Historyczny rozwój konstrukcji mostowych, cz. 2

Pierwszym na świecie betonowym akweduktem, czyli mostem kanału wodnego, jest Pont du Gard. To starożytny rzymski akwedukt położony w regionie Langwedocja-Roussillon w południowej Francji. Jest to jedno z najbardziej imponujących i najlepiej zachowanych dzieł starożytnej inżynierii rzymskiej. Akwedukt został zbudowany w I wieku naszej ery. Rzymianie zaopatrywali dzięki niemu miasto Nîmes w wodę. Konstrukcja Pont du Gard składa się z trzech poziomych rzędów łuków, z których najwyższy wznosi się około 49 m nad dnem doliny rzeki Gardon. Całkowita długość akweduktu wynosi około 50 km. Pont du Gard to jeden z najwspanialszych przykładów rzymskiej inżynierii. Celem konstrukcji było utrzymanie ciężaru wody w basenach na szczycie doliny i zapewnienie wystarczającego nachylenia, aby umożliwić swobodny przepływ wody do miasta Nîmes [14]. Budowa tego monumentalnego akweduktu wymagała wysokiego poziomu wiedzy technicznej i umiejętności inżynierskich. Pont du Gard został wpisany na Listę Światowego Dziedzictwa UNESCO w 1985 r. i obecnie jest jedną z największych atrakcji turystycznych Francji, przyciągającą co roku tysiące turystów ze względu na imponującą architekturę i znaczenie historyczne.

Mosty wiszące charakteryzują się systemem zawieszenia, w którym element nośny jest podtrzymywany przez liny zakotwione w pylonach lub wieżach. Jedną z cech charakterystycznych tego typu konstrukcji jest możliwość absorbowania wibracji wywoływanych przez pojazdy lub siły natury [15]. Mosty wiszące stosuje się do pokonywania przeszkód o znacznej szerokości. Mosty te są często wykorzystywane w przypadkach, gdy nie ma możliwości osadzania większej liczby podpór w podłożu.

Najbardziej znane konstrukcje wiszące to między innymi: Golden Gate San Francisco, Brooklyn Bridge Nowy Jork. Każda z nich odegrała swoją rolę w budowaniu i kształtowaniu lokalnych społeczności. Budowa wymienionych konstrukcji wpłynęła również w znacznym stopniu na rozwój inżynierii mostowej. W przypadku Golden Gate są to innowacyjne zastosowania stali wysokowęglowej, której unikalną cechą jest zwiększona wytrzymałość na rozciąganie. W przypadku Golden Gate istotne jest również prowadzenie rygorystycznej kontroli jakości zastosowanych mieszanek betonowych oraz osłony przeciwwiatrowe [18]. Jeśli chodzi o Brooklyn Bridge, kluczowe rozwiązania innowacyjne, które zostały zastosowane podczas budowy, to między innymi: stałe połączenia stalowe, bez łączeń segmentowych, co gwarantowało większą stabilność konstrukcji; zastosowanie różnych twardości lin; pompy pneumatyczne umożliwiające wypompowanie wody u podstaw konstrukcji oraz kombinacje wysokich wież z długimi przęsłami, w swoim czasie most ten był najdłuższy na świecie [16].

Jedną z teraźniejszych konstrukcji odgrywającą ogromne znaczenie społeczne, polityczne, jak i gospodarcze jest Most Krymski, znany również jako Most Kerczeński. To monumentalna konstrukcja łącząca Półwysep Krymski z Rosją na wschodnim brzegu Morza Azowskiego. Z pewnością jest jednym z największych i najbardziej ambitnych projektów rosyjskich. Jego projekt robi wrażenie i zawiera kilka unikalnych elementów. Jest to jeden z najdłuższych mostów na świecie, ma długość ponad 19 km. Budowa tak długiego mostu wymagała precyzyjnego planowania i zaawansowanej technologii. Kolejną ciekawą częścią konstrukcji jest układ nośny. Most Krymski składa się z dwóch równoległych autostrad, z dwoma pasami dla samochodów w górnej części i czterema pasami dla pojazdów silnikowych w dolnej części. Konstrukcja opiera się na ogromnych podporach, które umożliwiają mostowi pokonywanie szerokiego akwenu i zmieniającej się powierzchni. Kolejnym ważnym aspektem mostu krymskiego jest jego wytrzymałość w trudnych warunkach środowiskowych. Most zbudowany nad Cieśniną Kerczeńską musi wytrzymać silne wiatry, burze i inne ekstremalne warunki pogodowe.

Pierwszy nowoczesny most wiszący powstał w latach 1819-1826, łącząc Walię i Anglesey w Wielkiej Brytanii. Zaprojektowany przez szkockiego inżyniera i architekta Thomasa Telforda. Most Menai to historyczny most wykonany z żelaza i kamienia. Jego długość to 417 m, przęsło ma 176 m, wznosi się około 30 m nad poziomem wody [17].

Innym przedstawicielem mostów wiszących jest most Millau, to jedna z najwyższych i najbardziej zaawansowanych konstrukcji mostowych na świecie. Zaprojektowany został przez francuskiego inżyniera Michela Virlogeux i Normana Fostera. Most został otwarty w 2004 roku i ma 2460 m długości. Najwyższy pylon jest wysoki na 343 m. Uznawany jest za arcydzieło inżynierii i architektury oraz najbardziej innowacyjny most na świecie. Przy projektowaniu wykonano analizy aerodynamiczne, dzięki którym zminimalizowane zostały opory powietrza.

Trendy w projektowaniu konstrukcji mostowych

Obecnie inżynieria mostowa rozwija się dynamicznie, wprowadzane są nowoczesne rozwiązania, które łączą innowacyjne technologie, zrównoważony rozwój oraz funkcjonalność i bezpieczeństwo konstrukcji. Wykorzystywane są materiały o mniej negatywnym wpływie na środowisko, a także rozwijane są nowe technologie umożliwiające bardziej efektywne zarządzanie energią. Często stosowane są nowoczesne technologie, takie jak czujniki, monitoring i analiza danych, które pozwalają na utrzymanie mostów we właściwym stanie technicznym przy minimalnym wykorzystaniu zasobów. Inteligentne systemy mogą pomagać w szybkim wykrywaniu usterek, prognozowaniu konieczności konserwacji oraz optymalizacji ruchu na mostach. Rozwój nowych materiałów, takich jak kompozyty, betony wysokowytrzymałe czy stal o podwyższonej wytrzymałości, pozwala na budowę mostów o mniejszej masie, a jednocześnie o większej nośności. Wykorzystanie betonów wysokowytrzymałych w połączeniu z włóknami kompozytowymi, takimi jak włókna węglowe czy aramidowe, pozwala na budowę mostów o większej wytrzymałości przy jednoczesnym zmniejszeniu masy konstrukcji. To z kolei wpływa na zwiększenie efektywności energetycznej.

Implementacja technologii Internetu Rzeczy (IoT) i systemów monitorowania pozwala na stworzenie mostów inteligentnych [31]. Obiekty takie są wyposażone w czujniki, które rejestrują dane o stanie technicznym konstrukcji, natężeniu ruchu czy warunkach atmosferycznych, umożliwiając szybką diagnozę i reakcję na potencjalną usterkę.

Konstrukcje, które mogą dostosowywać się do zmiennych warunków, takie jak mosty o regulowanej długości, pomagają w radzeniu sobie z problemami związanymi ze zmianami poziomu wód czy z osiadaniem gruntu. Integracja technologii odnawialnych źródeł energii, takich jak panele fotowoltaiczne, umożliwia produkowanie energii elektrycznej, co może pomóc w zrównoważeniu kosztów energetycznych wzniesienia mostu oraz dostarczaniu energii do okolicznych obszarów miejskich [32].

Technologia druku 3D znalazła zastosowanie w budowie mostów, pozwalając na szybkie i efektywne wznoszenie konstrukcji. Na przykład druk 3D umożliwia eksperymentowanie z nowatorskimi formami i strukturami mostów.

Inżynierowie od lat korzystają już z komputerów i zaawansowanych programów CAD (ang. computer-aided design). Od wielu lat standardem jest także wykonywanie analiz konstrukcji mostowych za pomocą metody elementów skończonych (MES) [33]. Obecnie nowinką nie jest też już szerokie wykorzystanie dronów w budownictwie.

Choć znane od wielu lat, w inżynierii lądowej coraz częściej wykorzystywane jest podejście BIM (ang. Building Information Modelling). BIM umożliwia wszystkim uczestnikom projektu (inżynierom, architektom, wykonawcom) pracę nad tym samym modelem 3D, co ułatwia wymianę informacji i wykrywanie kolizji na wczesnym etapie projektu. Dodatkowo producenci oprogramowania wychodzą naprzeciw oczekiwaniom użytkowników i często programy BIM oferują funkcjonalność automatyzacji wielu zadań projektowych, co może skraca czas potrzebny na ukończenie projektu i zmniejsza koszty.

Ciekawym trendem w Polsce jest wzrost zainteresowania budową mostów dla pieszych i rowerzystów, które są zarówno funkcjonalne, jak i estetyczne. Projektanci starają się tworzyć atrakcyjne, bezpieczne i przyjazne dla pieszych przestrzenie, zachęcając do aktywnego transportu. Efekty te można osiągnąć przez łączenie różnych materiałów, takich jak stal, beton i kompozyty, co umożliwia stworzenie mostów hybrydowych, które zapewniają jednocześnie wytrzymałość, trwałość i estetykę [34].

Projektowanie konstrukcji mostowych ulega ciągłym zmianom i ewolucji stosowanych rozwiązań. Obie wynikają z postępu technologicznego, na przykład wprowadzania nowych materiałów oraz zmieniających się potrzeb społeczeństwa.