Betonowe kładki dla pieszych – formy konstrukcyjne i parametry

Kładki dla pieszych buduje się w miejscach, w których obecność ludzi (użytkowników, obserwatorów) jest zdecydowanie częstsza i trwa dłużej niż w przypadku innych obiektów mostowych. Stają się one niejednokrotnie punktami charakterystycznymi, przyciągającymi uwagę, jak również punktami widokowymi, z których jest obserwowany otaczający je teren. Dlatego ich lokalizacja, zarówno w zabudowie miejskiej, jak i w krajobrazie przyrodniczym, stawia istotne wymagania funkcjonalne, konstrukcyjne i estetyczne. Obecnie od współczesnych kładek dla pieszych wymaga się nie tylko konstrukcji bezpiecznej, trwałej i estetycznej, ale również zintegrowanej z otoczeniem, wyrażającej lokalne wartości społeczne lub kulturalne i będącej jednocześnie wyrazem postępu technologicznego. Indywidualny charakter otoczenia powoduje, że kładka musi być często kształtowana i projektowana w sposób indywidualny i oryginalny. Dotyczy to zwłaszcza zabudowy miejskiej, w której powstają współcześnie najbardziej oryginalne i spektakularne obiekty.
 

Stosunkowo duża formalna swoboda projektowania kładek nie oznacza pełnej dowolności w ich kształtowaniu. Projektant kładki dla pieszych musi być świadomy, jakie są główne cechy współczesnych kładek oraz w jaki sposób, mając wspomnianą dowolność formalną, wykorzystać współczesne trendy w kształtowaniu tych obiektów mostowych. W artykule przegląd najnowszych trendów w kształtowaniu architektoniczno-konstrukcyjnym kładek dla pieszych ograniczono do kładek o konstrukcji z betonu i stali, wskazując jednocześnie na możliwość wykorzystania współczesnych osiągnięć inżynierii materiałowej, oferujących budownictwu mostowemu nowe odmiany i gatunki tych dwóch konwencjonalnych materiałów konstrukcyjnych. Każdą z przedstawionych kładek charakteryzują nietypowe formy i rozwiązania konstrukcyjne lub niekonwencjonalny i zaawansowany technologicznie materiał, będący wynikiem ewolucji technologicznej konwencjonalnej stali i betonu. Jednocześnie prezentowane kładki, jako obiekty charakterystyczne, stały się poniekąd symbolami i wyrazem dążenia ich właścicieli do innowacyjności i nowoczesności w kreowaniu przestrzeni miejskiej lub cennej przyrodniczo.

KŁADKI Z BETONU

Betonowe kładki wstęgowe
 

Bez wątpienia jedną z ciekawszych form konstrukcyjnych kładek z betonu są kładki wstęgowe (stress-ribbon footbridge). Kładka wstęgowa to rodzaj konstrukcji wiszącej, w której kable są naciągnięte na tyle mocno, że obciążenie może być przykładane bezpośrednio na płytach betonowych, opartych na kablach. W porównaniu z innymi rodzajami obiektów mostowych konstrukcja kładek wstęgowych jest dosyć prosta, lekka i przede wszystkim smukła. Ze względu na stosunkowo nieduże zużycie materiału kładki wstęgowe są relatywnie tanie, a ich budowa i utrzymanie powodują minimalne obciążenia środowiskowe. Jednakże ze względu na duże siły rozciągające w kablach ich zakotwienia na końcach obiektu bywają czasami skomplikowane i kosztowne. Kładki wstęgowe są stosowane przy rozpiętościach przęseł w zakresie 100-150 m i przy grubości pomostu 0,15-0,30 m. Koncepcję kładek wstęgowych opracował niemiecki inż. Ulrich Finsterwalder pod koniec lat 50. XX w., proponując budowę w tej formie mostu przez cieśninę Bosfor. Pierwsza kładka wstęgowa powstała jednak dopiero w 1965 r. w Szwajcarii wg projektu prof. Rene Walthera. Jednak do wdrożenia i upowszechnienia w budownictwie mostowym tego typu konstrukcji przyczynił się głównie prof. Jiri Straski z Czech, autor pierwszego podręcznika, poświęconego analizie i projektowaniu tych obiektów [1]. Jego zrealizowane projekty w Czechach i USA stanowią dzisiaj kanon tej dziedziny inżynierii mostowej.
 

Najdłuższa na świecie klasyczna kładka wstęgowa David Kreitzer Lake Hodges Bicycle Pedestrian Bridge (rowerowy most dla pieszych) została zbudowana w hrabstwie San Diego w Kalifornii. Kładka o długości 302 m i rozpiętościach trzech przęseł 3×100, 7 m ma pomost o szerokości 3,66 m i płytę o grubości 0,40 m. Konstrukcja kładki jest wykonana z 87 prefabrykowanych paneli o długości 4,27 m, opartych na dwóch kablach sprężających, rozpiętych między przyczółkami. Głównym powodem wyboru właśnie takiej konstrukcji była technologia jej budowy, w minimalny sposób ingerująca w cenne przyrodniczo środowisko jeziora [2]. Krajowe osiągnięcia w projektowaniu i budowie tych nowoczesnych konstrukcji z betonu są jeszcze dość skromne. Pierwsza polska kładka wstęgowa z prawdziwego zdarzenia powstała dopiero pod koniec 2011 r. w Lubieniu, w Małopolsce [3]. Jednakże największym polskim obiektem tego typu jest kładka wstęgowa w Zagórzu Śląskim (fot. 1), która została otwarta we wrześniu 2019 r. Kładka ma długość 126 m i szerokość pomostu od 2,4 do 4,9 m, ma dwa przęsła o rozpiętości 80 i 22 m. Konstrukcja kładki składa się z żelbetowych prefabrykatów opartych na czterech linach nośnych. Pośrodku głównego przęsła znajdują się poszerzenia pomostu (miejsca do odpoczynku i podziwiania panoramy okolicy). Bardzo istotnym elementem konstrukcyjnym kładki jest jej posadowienie i konieczność przeniesienia znacznych sił poziomych odrywających skrajne podpory od podłoża [4].

Fot. 1. Betonowa kładka wstęgowa w Zagórzu Śląskim, woj. dolnośląskie (fot. Strabag Polska)

Klasyczne kładki wstęgowe doczekały się ostatnio kilku modyfikacji konstrukcyjnych. Powodem modyfikacji były podstawowe ograniczenia w stosowaniu tych kładek: konieczność przeniesienia dużych sił poziomych na fundamenty przyczółków oraz konieczność zapewnienia sztywności i stateczności konstrukcji. Poszukiwanie eliminacji tych ograniczeń doprowadziło do powstania konstrukcji hybrydowych, w których betonowa wstęga jest wzmocniona łukiem lub układem podwieszającym.
 

W pierwszym z tych nowych układów konstrukcyjnych wstęga jest sztywno połączona w przyczółku z bocznymi zastrzałami ukośnymi, które są oparte na tym samym fundamencie co łuk podpierający wstęgę. Taki „samoko- twiący” układ znacznie zmniejsza koszt fundamentów. Przykładem takiej konstrukcji jest kładka nad drogą ekspresową k. Ołomuńca w Czechach (fot. 2a).
 

Fot. 2a. Modyfikowana kładka wstęgowa nad drogą R3508 k. Ołomuńca w Czechach

Kładka o długości 76,5 m jest zbudowana z prefabrykowanych segmentów, opartych na dwóch zewnętrznych kablach i płaskim łuku betonowym. Kable są zakotwione w przyczółkach i oparte w środku rozpiętości kładki na siodełku z rur stalowych, ukształtowanym w kluczu łuku. Łuk betonowy o przekroju płytowym i grubości 0,4 m ma rozpiętość 64 m. Składowa pozioma w wezgłowiach łuku jest równoważona przez ukośną płytę, łączącą fundament łuku z przyczółkiem. Przyczółki są posadowione na mikropalach, a łuk na ścianach szczelinowych [5].

Drugą współczesną modyfikacją klasycznego układu wstęgowego jest płaski pomost betonowy (wstęgowy), podparty na zewnętrznych kablach za pomocą układu prętów stalowych. Kable zewnętrzne usztywniają konstrukcję pomostu zarówno w pionie, jak i w poziomie. Przemieszczenia poziome wywoływane przez obciążenie użytkowe są wyeliminowane za pomocą specjalnych łożysk nieprzesuwnych umożliwiających ruchy poziome pomostu wywołane jedynie pełzaniem i temperaturą. Pierwszą kładką o układzie wstęgowym, podpartym na dodatkowych kablach zewnętrznych jest Morino-Wakuwaku Bridge (Japonia). Kładka ta ma długość 128,5 m, szerokość 4,4 m i jest zbudowana z paneli prefabrykowanych o grubości 0,33 m [6].

Fot. 2b. Modyfikowana kładka wstęgowa Morino-Wakuwaku Bridge w Japonii

Kładki z betonów niekonwencjonalnych

Początek XXI w. obfitował w liczne modyfikacje użytkowe i ekologiczne betonu [7]. Jedną z najważniejszych praktycznie modyfikacji betonu są tzw. betony ultrawysokowartościowe UHPC (ultra high performance concrete), czyli betony o wytrzymałości na ściskanie większej niż 150 MPa. Te betony charakteryzują się wysoką zawartością cementu (ok. 1000 kg/m³) i pyłu krzemionkowego (200-300 kg/m³), a dodatek odpowiedniego superplastyfikatora zapewnia ekstremalnie niski stosunek w/c. Najpopularniejszym betonem tego typu jest Ductal.
 

Najbardziej znaną kładką z tego innowacyjnego materiału jest kładka Seonyu wybudowana w Seulu – do dzisiaj jest to najdłuższa kładka z Ductalu na świecie (fot. 3a).

Fot. 3a. Kładka Seonyu zbudowana z betonu niekonwencjonalnego, Seul w Korei Południowej
 

Kładka w postaci łuku o rozpiętości 120 m jest ekstremalnie smukła (w najcieńszym miejscu płyta pomostu ma grubość 3 cm!). Szerokość pomostu wynosi 4,3 m. Spektakularny łuk betonowy był możliwy do wykonania tylko dzięki doskonałym właściwościom Ductalu, m.in. wytrzymałości na ściskanie ponad 200 MPa. Beton nie jest zbrojony, lecz w kierunku podłużnym konstrukcja jest sprężona trzema kablami. Przęsła boczne kładki, oparte na łuku w odległości ok. 30 m od klucza, wykonano ze stali.

Zobacz:

• Kładka pieszo-rowerowa na wyspę Bolko w Opolu
• Kładka w Ozorkowie – kolejna realizacja z kompozytów FRP

Kolejnym betonem niekonwencjonalnym, który jest stosowany w kładkach dla pieszych, jest beton TRC (textile reinforced concrete). Jest to innowacyjny kompozyt cementowy, w którym do zbrojenia jest zastosowana siatka wykonana z odpornych na alkalia włókien szklanych lub węglowych. Takie zbrojenie nie koroduje i dlatego jego otulina może być minimalna. Stosując otulinę o grubości 10-15 mm, można zmniejszyć ciężar elementów betonowych o 50% w stosunku do elementów zbrojonych stalą. Ze względu na małe wymiary oczek siatek z włókien sztucznych jest stosowany beton z kruszywem drobnym lub beton samozagęszczalny SCC (self-consolidated concrete).
 

Pierwsza kładka wykonana z betonu TRC powstała w Albstadt-Lautlingen, Niemcy. Kładka ma długość całkowitą 97 m i jest podzielona na sześć przęseł o rozpiętości 15,05 m, zbudowanych z sześciu prefabrykatów o długości 17,2 m (fot. 3b). Pojedynczy prefabrykat ma szerokość 3,21 m i składa się z siedmiu połączonych płytą belek typu T. Każda belka w uzupełnieniu zbrojenia tekstylnego jest sprężona czterema pojedynczymi cięgnami stalowymi i zbrojona trzema prętami GFRP Tekstylne zbrojenie belek i płyty jest wykonane w postaci siatek. Otulinę zbrojenia tekstylnego przyjęto grubości 15 mm, co wynikało z uziarnienia mieszanki betonu, tolerancji wykonania prefabrykatów oraz odpowiedniej przyczepności siatki do betonu [8].

Fot. 3b. Kładka z betonu niekonwencjonalnego. Albstadt-Lautlingen, Niemcy

Piśmiennictwo

1. J. Straski, Stress Ribbon and Cable-supported Pedestrian Bridges, Second Edition, Thomas Telford Publishing, London 2011.
2. T Sanchez, J. Tognoli, J. Strasky, Triple jump, Bridge Design & Engineering, Vol. 14, No. 53, 2008.
3. B. Markocki, S. Makar, R. Rogowski, Wybrane problemy w realizacji konstrukcji wstęgowej z betonu sprężonego na podstawie kładki pieszo-jezdnej w miejscowości Lubień, „Przegląd Budowlany” nr 1/2013.
4. W. Barcik, J. Biliszczuk, R. Toczkiewicz, J. Szczepański, J. Styryjska, Wstęgowa kładka dla pieszych przez Jezioro Bystrzyckie w Zagórzu Śląskim, „Mosty” nr 6/2019.
5. J. Strasky, I. Terzijski, R. Necas, Bridges utilizing high strength concrete. Tailor Made Concrete Structures, Eds: Walraven & Stoelhorst, Taylor & Francis Group, London 2008.
6. T Machi, H. Yanai, T. Nikaidou, T Kumagai, Design and construction of the stress – ribbon bridge with external tendons, The proceedings of the first fib congress: Concrete structures in the 21st century, Osaka Prefectural Government, Osaka 2002.
7. L. Czarnecki, W. Kurdowski, Tendencje kształtujące przyszłość betonu, BTA – Budownictwo, Technologie, Architektura, styczeń – marzec, 2007.
8. C. Kulas, J. Hegger, R. Karle, K. Goralski, A Sustainable Footbridge Made of Textile-Reinforced Concrete, The conference proceedings: Footbridge 2014 – Past, Present & Future, Eds: Lotte Debell, Helena Russell, London 2014.

prof. dr hab. inż. Tomasz Siwowski
kierownik Katedry Dróg i Mostów
Politechnika Rzeszowska