STRESZCZENIE
Przedstawiono kilka katastrof i awarii mostów betonowych spo-wodowanych korozją kabli sprężających. Wskazano na braki w dziedzinie ochrony antykorozyjnej cięgien w dawniej wyko-nanych i nowoczesnych obiektach. Sformułowano zalecenia dotyczące postulowanych zasad projektowania mostów z be-tonu sprężonego.
ABSTRACT
Several disasters and failures of concrete bridges caused by corrosion of prestressing cables have been presented. The de-ficiencies in the field of corrosion protection of tendons in pre-viously made and modern facilities were pointed out. Recom-mendations were formulated regarding the postulated design principles from prestressed concrete.
bowej. Pierwszym wielkim obiektem [1] zbudowanym według tej koncepcji był most przez jezioro Maracaibo w Wenezueli. Natomiast most Wadi
al-Kuf w Libii miał najdłuższe betonowe przęsło (282 m) w kategorii mostów podwieszonych oraz mostów z betonu sprężonego [4].
Rys. 2. Konstrukcja pylonów wiaduktu Polcevera [3]
technologie
Konstrukcja
Wiadukt Polcevera projektu R. Morandiego w Genui został wybudowany w latach 1963–1966 jako połączenie dwóch ważnych dla Ligurii autostrad: Mediolan – Genua i Genua – Savona. Całkowita długość przeprawy to 1121 m. Jest to kon-strukcja jedenastoprzęsłowa wznosząca się nad linią kolejową, zabudowaniami Genui oraz kanałem Polcevera (rys. 1). Roz-piętości przęseł sięgają od 43 m do 209 m. Najdłuższe przęsła zlokalizowane są między sekcjami podstawowymi, w których skład wchodzą dwa wsporniki o łącznej długości 172 m i zawie-szone na nich przegubowo 36-metrowe przęsła tworzące w ten sposób układ belki Gerbera. Dodatkowo części wspornikowe przęseł są podwieszone do pylonów za pomocą pary obetono-wanych want. Mniejsze przęsła estakad dojazdowych do mostu głównego mają podobne rozwiązanie (rys. 3). Składają się z ramowych podpór i zawieszonych na nich przęseł. Elementy podstawowe przęseł konstrukcji nośnej stanowią w przekroju poprzecznym trójkomorową betonową skrzynkę (rys. 2).
W latach 60. XX w. stosowano obetonowywanie kabli podwie-szających służące jako zabezpieczenie antykorozyjne. Prze-krojem takiej wanty jest prostokąt (rys. 4 i 5). W jej centralnej części przebiegają cięgna główne (24×12T13), które naciąga-no w trakcie budowy przed zabetonaciąga-nowaniem. Przenaciąga-noszą one ciężar własny konstrukcji. Cięgna dodatkowe (28×4T13) naprę-żano po zabetonowaniu całej wanty. Ich rolą jest przenoszenie sił od obciążeń użytkowych.
Technologię budowy wiaduktu pokazano na fot. 1–5, polegała ona na:
1) wykonaniu fundamentów i podpór mostu do poziomu spodu ustroju nośnego;
2) wykonaniu tzw. wahadła: dwuwspornikowej części ustroju nośnego metodą betonowania wspornikowego przy jedno-czesnym wnoszeniu górnej części pylonu (fot. 1);
3) zapewnieniu stabilności wahadła w czasie betonowania wspornikowego przez kable zewnętrzne układane nad płytą pomostu (fot. 2);
4) montowaniu i napinaniu (po wykonaniu wahadła) podstawo-wych kabli nośnych 12T13 (zaznaczone na czarno na rys. 4), do których podwieszano deskowanie do uformowania „beto-nowego” cięgna; w osłonie betonowej pozostawiono kanały kablowe, w które – po stwardnieniu betonu – wprowadzano kable drugorzędne 4T13 (oznaczone okręgiem na rys. 5);
po ich napięciu kanały były iniektowane;
5) montowaniu przęsła gerberowskiego i instalowaniu wyposa-żenia mostu po podwieszeniu konstrukcji.
Z analizy dostępnych publikacji [1–4] wynika, że wiadukt pod względem statyczno-wytrzymałościowym był zaprojektowany popraw-nie, a jego schemat statyczny pozwalał na stosunkowo łatwą ocenę wpływu uszkodzeń na bezpieczeństwo obiektu. Słabym punktem tej konstrukcji i innych mostów Morandiego była ochrona antykorozyjna cięgien – szczególnie w strefie siodła usytuowanego na wierz-chołku pylonu (rys. 4). Zwróćmy uwagę, że promień zakrzywie-nia kabli jest równy 1,5 m. Dziś wiemy, że przy takiej krzywiźnie nośność kabli należy zredukować o ok. 20%. Czy zrobił to Morandi? Chyba nie. W miejscu wspomnianego siodła, ze względu na drgania want, następowało naprzemienne zgina-nie „betonowego cięgna”, które było w zasadzie pozbawione
Rys. 3. Zakotwienie want w pomoście i pylonie [3]
Rys. 5. Podpora części dojazdowej [3]
Rys. 4. Przekroje poprzeczne przez obetonowane cięgna. Część dolna wanty (rysunek lewy) i część górna (rysunek prawy) [3]
Podpora części dojazdowej
technologie
zbrojenia podłużnego. Stosowano tylko strzemiona z prętów o średnicy 6 mm. O tym, że są to newralgiczne punkty pod-wieszonych mostów Morandiego, świadczą zauważone w porę uszkodzenia sekcji S3.
Zauważmy, że obiekt powstał w początkowych latach stoso-wania betonu sprężonego, a Morandi oraz wielu innych było zafascynowanych możliwościami, jakie stwarzała nowa tech-nologia. Zbudowano wielkie obiekty, ale zbyt optymistycznie oceniano trwałość cięgien sprężających. Dziś wiemy, że cięgna sprężające i wanty należy bardzo starannie zabezpieczać przed korozją i prowadzić je w taki sposób, aby była możliwa kontrola ich stanu.
Fot. 1. Budowa części wspornikowej przęseł metodą betonowania wspor-nikowego [3]
Fot. 2. Tymczasowe sprężenie zewnętrzne podtrzymujące wsporniki w czasie budowy [3]
Fot. 3. Montaż cięgien podwieszających na pylonie centralnym (sekcja
S2) oraz gotowa konstrukcja pylonu wschodniego (sekcja S3) [3] Fot. 5. Widok wiaduktu pod koniec lat 60. XX w. [3]
Fot. 4 Obetonowywanie cięgien
w strefie zakotwienia [3]
Wymiana kabli w sekcji S3 w latach 90. XX w.
Rys. 6. Naprawa cięgien w sekcji S3 [2]
W latach 90. XX w., po przeglądzie konstrukcji, zdecydowano się na wymianę elementów podwieszających przy pylonie S3. W miejscu monolitycznego połączenia jednej z want z pylonem pojawił się otwór w osłonie betonowej, który doprowadził do korozji części kabli sprężających [2]. Procedura wymiany kabli została opisana dosyć dokładnie w pracy [4]. Polegała ona na zainstalowaniu dodatkowych elementów stalowych na pylonie („czapki” – rys. 6) i na wspornikach poprzecznicy umieszczonej w miejscu kotwie-nia want w ustroju nośnym. Kable zamiennie napinano w kilku etapach, jednocześnie stopniowo wycinając kable pierwotne.
Na rys. 6 przedstawiono sekcję S3 po wymianie kabli.
technologie
Fot. 7. Widok zniszczonej konstrukcji [5]
Rys. 7. Obciążenie pomostu sekcji S1 w trakcie katastrofy Domniemane przyczyny katastrofy
14 sierpnia 2018 r. nastąpiła katastrofa wiaduktu Polcevera, która objęła swoim zasięgiem sekcję S1 wraz z opartymi na niej przęsłami gerberowskimi. Katastrofa mostu w Genui nastąpiła w czasie normalnej eksploatacji obiektu i pochłonęła 43 ofiary.
Przyczyny awarii bada specjalna komi-sja, ale po analizie literatury dotyczącej konstrukcji obiektu i filmów dokumen-tujących to wydarzenie można z dużą pewnością zrekonstruować przebieg katastrofy:
► Bezpośrednią jej przyczyną było ze-rwanie jednego z cięgien podtrzymują-cych wsporniki sekcji S1 (WEST) (fot. 6, rys. 7) od strony estakady do-jazdowej. Zerwanie nastąpiło w pobliżu siodła na wierzchołku pylonu (fot. 6).
► Zerwana wanta o masie około 300 ton (porównaj rys. 5) runęła na ustrój nośny. Nastąpiło uderzenie w pomost z siłą, którą można szacować na przynajmniej 4,5 MN (3 MN × współczynnik dynamiczny). Obcią-żenie użytkowe znajdujące się po krytycznej stronie pylonu w czasie ka-tastrofy należy szacować na 0,5 MN.
► Uderzenie „betonowego cięgna”
o pomost spowodowało urwanie drugiej wanty i lawinowe zniszczenie sekcji S1 mostu.
Fot. 6. Wierzchołki poszczególnych sekcji przed katastrofą [6]
Na rys. 7 pokazano domniemane obcią-żenie ramienia sekcji S1 przez zerwane cięgno, a na fot. 7 – skutki katastrofy.
Zwraca uwagę bardzo słabe zbrojenie pylonu, który poskładał się na stykach segmentów technologicznych.
Po wnikliwych badaniach pozostałej części konstrukcji zdecydowano się na jej całkowitą rozbiórkę i budowę nowego mostu. W czerw-cu 2019 r. pozostałości mostu zostały zburzone ładunkami wybuchowymi.