Mosty z kompozytu. Wytrzymałe, trwałe, innowacyjne

Przęsło o rozpiętości 21 m, zbudowanego mostu w Błażowej pozwoliło na pobicie światowego rekordu długości dla tego typu przepraw – pisze Lech WŁASAK

.Mostownictwo to jedna z najbardziej innowacyjnych gałęzi budownictwa. Jedną z innowacji było zastosowanie kompozytów włóknistych o osnowie polimerowej (ang. fiber-reinforced polymer – FRP), czyli materiału stworzonego z włókien (np. szklanych) i żywicy (np. epoksydowej) jako materiałów konstrukcyjnych. Pozwoliło to na szybszą budowę trwalszej i bardziej wytrzymałej infrastruktury mostowej.

Cechy kompozytu są znane: to wysoka wytrzymałość, odporności na korozję i erozję (co jest głównym powodem degradacji mostów wybudowanych z tradycyjnych materiałów takich jak stal, beton lub drewno.) Kompozyt FRP mają niską gęstość, dzięki czemu można wytwarzać duże i lekkie prefabrykaty, a ich montaż jest szybki i tani. Kompozyty zbrojone włóknem szklanym są doskonałymi izolatorami elektrycznymi, co zwiększa bezpieczeństwo użytkowania w przypadku przepraw nad liniami zelektryfikowanymi oraz rozwiązuje problem prądów błądzących, które drastycznie przyśpieszają korozję obiektów budowanych nad takimi przeszkodami.

Pierwszy polski mosty drogowy z kompozytu FRP został zbudowany przez Mostostal Warszawa S.A. w 2015 r. To przełomowa przeprawa, stworzona z włókien szklanych i węglowych oraz żywicy epoksydowej.

Prace prowadzone od 2006 r. miały charakter ewolucyjny. Gwałtownie przyśpieszyły pod koniec 2013 r. w momencie rozpoczęcia projektu badawczego „Com-bridge – Innowacyjny most z kompozytów FRP”, współfinansowanego przez Narodowe Centrum Badań Rozwoju. Mostostal Warszawa był liderem tego przedsięwzięcia oraz wytwórcą i głównym pomysłodawcą konstrukcji mostów. W ramach projektu wybudowano dwie innowacyjne przeprawy w powiecie rzeszowskim. Zostały one oddane na początku i końcu 2016 r.

Na świecie istnieje kilka tysięcy mostów z elementami konstrukcyjnymi z kompozytów FRP. W 2016 roku tylko 6 z nich było mostami drogowymi z belkami kompozytowymi zespolonymi z płytą betonową (dwa podobne mosty znajdują się np. w Hiszpanii). Przęsło o rozpiętości 21 m, zbudowanego mostu w Błażowej pozwoliło na pobicie światowego rekordu długości dla tego typu przepraw. Rozwiązanie technologiczne było wielokrotnie nagradzane, podlega też ochronie patentowej.

Ze względu na wysoki reżim technologiczny, elementy kompozytowe muszą być prefabrykowane w specjalistycznych zakładach produkcyjnych. Natomiast sam transport i montaż jest dużo prostszy, tańszy i bardziej bezpieczny, ze względu na kilkukrotnie niższy ciężar elementów w porównaniu do rozwiązań tradycyjnych. Dla przykładu, masa pojedynczej belki mostowej w Błażowej wynosiła jedynie 4 tony, a montaż czterech dźwigarów zakończono w ciągu 2 godzin! Maksymalne obciążenie przyłożone do pojedynczej 21 m belki wyniosło 156 tony (dla porównania maksymalna masa pojazdów dopuszczonych do ruchu dla mostu z tymi belkami wynosi 40 ton). Dźwigar, zgodnie z oczekiwaniami, wytrzymał tę próbę. Nie oznacza to, że most jest przewymiarowany. Projektując mosty kompozytowe, o ich budowie decydują zwykle dopuszczalne ugięcia mostu, natomiast ich nośność jest dużo wyższa niż wymagana norma. Dzięki temu tego typu konstrukcje są bardzo bezpieczne. Bazując na badaniach zmęczeniowych i przyśpieszonych testach starzenia się, szacuje się że mosty kompozytowe powinny być eksploatowane – bez remontów – przez 50-75 lat.

Światowy rynek kompozytów FRP w 2016 roku wyniósł 114 mld USD (jedna czwarta przypadała na branżę budowlaną). Trend jest wykładniczo rosnący, szacuje się, że w 2025 r. rynek osiągnie 280 mld USD.

Kompozyty w mostownictwie będą coraz powszechniej stosowane. Dotyczy to zarówno kompozytowych wzmocnień konstrukcji, przepustów, zbrojenia niemetalicznego betonu (podobnie jak w moście w Błażowej), głównych elementów konstrukcyjnych, a nawet całych konstrukcji. Do tej ostatniej kategorii zalicza się drugi most zrealizowany w ramach projektu Com-bridge – przeprawa drogowa w Nowej Wsi obok Jasionki. Składa się ona z czterech belek kompozytowych zespolonych z płytą, również wykonaną z kompozytów FRP. Konstrukcja na miejsce wbudowania przyjechała na jednym pojeździe w dwóch częściach, których montaż trwał dobę. Most ma rozpiętość 10,7 m i jest przeznaczony dla pojazdów o masie nie przekraczającej 30 ton.

Obecnie koszt początkowy mostów kompozytowych jest wyższy niż rozwiązań tradycyjnych, natomiast analizy w cyklu życia (LCCA) wskazują te pierwsze jako bardziej ekonomiczne. Wynika to głównie z mniejszych nakładów na utrzymanie. Bilans jest jeszcze korzystniejszy w przypadku mostów w terenach silnie zurbanizowanych, nad liniami kolejowymi oraz w ciągu dróg o wysokim natężeniu ruchu – wszędzie tam, gdzie budowa/remont mostu generują wysokie koszty bezpośrednie i pośrednie (społeczne).

Projekt Com-bridge był realizowany przez cztery jednostki, z czego dwie mają swoje siedziby w powiecie rzeszowskim, w związku z tym powiat ten był naturalnym obszarem poszukiwań obiektów do budowy/modernizacji. Władze lokalne wykazywały się dużą otwartością i nam zaufały. Zdobyliśmy cenne doświadczenia, zademonstrowaliśmy i przetestowaliśmy naszą technologię, a społeczność lokalna zyskała trwałe i wyjątkowe obiekty. Dla przykładu, budowa mostu w Błażowej nad potokiem Ryjak, w miejscu istniejącej przeprawy, pozwoliła na poszerzenie obiektu, podniesienie dopuszczalnego obciążenia, zwiększenie bezpieczeństwa (montaż barier drogowych, lepsze wyprofilowanie zakrętów) oraz zmniejszenie uciążliwych hałasów (poprzedni most miał pokład drewniany dudniący w czasie przejazdów samochodów). Nowy most był impulsem do zmiany logotypu gminy Błażowa i stworzenie nowego hasła: „naturalnie nowoczesna”. Hasło jak najbardziej uzasadnione.

Lech Własak