Ach jak ja lubię mosty. Przez wieki wyznaczały one postęp inżynierskiej myśli i umiejętności budowlanych człowieka. Mistrzami nad mistrze byli bez wątpienia Rzymianie. Och jak Rzymianie lubili budować, gdzie tylko się dało zostawiali ślad swojego zamiłowania do wznoszenia budowli użytecznych i zarazem pięknych w swojej formie.
To Rzymianie wynaleźli beton. Ich beton miał wspaniałe własności wytrzymałościowe, a również i hydrauliczne. Hydrauliczne, czyli był odporny na działanie wody i dał się wylewać nawet w szalunkach zalanych słoną wodą morską. Budowle Rzymian przetrwały tysiąclecia. Hydrauliczność betonom rzymskim zapewniało zastosowanie w mieszance z wapnem popiołów wulkanicznych.
Pech chciał, że to właśnie we Włoszech beton pokazał swoje drugie – niebezpieczne oblicze.
Rozważając wszelkie katastrofy budowlane musimy zasadniczo przyjąć dwa powody. Krótkotrwałe przekroczenie dopuszczalnego obciążenia, lub długotrwałe obciążenie powodujące zmęczenie materiału.
Oczywiście starzenie się budowli i narastające mikro uszkodzenia powodują, że wytrzymałość elementów budowli spada. Ale zawsze przyczyną katastrofy jest impuls lub nagła utrata własności materiału, spowodowana zniszczeniem struktury wewnętrznej, w wyniku długotrwałych oddziaływań niszczących. Zasadniczo, aby wyeliminować rolę zmęczenia materiału, konstrukcja np. stalowa, powinna mieć wytrzymałość tak zaprojektowaną, aby podczas jej eksploatacji nie występowały obciążenia większe niż 1/3 jej wytrzymałości.
Zasada, jaka przyświecała wielkim konstruktorom, to było niełączenie elementów, które są sztywne z elastycznymi, jeśli ta sztywność wnika ze struktury i własności materiału. I tak wznoszono ogromne mosty z materiałów sztywnych jak i z materiałów elastycznych. Ale przez lata unikano łączenia tych elementów w pracujące pod obciążeniem struktury – „sztywne na elastycznych” – bo to od razu zapowiadało kłopoty.
Beton ma szczególne własności. Wytrzymuje ogromne obciążenia na ściskanie, ale jest w zasadzie zupełnie nieodporny na ścinanie. Z tego powodu wymyślono konstrukcje żelbetowe. Co to jest? Otóż w betonie umieszcza się pręty stalowe, które są karbowane. Karby mają za zadanie zabezpieczenie pręta przed przemieszczaniem się w masie betonu. Taka konstrukcja posiada znacznie większą wytrzymałość na ścinanie, bo siły przenoszone są w tym przypadku przez stal zatopioną betonie. Ale i taki beton już przy pierwszym obciążeniu zaczyna pękać. Sytuacja staje się jeszcze bardziej dramatyczna, kiedy w szczeliny dostaje się woda albo solanka, powodując korozję prętów zbrojeniowych. Co gorsza świeży beton posiada bardzo wysoką alkaiczność, to chroni stal przez rdzewieniem, ale do czasu. W wyniku procesów karbonizacyjnych beton zmienia swoje PH na kwaśne, wraz z upływem czasu. Przyjmuje się że postęp karbonizacji w niezabezpieczonym betonie wynosi od 0,5 mm do 1 mm na rok. Jeśli pręty zbrojenia znajdują się 5 cm pod powierzchnią betonu, to teoretycznie po 50 latach zaczynają one w obecności wilgoci silnie korodować. Objętość pospolicie zwanej rdzy jest sześć razy większa niż stali, z której ona powstała! Tak, więc rdza rozsadza wtedy beton z siłą materiału wybuchowego. Ale to dotyczy wciąż procesów przypowierzchniowych, którym poprzez pielęgnacją budowli można zapobiec. Gorzej, jeśli budowla jest już silnie spękana, wtedy procesy zaczynają postępować w jej wnętrzu i to już jest poważnym zagrożeniem statyki.
Dostrzegając to niebezpieczeństwo konstruktorzy wymyślili betony sprężane. Otóż taka konstrukcja sprężona zawiera w swoim wnętrzu otwory, w które wpuszcza się stalowe liny-kable, a następnie przy pomocy gigantycznych śrub, naciąga się te liny. Elastyczność stali powoduje, że te wewnętrzne kable pozostają mniej więcej w stałym naprężeniu, ściskając-sprężając z dwu stron taką konstrukcję. Jednak taka budowla wymaga bardzo pieczołowitej konserwacji i nadzoru, a także powinna być jednorodna strukturalnie.
Wiadukt, który się zawalił we Włoszech był mi znany. I po jednym przejeździe unikałem go jak ognia wybierając inne warianty podróży. Akurat, kiedy wraz z rodziną nim jechałem, coś się w ruchu zatkało i na nim spędziłem z dobre 40 minut, mając okazję przyjrzeć się nietypowej i egzotycznej konstrukcji.
Bardzo mi się ona niepodobała… Co spowodowało mój strach? Otóż wiadukt bardzo nietypowo reagował na drgania. O ile ja stałem w korku, na pasach przeciwnych trwał ruch. Dawało się odczuć nietypowe wygaszanie drgań przez konstrukcję. Co jakiś czas odczuwane były spazmatyczne drgania mostu, wygaszające naturalną elastyczność, jaką miała ta struktura. To było nietypowe. Owszem konstrukcja musi się kołysać, uginać – ale tu było coś co niepokoiło. Mianowicie po odczuciu ugięcia i kołysania mostu, następowało coś w rodzaju furioso, czyli kilku wstrząsów i drgania – kołysanie i drgania zamierały na kilka chwili, po czym cykl się powtarzał. To spowodowało, że z zaciekawieniem wyglądałem przez okna samochodu oglądając zatopione w betonie liny nośne. O fuck! Pomyślałem widząc beton okrywający liny nośne – kto to może kontrolować i konserwować? Zapytałem na głos sam siebie. Co gorsza, wiadomo, że elastyczność stali jest o wiele większa niż betonu i zawieszenie betonowego przęsła oraz spojenie go na zastrzał, z płytami przęseł niepodwieszonych linami , a jedynie podpartymi, musiało dawać tak nietypowe efekty z wygaszaniem drgań i kołysania mostu, jak to „furioso”, niepokojące duszę każdego, kto się zna na statyce.
Od tamtego czasu nigdy nie wjechaliśmy na wiadukt omijając skrupulatnie ten fragment drogi na Lazurowe Wybrzeże. Idea podwieszenia przeseł w taki sposób, była błędna od samego początku. Ale moim zdaniem zatopienie w betonową otulinę wiązek kabli podtrzymujących konstrukcję dodatkowo pogorszyło zachowanie się budowli, przesztywniając elastyczne elementy, jak i uniemożliwiając ich kontrolę i konserwację. To liny i połączenie przęseł z niepodwieszonymi, a jedynie podpartymi elementami mostu, spowodowało nietypowe drgania tej hybrydowej konstrukcji. Złamana została reguła, że konstrukcja powinna harmonicznie przenosić obciążenia statyczne, a co dużo bardziej ważne także i dynamiczne! Te dynamiczne zawsze powodują drgania i ugięcia, które nie były w prawidłowy sposób wygaszane. Beton nie znosi drgań, nawet dobrze zbrojony, nawet sprężony, zaczyna pękać wcześniej czy później, zapoczątkowując proces destrukcji budowli. Najgorsze, co można wtedy zrobić to próbować walczyć z tym modyfikując i wzmacniając konstrukcję. To proces skazany na niepowodzenie, bo nigdy nie wiemy, jakim obciążeniom zostało poddane wewnętrzne zbrojenie, które w przypadku spękań przenosi wszystkie siły ścinające!
To smutna porażka tego rodzaju konstrukcji betonowych, które będą musiały być po prostu masowo wyburzane.
Inne tematy w dziale Technologie
