zostaje zaburzony i nie interferuje z drganiami własnymi. Stosuje się także inne tłumiki drgań.

Ochrona mostu przed trzęsieniem ziemi to zapewnienie mu swobody odkształceń i przemieszczeń. Konstrukcja musi mieć możliwość przyjęcia siły wstrząsu sejsmicznego, poruszenia się i przez to neutralizacji jego siły. Dlatego 99 proc. mostów w strefach aktywnych sejsmicznie może przesuwać się w jedną lub drugą stronę na ogromnych łożyskach, zamontowanych na podporach.

 

Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Społeczeństwo

„Nie prowadzimy lekcji z masturbacji”, czyli na czym polega edukacja seksualna

Nie chodzi o to – jak wydaje się niektórym – żeby pokazywać techniki masturbacyjne. Raczej o to, żeby specjaliści wytłumaczyli rodzicom i wychowawcom, że coś takiego jak masturbacja dziecięca istnieje.

Dominika Buczak
17.06.2019
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną