Gorące tematy: Ryszard Opara: „AMEN” Smoleńsk Zostań BLOGEREM! RSS Kontakt
Uwaga! Wygląda na to, że Twoja przeglądarka nie obsługuje JavaScript. JavaScript jest wymagany do poprawnego działania serwisu!
4573 posty 2072 komentarze

Bogusław Jeznach

Bogusław Jeznach - Dzielić się wiedzą, zarażać ciekawością.

Problem zbrojonego betonu

ZACHOWAJ ARTYKUŁ POLEĆ ZNAJOMYM

INŻYNIERIA I TECHNIKA: W związku z niedawnym zawaleniem się mostu Morandiego w Genui pojawiło się sporo publikacji nt.betonu zbrojonego i kondycji budowli z tego materiału. Poniżej kompilacja tych informacji

 

 

Beton może trwać bardzo długo. Dach Panteonu w Rzymie jest największą na świecie kopułą z niezbrojonego betonu; została ona ukończona około 125 roku ne. przez cesarza Hadriana. Ale konstrukcje betonowe mogą również zawieść i zawalić się, co może mieć tragiczne konsekwencje. Chociaż jest za wcześnie, aby mówić o przyczynach, coś wyraźnie poszło nie tak z mostem Morandiego w Genui, który został ukończony w 1967 roku i zawalił się 14 sierpnia grzebiąc pod swymi gruzami  co najmniej 38 osób.

We Włoszech już wskazuje się winnych: a to projektant mostu sam Riccardo Morandi, a to operator, a to politycy swoi, obcy, itp. Ale katastrofa w Genui niesie w sobie ważne ostrzeżenie, które rozciąga się daleko poza granice Włoch. Beton, na którym opierał się most Morandiego, jest najczęściej obecnie używanym materiałem budowlanym na świecie. Ten rodzaj zbrojenia wzmocniony stalą znajduje zastosowanie we wszelkiego rodzaju konstrukcjach infrastrukturalnych. Aliści w przeciwieństwie do czystego betonu uzytego w kopule Panteonu, żelbet czyli beton zbrojony niesie ze sobą istotny swoisty problem techniczny.

Wzmacnianie odbywa się za pomocą stalowych prętów lub siatek uwięzionych w betonie, tak jak to było w konstrukcji  z Genui. Problem z użyciem metalu polega jednak na tym, że wprowadza on do betonu potencjalną słabość. Mogą w nim powastać drobne pęknięcia wskutek tarcia, wibracji z ruchu ulicznego, przez pogodę, ruchy fundamentów i z wielu innych przyczyn. Pęknięcia te powodują wsączanie i pełzanie wody wewnątrz struktury, a po zetknięciu się z zawartym w niej metalem powodują korozję. Proces ten może dramatycznie osłabić strukturę. Mosty są szczególnie zagrożone, ponieważ mogą być poddawane niezwykle dużym naprężeniom i odkształceniom, wiele z nich ma dużą długość i rozpiętość, a pod nimi nie ma nic, co mogłoby je wesprzeć.

Ryzyko pogorszenia się wytrzymałości betonu zbrojonego można powiększyć i przyspieszyć wieloma czynnikami. Na pierwszym miejscu jest kiepska jakość wykonania. Mówimy ‘beton’, ale jest to cała wielka gama produktów, receptur, procedur, logistyki  i naprawdę solidny kawał inżynierskiej wiedzy. Pracowałem kilkakrotnie (jako tłumacz) na wielkich budowach eksportowych i jestem pod wrażeniem wiedzy i sztuki inżynierskiej, która wiąże się z materiałem tak, zdawać by się mogło, prostym jak beton (zbrojony lub nie). Najważniejszym obiektem na takiej budowie jest laboratorium. W wykonaniu liczy się wszystko: receptura, składniki, kolejność ich dodawania, czas mieszania i zalewania, pogoda i jej parametry, wilgotność, temperatura, tempo schnięcia itp.

Most w Genui oparty jest na projekcie zwanym mostem wantowym, choć jest to dość nietypowy wariant. Taki most wykorzystuje jedną lub więcej wież, z których biegną kable, które podtrzymują pokład mostu. Różni się to od mostu wiszącego, takiego jak most Golden Gate w San Francisco, w którym kable podtrzymujące pokład są zawieszone pionowo od głównego kabla zakotwiczonego na każdym końcu mostu. Mosty podwieszane są szeroko stosowane, głównie w przypadku przęseł  krótszych niż te, które pokonuje się za jednym przejazdem w mostach wiszących.

Znaną cechą mostu wantowego jest to, że kable na których wisi tworzą wzór przypominający wachlarz wychodzący z wieży podtrzymującej. Jeśli jeden z kabli zostanie uszkodzony lub pęknie, obciążenie mostu jest obliczane w taki sposób, że pozostałe kable będą w stanie utrzymać konstrukcję. Most Morandi jest jednak inny, ponieważ był wspierany ścięgnami z betonu sprężonego. Ścięgna takie są wykonane z wiązek stalowych drutów, które są zaciśnięte, aby wytworzyć wytrzymałość na ściskanie, a następnie są zamknięte w betonie. Most został zaprojektowany przez Riccardo Morandiego, zwolennika tego typu mostu. Na świecie zbudowano ich bardzo niewiele.

Obawy o most w Genui były już podnoszone w przeszłości. Włoskie media podały, że w 2016 r. Antonio Brencich, specjalista w dziedzinie betonu zbrojonego na Uniwersytecie w Genui, określił most jako „fallimento dell'ingegneria” (błąd inżynieryjny) twierdząc, że prędzej czy później należałoby go wymienić. Daniele Zonta, ekspert w dziedzinie inżynierii lądowej na Uniwersytecie Strathclyde w Wielkiej Brytanii, mówi, że od otwarcia tego mostu w 1967 r. jego ścięgna wymagały ciągłego monitorowania i konserwacji.

Chociaż konstrukcja mostu jest niezwykła, jest zbyt wcześnie, aby powiedzieć, czy odegrała ona jakąś rolę w jego zawaleniu. Pod innymi względami most Morandi jest daleki od nietypowych. Na całym świecie zbudowane dawno mosty, szczególnie te z żelbetu, szybko się pogarszają. Już w roku 1999 duże badanie – akademickie, a nie komercyjne - wykazało, że 30% mostów drogowych w Europie miało jakąś wadę, w tym szczególnie często obejmującą korozję ich zbrojenia -stalowych prętów wzmacniających lub ścięgien.

Opublikowany w styczniu 2018 roku raport Amerykańskiego Stowarzyszenia Budowniczych Drogowych i Transportowych otrzeźwia jeszcze bardziej. Ocenia się w nim, że 54,259 spośród  612,677 mostów w USA jest „strukturalnie wadliwych”. Mają one średni wiek 67 lat i są przekraczane przez pojazdy 174 mln razy dziennie! Przy obecnym tempie naprawy i wymiany, potrzeba  37 lat, aby zaradzić wszystkim problemom, mówi Alison Premo Black, główny ekonomista tego stowarzyszenia.

Co dzieje się z tymi mostami? Trudność polega na tym, że beton, a głównie stal używana do jego wzmocnienia, może zawodzić na różne sposoby. Sól, lód i kaprysy pogody mogą powodować drobne pęknięcia na powierzchni betonu. Kiedy te pęknięcia wkradają się do środka, wpuszczają wodę. Kiedy woda dociera do stalowych wzmocnień lub ścięgien, koroduje je. Powoduje to powiększenie pęknięć, które mogą spowodować rozpad betonu. Fakt, że tak się powszechnie dzieje, widać często po rdzawych smugach na rozpadającym się betonie.

Inne czynniki, takie jak ciągłe cykliczne drgania pochodzące od ruchu drogowego,  też powodują pogarszanie się stanu mostów - mówi Mehdi Kashani, ekspert w dziedzinie mechaniki strukturalnej z uniwersytetu Southampton w Wielkiej Brytanii. Jest to szczególny problem w przypadku mostów zaprojektowanych w latach 60. ubiegłego wieku, kiedy natężenie ruchu było niższe, samochody były mniejsze, a ciężarówki lżejsze. Co więcej, ekstremalne warunki pogodowe mogą też powodować ogromne straty, mosty w upale i na mrozie rozszerzają się i kurczą, powodzie niszczą fundamenty, a silne wiatry naruszją stabilność konstrukcji. Dlatego niezbędne są regularne kontrole i konserwacja.

Dostępne są nowe metody monitorowania struktur, które pomagają inżynierom wykrywać problemy, zanim staną się krytyczne. Zamiast uciążliwego wspinania się po filarach i na wysokościach mostów lub wznoszenia rusztowań, drony z kamerami mogą z łatwością porobić zbliżenia niemal każdej części mostu. Również zamontowane na stałe czujniki elektroniczne mogą zapewnić regularne odczyty dowolnego parametru zmian w strukturze. Skanery laserowe są w stanie zbierać drobne szczegóły i wyświetlać je jako obraz trójwymiarowy. Wszystko to powinno pomóc, ale podwarunkiem, że istnieją ścisłe reżimy, aby zapewnić monitorowanie i konserwację zapobiegawczą. Jeśli takie zadania zostaną pominięte, z dowolnego powodu, wynikiem może być katastrofa. „Most w Genui nie jest pierwszym, który się zawalił” - mówi dr Kashani. „I niestety nie będzie ostatnim"

 

 

Monitorowanie i naprawa nie są jedynymi opcjami. Kiedy budowano mosty w latach 50., 60. i 70., wiele miało trwać ponad 100 lat. Ale stwierdzona degradacja betonu zbrojonego sprawia, że​​niektórzy inżynierowie uważają, że takie mosty mogą trwać bezpiecznie tylko 50-60 lat. Oznacza to, że tysiące mostów zbliżają się do końca swoich dni. Remont jest możliwy, ale trwa długo i jest bardzo kosztowny. Może okazać się droższy niż budowa nowego mostu.

Co więcej, nowe struktury mogą skorzystać z postępów w inżynierii. Dokonano ogromnego postępu w dziedzinie materiałoznawstwa, tak że można teraz majstrować w wewnętrznej strukturze samej substancji, tak aby beton był bardziej wytrzymały, a stal bardziej odporna na korozję. W niektórych krajach powstaje już beton, który umożliwia zabezpieczenie budynków przed takimi zjawiskami, jak trzęsienia ziemi i eksplozje bomb. Oprócz tradycyjnego piasku i cementu do tych super-betonów dodaje się inne składniki, takie jak kwarc i różne materiały wzmacniające. W niektórych testach wykazano, że np. dodatek włókien roślinnych daje wyraźnie mocniejszy beton.

Teestuje się również beton samonaprawialny. Można w tym celu stosować różne metody, ale podstawową ideą jest to, że w przypadku pojawienia się pęknięć na powierzchni, mają one wywołać reakcję chemiczną, która ponownie ją uszczelni.

Mimo wszystko hurtowa wymiana starszych wiekiem mostów byłaby niezwykle kosztowną zabawą.  Most im. Gubernatora Mario Cuomo, pomyslany jako zastępstwo dla starego mostu Tappan Zee, który przecina rzekę Hudson w Nowym Jorku, ma zostać w pełni uruchomiony jeszcze w tym roku. Jest to również most wantowy, ale w bardziej tradycyjnej koncepcji inżynierskiej. Oczekuje się, że jego całkowity koszt wyniesie około 4 mld $. Stary most, zbudowany w dużej mierze ze stali i betonu w latach 50. XX wieku, został rozebrany kosztem 60 milionów dolarów, co w dzisiejszych czasach wymagałoby już  564 milionów. Przewidywano, że most Tappan Zee będzie trwał tylko 50 lat; udało mu się przeżyć prawie 62. Jego zastępca ma przetrwać całe sto lat. Czas pokaże czy to się sprawdzi.

 

Na temat materiałów budowlanych pisałem już na moim blogu:

01.Beton, ale inteligentny (26.03.2012)

02.Drążenie tunelu Hallandsas (12.11.2015)

03.Uff, jak odpornie! (2.11.2017)

04.Dziury w asfalcie (21.12.2017)

05.Problem zbrojonego betonu (13.09.2018)

 

 

KOMENTARZE

  • @
    //Problem zbrojonego betonu//

    Problem trwa...ale beton się trzyma.

    https://www.youtube.com/watch?v=zDD7enjTbqQ
  • @Arjanek 18:32:30
    Gratulacje - "strasznie" trafiony link.

    Pozdro!
  • @ Autor
    To dla mnie dziwne, że inżynierowie wiedząc o przenikaniu wody nie przewidzieli już wtedy zastosowania w budowie mostów stali nierdzewnej. Byłoby drożej, ale wielu katastrof zapewne dałoby się uniknąć.

    5*

    Ukłony
  • poprawka
    " ścięgnami z betonu sprężonego. Ścięgna takie są wykonane z wiązek stalowych drutów, które są zaciśnięte, aby wytworzyć wytrzymałość na ściskanie, a następnie są zamknięte w betonie."

    Są rozciągnięte najczęściej hydraulicznie a następnie w formie zalewane betonem wysokiej wytrzymałości.

    Upraszczając beton to sztuczny kamień piaskowiec, zlepieniec odporny na siły ściskające a nie na rozrywające. Odporność na te ostatnie siły daje właśnie konstrukcja z prętów stalowych wewnątrz.

    Wróble ćwikają że najlepsi w technologii betonu w dzisiejszym świecie są nasi dalsi kuzyni Persowie zwani Irańczykami. Na tyle że jankesi uznali za wskazane zmodernizować swe bronie antyschronowe.

    A niektórym biurwom ta ostatnia katastrofa budowlana odbija się czkawką.
    Zarzucili wykonawcom mostu wantowego Rędzińskiego zbyt duże zakłady prętów na łączeniu ok 1,5 metra zamiast uznawanych 0,8 m max
  • Po co ten most w tym miejscu?
    Pod mostem same rudery. Zamiast budowac to ochydztwo taniej bylo by wyburzyc rudery, puscic szose po ziemi a przez rzeczke zbudowac krotki, tradycyjny most.
  • @Jasiek 23:20:06
    nierdzewka jest zwyczajnie słabsza dlatego mamy stal zbrojeniową

OSTATNIE POSTY

więcej

ARCHIWUM POSTÓW

PnWtŚrCzPtSoNd
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31