Prefabrykaty łukowe z betonu lekkiego zbrojone prętami GFRP

W związku z dynamicznym rozwojem budownictwa komunikacyjnego istnieje pilna potrzeba opracowania i wdrożenia do stosowania nowoczesnych rozwiązań prefabrykowanych elementów konstrukcyjnych, głównie w zakresie małych i średnich rozpiętości, wyprodukowanych z innowacyjnych materiałów budowlanych. Wprowadzenie takich materiałów wpłynie na zwiększenie trwałości prefabrykatów oraz wzrost atrakcyjności ekonomicznej rozwiązania.

Fot. 1. Przykłady wykorzystania prefabrykatów łukowych do budowy obiektów mostowych (źródło: https://optem.pl/)

Rozwiązanie zaproponowane w artykule może być przedmiotem zainteresowania jednostek administracji drogowej każdego szczebla oraz administracji kolejowej. W Polsce najbardziej intensywny rozwój prefabrykacji miał miejsce w latach 70. i 80. XX w. Jednakże prefabrykacja z tego okresu budzi złe skojarzenia. Prefabrykaty były na ogół bardzo niskiej jakości. Wydawało się, że w zakresie prefabrykacji osiągnięto szczyt możliwości i nastąpi jej odwrót w budownictwie. Jednak od lat 80. XX w. w Europie, a od 90. w Polsce ponownie się obserwuje intensywny rozwój prefabrykacji betonowej. Jest to skutkiem wyeliminowania wad z po- przedniego okresu oraz wdrożenia nowych rozwiązań technicznych i technologicznych. Jednymi z prefabrykowanych elementów wykorzystywanych w budownictwie infrastruktury transportu są żelbetowe prefabrykaty łukowe (łupinowe). Są one od wielu lat stosowane do budowy obiektów infrastruktury transportu o małych i średnich rozpiętościach (fot. 1). Wchodzą w skład systemów umożliwiających budowę wiaduktów i mostów dla ruchu drogowego i kolejowego, kładek dla pieszych i rowerzystów oraz przejść dla zwierząt.

Istniejące systemy są dobrym rozwiązaniem konstrukcyjnym, lecz problemem jest ich nadmierny ciężar przy transporcie i montażu oraz obniżona (do ok. 20 lat) trwałość ze względu na korozję zbrojenia stalowego. Wprowadzenie do projektowania Eurokodów narzuca stosowanie w budownictwie komunikacyjnym rozwiązań o trwałości wynoszącej minimum 50 lat, a w przypadku mostów nawet 100 lat.

Intensywny rozwój prefabrykacji obejmuje wprowadzenie do jej produkcji betonów nowej generacji. Jednym z nich jest beton lekki. Budownictwo mostowe należy do dziedzin, w których zastosowanie betonu lekkiego jest szczególnie uzasadnione. Zastosowanie betonu lekkiego w elementach prefabrykowanych sprawia, że znaczącemu zredukowaniu ulegają koszty transportu i montażu elementów, co prowadzi do obniżenia kosztów budowy.

>>> Budynki modułowe prefabrykowane

>>> Domy jednorodzinne prefabrykowane od A do Z

>>> Budownictwo modułowe – zastosowanie, zalety, rodzaje systemów

Drugim kluczowym elementem prefabrykatu jest jego zbrojenie. W omawianych prefabrykatach łukowych zastosowano pręty kompozytowe FRP. Pręty te w porównaniu z prętami stalowymi charakteryzuje m.in.: wysoka wytrzymałość, odporność na korozję, odporność chemiczna, neutralność elektromagnetyczna oraz niski ciężar. Pręty kompozytowe stały się ostatnio obiecującą alternatywą dla zbrojenia stalowego konstrukcji budowlanych.

Wymienione cechy prętów kompozytowych zapewniają wysoką trwałość betonowych elementów konstrukcyjnych zbrojonych takimi prętami i redukcję kosztów utrzymania obiektów w cyklu życia, co jest główną przyczyną ich stosowania m.in. w obiektach mostowych.

Fot. Prefabrykaty łukowe wbudowane w rzeczywiste obiekty mostowe (źródło: https://optem.pl/)

Prefabrykat łukowy będący przedmiotem niniejszego artykułu łączy w sobie zalety prefabrykacji, a także wykorzystania betonu lekkiego i zbrojenia prętami kompozytowymi. Zastosowanie takich prefabrykatów niesie ze sobą wiele korzyści zarówno dla wykonawcy infrastruktury, jak i dla administratora obiektu w okresie jego eksploatacji. Rozwiązanie pozwala na uzyskanie wysokiej jakości obiektów mostowych dzięki: użyciu prefabrykatów (wykonywanych w miejscu wolnym od wpływu złych warunków atmosferycznych), skróceniu czasu prac prowadzonych w warunkach terenowych, obniżeniu jednostkowego kosztu produkcji ze względu na powtarzalność procesów, uproszczeniu prac projektowych ze względu na możliwość stosowania rozwiązań systemowych. Zastosowanie betonu lekkiego pozwala na obniżenie kosztów transportu i montażu elementów prefabrykowanych. Zbrojenie prętami kompozytowymi z kolei umożliwia uzyskanie prefabrykatów o zwiększonej trwałości, a tym samym obniża koszt utrzymania obiektów, w których zostały użyte. Rozwiązanie pozwala również na uzyskanie możliwie najniższych kosztów obiektu mostowego w cyklu jego życia. Ze względu na brak zagrożenia korozją możliwe jest zastosowanie mniejszej otuliny zbrojenia, a tym samym uzyskanie większej efektywności prefabrykatu.

W dalszej części artykułu:

• Prefabrykaty łukowe. Przedmiot badań i schemat badań.
• Prefabrykaty łukowe. Wyniki badań statycznych i zmęczeniowych.

Cały tekst znajdziesz w numerze 5/2022 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”

	dr inż. Ewa Michalak, prof. PRz Politechnika Rzeszowska Katedra Dróg i Mostów
	dr inż. Bartosz Piątek Politechnika Rzeszowska Katedra Dróg i Mostów

Polecamy: Produkty budowlane