Rola betonu w budownictwie mostowym – perspektywy rozwojowe

W moim rozumieniu spraw rekordzistą świata nadal pozostaje most norweski. Owo „pokonanie stali przez beton sprężony” znajduje też odzwierciedlenie w Polsce. U nas rekord należy od 2013 r. do mostu przez Wisłę koło Grudziądza, którego centralne przęsło ma rozpiętość 180 m, podczas gdy najdłuższe przęsła stalowe (ściślej – zespolone stalowo-betonowe, ale tradycyjnie już zaliczane do konstrukcji stalowych), mają rozpiętość 160 m i są to mosty przez Wisłę w Połańcu, 2014 r., oraz w Warszawie, im. Marii Skłodowskiej-Curie, 2012 r.

Drugim rodzajem konstrukcji, w którym beton odgrywa dominującą rolę, są mosty łukowe. Kształt łuku betonowego powinien być tak uformowany, aby zminimalizować jego zginanie, powinny być przede wszystkim ściskane – efekty gięte mogą pochodzić od obciążeń użytkowych oraz innych oddziaływań, na przykład termicznych (nierównomierne nagrzanie). W dużych obiektach decydujące znaczenie ma ciężar własny łuków. Najobszerniejsze informacje o historii i współczesności mostów łukowych, głównie betonowych, znaleźć można w materiałach konferencyjnych [7]. O dominującej roli betonu w mostach o tej konstrukcji świadczy na przykład dynamiczny wzrost ich liczby w Chinach, które wraz z Japonią i Koreą Południową są obecnie azjatyckimi „tygrysami mostownictwa”. Oficjalne światowe rekordy „betonowych” mostów łukowych kolejowych i drogowych należą właśnie do Chin (Qinglong: 445 m w 2016 r. i Wanxian: 425 m w 1997 r.). Podobnie jak poprzednio słowo „betonowych” ujęto w cudzysłów, gdyż łuki obu tych obiektów są w istocie konstrukcjami hybrydowymi – kratownicowe stalowe łuki obetonowano. Dlatego „czystym” rekordem betonowego (żelbetowego) mostu łukowego pozostaje od roku 1980 most Krk I w Chorwacji o rozpiętości 390 m (most Krk II ma rozpiętość łuku 244 m (fot.1).

W mostach łukowych (ściślej – o hybrydowych stalowo-betonowych łukach) „beton nie pokonał jeszcze stali”. Najdłuższe na świecie stalowe przęsło mostu łukowego z jazdą górą to 518 m (New River George, USA, 1977 r.). Betonowi brak więc jeszcze 73 m. Nie jest jednak nierealne co najmniej zrównanie obu rekordów, zważywszy że rekord świata (most Beipanjiang, 445 m) należy do obiektu kolejowego o cięższym taborze od drogowego. Może więc niebawem doczekamy się nowego rekordu (prawdopodobnie znów chińskiego), ustanowionego przez łukowy most drogowy, zapewne także o hybrydowym łuku. Na razie nie ma zapowiedzi budowy takiego mostu. Rekord Polski, jeśli chodzi o most z jazdą górą o żelbetowych łukach, zdobył w roku 2006 most przez dolinę Kameszniczanki w Milówce z trzema przęsłami o rozpiętości 130,84 m. Na nie ma informacji o budowie w naszym kraju betonowych mostów łukowych o przęsłach większych od dotychczasowego rekordu.

Trzecim rodzajem konstrukcji egzemplifikującym rolę betonu są mosty podwieszone. Ich tematyce poświęcona jest obszerna monografia [9]. Rekordowym obiektem betonowym jest norweski most Skarnsundet, ukończony w 1991 r. i mający przęsło o rozpiętości 530 m (fot. 2) – dłuższego przęsła mostowego z betonu jeszcze nie zbudowano. Uwagę zwraca zróżnicowanie klas użytych betonów – do najbardziej obciążonych jej części wykonanych z betonu klasy C60, a do wykonania pozostałej części mostu użyto betonu klasy C45.

Pylony mostu wykonano także z betonu, co obecnie jest już powszechną praktyką, nawet gdy przęsła są stalowe. W 2019 r. rekord mostu norweskiego został wyrównany przez most Atlantycki wybudowany jako całkowicie betonowy nad Kanałem Panamskim (fot. 3).

Autorowi nie udało się znaleźć informacji o klasie betonu do budowy pylonów i przęseł. W mostach o konstrukcji podwieszonej „betonowi jest jeszcze daleko do stali” pod względem rekordowej rozpiętości przęsła – rekordzistą jest wybudowany w 2012 r. Most Rosyjski we Władywostoku z przęsłem liczącym 1104 m (a więc ponad dwukrotnie dłuższym od mostu Skarnsundet). Niemniej jednak betonowe mosty podwieszone są budowane na świecie dość powszechnie, ich rozpiętość, wynosząca do ok. 500 m, stanowi poważną konkurencję dla rozwiązań stalowych. Przy okazji warto nadmienić, że rekord Mostu Rosyjskiego zostanie wkrótce pobity, bo w Chinach są obecnie budowane trzy mosty z przęsłami 1176 m, 1160 m i 1120 m, które mają być ukończone w latach 2024-2026. W Polsce mamy spektakularny przykład całkowicie betonowego mostu podwieszonego – Most Rędziński przez Odrę, położony w ciągu Autostradowej Obwodnicy Wrocławia, którego konstrukcję nośną (przęsła) wykonano z betonu klasy C60 (fot. 4) [12]. Jego główną część stanowią dwa przęsła o rozpiętości 256 m każde. Są to najdłuższe przęsła betonowe w naszym kraju. Drugi, całkowicie betonowy obiekt o konstrukcji podwieszonej, to Most Milenijny, również przez Odrę, we Wrocławiu, ukończony w 2004 r. i mający główne przęsło o rozpiętości 153 m. Czekamy na trzeci, ale nic o nim jeszcze oficjalnie nie wiadomo.

Trzecim rodzajem są mosty extradosed (nie ma jeszcze dobrego odpowiednika tej nazwy w języku polskim), należą do stosunkowo najnowszych rozwiązań konstrukcyjnych. Koncepcję „extradosów” opracował we Francji w 1988 r. Jacques Mathivat (1932-2012), a pierwszy obiekt z przęsłami o rozpiętości 122 m wybudowano w 1994 r. w Japonii (Most Odawara) [5]. Najogólniej rzecz ujmując, w koncepcji tej chodzi o bardziej efektywne wykorzystanie kabli sprężających przez zwiększenie ich mimośrodów przez wyprowadzenie kabli poza obrys wysokości przekroju przęsła. Dlatego można odróżnić dwa podstawowe rodzaje tych konstrukcji – z kablami pod pomostem (zwiększenie mimośrodów w strefach momentów dodatnich) oraz z kablami nad pomostem (zwiększenie mimośrodu w strefach ujemnych momentów nad- i przypodporowych). Pierwszy z wymienionych rodzajów jest rzadziej stosowany, choć w tym układzie strukturalnym budowane są mosty i stalowe, i – rzadziej – betonowe. Drugi jest częściej stosowany i to niemal wyłącznie w mostownictwie betonowym. Mosty extradosed charakteryzują znacznie niższe pylony od tych w mostach podwieszonych. Szczegóły o tego rodzaju budowlach mostowych są przedmiotem wielu już krajowych publikacji, np. [13, 14]. Mosty extradosed są obecnie dość często wznoszone na świecie. Znaczenie tego rozwiązania konstrukcyjnego polega na tym, że, jak wskazują różne oszacowania, w zakresie rozpiętości przęseł do około 250 m są one po prostu tańsze od mostów podwieszonych [15]. Rekordowym w skali świata obiektem stalowym jest dwupoziomowy drogowo-kolejowy most Wuhu w Chinach z przęsłem rozpiętości 312 m, ukończony w 2000 r. Betonowy rekord przęsła jest już dość bliski stalowemu, bo jest równy 280 m, i należy do mostu Kinmen na Taiwanie, oddanego do użytku w 2022 r. (fot. 5).

Galeria

Zobacz więcej