Tiltai: Konstrukcija, medžiagos ir naujausi sprendimai

Nepaisant to, kad tiltai dažniausiai yra tik priemonė susisiekimui pagerinti, neretai įvairios, dažniausiai didelių ambicijų turinčios finansiškai turtingos šalys įsitraukia į neoficialias lenktynes dėl gražesnio, ilgesnio, aukštesnio ar tiesiog inovatyvių konstrukcijų tilto projekto įgyvendinimo.

Reikia pastebėti, kad pastarosios tendencijos ypač taikytinos Kinijai, kurioje 1980-2010 m. pastatyta daugiau nei 17,6 tūkst. tiltų kasmet. Iki 2011 m. Kinijoje iš viso pastatyta apie 690 tūkst. tiltų (bendras ilgis - apie 33,5 tūkst. km). Nemažai šių tiltų yra rekordinių parametrų savo kategorijose arba patenka į rekordinių pasaulio tiltų dešimtukus.

Pagal tiltų skaičių konkurenciją Kinijai sudaro Jungtinės Amerikos Valstijos, kur yra apie 600 tūkst. tiltų, tačiau pastarieji (išskyrus pavienius atvejus) nėra konkurencingi tiltų parametrų atžvilgiu.

Informacijos apie tikslų Lietuvoje esančių tiltų skaičių nėra. Manoma, kad jų yra apie 4 000. Kiek daugiau nei 1 500 tiltų prižiūri Lietuvos automobilių kelių direkcija, apie 500 - AB „Lietuvos geležinkeliai“ ir apie 2 000 - miestų ir rajonų savivaldybės. 71 senas, istoriniu bei architektūriniu požiūriu reikšmingas tiltas saugomas valstybės ir įrašytas į Lietuvos Respublikos nekilnojamųjų kultūros vertybių registrą.

Iki šių dienų Lietuvoje išlikę tiltai pradėti statyti XIX a. antroje pusėje, o statybos piką pasiekė XX a. 6-ajame ir 7-ajame dešimtmečiuose. Pastaraisiais metais jaučiamas naujų tiltų statybos renesansas, susijęs su stambių transporto infrastruktūros projektų įgyvendinimu - miestų kelių tinklo plėtra (pavyzdžiui, Vilniaus m.

Tiltas, kaip konstrukcinė struktūra, pagal sandarą mažai kuo skiriasi nuo įprastų pastatų ar statinių. Vienas pagrindinių tilto konstrukcinių elementų yra perdanga, laikanti tilto paklotą ir perimanti vertikalias bei horizontalias kintamąsias apkrovas: transporto priemonės, vėjas, temperatūra ir kt.

Perdangos apkrovos perduodamos kraštinėms ir tarpinėms atramoms, kurios vadinamos specifiniais tik tiltų inžinerijoje sutinkamais terminais: kraštinė atrama - ramtu, o tarpinė - tauru.

Reikia atkreipti dėmesį, kad taurai tiltuose įrengiami tada, kai tilto ilgis yra santykinai didelis ir perdengti kliūtį be tarpinių atramų nėra ekonomiškai naudinga. Be ramtų paprastai neįsivaizduojamas nė vienas tiltas, neatsižvelgiant į tai, koks jo tipas ir geometriniai parametrai. Atramos remiasi į pamatus, kurie visas apkrovas perduoda grunto masyvui, vadinamam pagrindu. Taigi tilto konstrukcinę sistemą sudaro tie patys laikantieji elementai, kaip ir, pavyzdžiui, karkasinių visuomeninių pastatų.

Labai svarbu, kad ne tik tilto konstrukcija, bet ir visos inžinerinės sistemos - taip pat ir paviršinio vandens nuvedimo sistema - tinkamai funkcionuotų, nes tai ne tik taupo eksploatacines išlaidas, bet ir saugo eismo dalyvius nuo nelaimingų atsitikimų. Sugedus ar tinkamai nefunkcionuojant tilto drenažui, ant kelio dangos susikaupę krituliai gali sutrikdyti normalias eismo sąlygas ar net sukelti nelaimingą atsitikimą.

ACO specialistai teigia, jog renkantis tiltų trapus, svarbu, kad gaminiai būtų sertifikuoti - tik kompetentingų institucijų išduoti sertifikatai garantuoja, jog pasirinkti trapai bus kokybiški. Be to, nereikia pamiršti, kad trapus, kaip ir patį tiltą, veikia didelės dinaminės apkrovos, todėl reikalingi gaminiai, atitinkantys D 400 klasę pagal EN 124 standartą. Tik įrengus šiuos kriterijus atitinkančius trapus, bus garantuotas tinkamas vandens surinkimas ir nuvedimas. Taip pat užtikrinama, kad trapas nebus pažeistas pradėjus eksploatuoti tiltą.

ACO komanda primena, kad neužtenka parinkti kokybiškus tiltų trapus ir kokybiškai juos sumontuoti. Dar reikia, kad jų kiekis būtų pakankamas.

Projektuojant tiltus, būtina užtikrinti tam tikrus važiuojamosios dalies bei po tilto esančios erdvės parametrus, kurie apibrėžiami bendruoju terminu - gabaritu. Tilto gabaritas - tai važiavimo krypties statmenas kontūras, į kurį neturi patekti joks statinio elementas. Gabarito kontūru apribota erdvė skirta tik transporto priemonių eismui.

Virš tilto esanti erdvė apribojama artumo gabaritu, kuris apibrėžia važiuojamosios dalies plotį, pėstiesiems, dviratininkams ar techninei priežiūrai skirtų šalitilčių plotį, skiriamosios juostos bei kelių priežiūros tarnybai skirtų zonų plotį (automobilių tiltuose).

Po tiltu esanti erdvė apibūdinama patiltės gabaritu, kuris apibrėžia vertikalų atstumą nuo kertamos kliūties viršaus altitudės iki perdangos apatinės altitudės bei horizontalų atstumą nuo vertikalių elementų (pavyzdžiui, atramų) iki važiuojamosios dalies po tiltu krašto.

Gabaritų parametrai priklauso nuo eismo pobūdžio tiltu (automobilių, geležinkelio ar pėsčiųjų) bei po tiltu (geležinkelio, vandens transportas ir pan.) ir reglamentuojami projektavimo normomis STR 2.06.02:2001 „Tiltai ir tuneliai.

Techninėje literatūroje tiltai klasifikuojami pagal įvairius rodiklius: paskirtį, dydį, medžiagas, statinę schemą ir kt. Pagal dydį tiltai gali būti:

• maži, kai bendras ilgis siekia iki 25 m;
• vidutiniai, kai bendras ilgis siekia 25-100 m, o didžiausias tarpatramis - iki 50 m;
• didelį, kai bendras ilgis siekia 100-1 000 m, o didžiausias tarpatramis - 50-200 m;
• unikalūs, kai bendras ilgis yra didesnis nei 1 000 m arba tarpatramio ilgis didesnis nei 200-500 m, atsižvelgiant į konstrukcinę tilto schemą.

Pagal medžiagas tiltus galima klasifikuoti į:

• armuotojo betono (armuoti plieniniais arba neplieniniais strypais),
• plieninius,
• kompozitinius plieno ir betono,
• medinius,
• polimerinius,
• mūrinius ir kt.

Populiariausi pasaulyje - tradicinio gelžbetonio tiltai. Jie sudaro didžiąją dalį visų tiltų. Antra pagal populiarumą medžiaga - plienas. Pastaraisiais metais populiarėja kompozitinės plieno ir betono tiltų perdangos, kurios leidžia racionaliai išnaudoti medžiagų savybes. Mediniai tiltai yra išskirtiniai architektūriniu požiūriu. Be to, tai ekologiška vietinė medžiaga.

Transporto infrastruktūros gerinimas bei plėtotė yra viena prioritetinių krypčių. Transporto tinklų plėtra ir atnaujinimas visame pasaulyje (taip pat ir Lietuvoje) pastaraisiais metais įgauna vis didesnį pagreitį. Tiltai yra neatsiejama transporto kelių infrastruktūros dalis. Nuolat augančių transporto priemonių srautai, jų greičiai bei apkrovos lemia naujų ir racionalesnių tiltų konstrukcinių sprendimų paiešką ir jų diegimą realiuose projektuose.

Visame pasaulyje greta tradicinių statybinių medžiagų jau daug metų taikomos inovatyvios statybinės medžiagos. Didžiulis dėmesys skiriamas inovatyviems konstrukciniams sprendimams kurti bei skaičiavimo metodams tobulinti adekvatumo požiūriu, siekiant užtikrinti didesnę statybinių konstrukcijų (taip pat ir betoninių, ir gelžbetoninių) ilgalaikiškumą. Tradiciniai betoniniai ir gelžbetoniniai elementai turi nemažai trūkumų: plieninė armatūra nėra atspari korozijai, o betonas yra trapus ir turi mažą tempiamąjį stiprį.

Pastaraisiais metais vietoj tradicinio gelžbetonio vis dažniau vartojama platesnė armuotojo betono sąvoka, nusakanti įvairių armatūros rūšių ir betono kompozitą, patikimumą ir saugą. Jau kelis dešimtmečius dispersinė (plaušinė) armatūra visame pasaulyje įvairiai naudojama kaip priedas betono ir cementinio skiedinio mišiniams, gaminant statybines konstrukcijas.

Plaušu armuotas betonas

Lietuvoje dispersinis armavimas dažniausiai apsiriboja įvairios paskirties pastatų grindų betonavimu, tačiau kitose pasaulio šalyse (JAV, Japonijoje, Vokietijoje ir kt.) plaušinė armatūra naudojama daug įvairesnėje statybinių konstrukcijų srityje, pavyzdžiui, tiltų perdangoms, plonasienėms, tunelių, rezervuarų ir kitoms konstrukcijoms, automobilių kelių dangoms, oro uostų kilimo ir tūpimo takams, vamzdynams bei poliniams pamatams. Daugelyje šalių įrengta nemažai didelio tarpatramio besijų perdangų, kuriose plieno plaušu armuotas betonas derinamas su išankstiniu armatūrinių lynų įtempimu.

Dispersinis armavimas labai pagerina eksploatacines betono savybes. Jis neturi didesnės įtakos gniuždomajam betono stipriui ir deformacijų moduliui, tačiau visiškai pakeičia tempiamojo betono suirimo pobūdį. Dispersiškai armuotas betonas tampa izotropiškai atsparus pleišėjimui, sumažėja lokalių struktūros defektų įtaka mechaninėms jo savybėms. Betoninis elementas, veikiamas apkrovos, suyra trapiai, o dispersiškai armuoto betoninio elemento suirimas yra plastiškas. Lėtesnis plyšių formavimasis, didesnis tempiamasis stipris, atsparumas smūgiams ir nuovargiui bei plastinis suirimas yra pagrindiniai veiksniai, lemiantys dispersiškai armuotų betoninių konstrukcijų pranašumą, palyginti su įprastomis betoninėmis konstrukcijomis.

Kaip vieną pagrindinių dispersinio armavimo trūkumų galima įvardyti problemas, kylančias maišant ir liejant betoną. Standartinė maišymo metodika leidžia pagaminti betono mišinį su gana mažu plieno plaušų kiekiu (skirtingų šaltinių duomenimis, nuo 1 iki 1,5 % pagal tūrį). Be to, plaušų kiekio ribojimų atsiranda, jeigu betono mišinys tiekiamas siurbliu. Taip pumpuojant dispersiškai armuotą betoną plaušas gali sukibti į gniužulus, o šie - užkimšti pumpavimo sistemą. Todėl siurbliu galima tiekti tik betoną, armuotą ne didesniu kaip 1 % plaušo kiekiu.

Be šių trūkumų, galima įvardyti dar vieną, būdingą dispersiniam armavimui, naudojant plieno plaušus, tai - korozija. Šis procesas dažniausiai vyksta tada, kai elementas eksploatuojamas agresyvioje aplinkoje. Pleišėjant konstrukciniams elementams, drėgmė pasiekia plieninius plaušus, per tam tikrą laiką sumažindama jų veiksmingumą, o kartu ir viso elemento laikomąją galią. Kaip jau buvo minėta, šis trūkumas būdingas tik vienai iš dispersiniam armavimui naudojamų medžiagų - plienui.

Polimerinės medžiagos pritaikymas betoniniams elementams yra alternatyvus, efektyvus ir technologiškai geras sprendimas. Kompozitinės medžiagos statybos pramonėje pradėtos taikyti palyginti neseniai. Tokios medžiagos plaušu armuoti polimerai (angl. fiber reinforced polymer) pirmiausia pradėti taikyti karinėje, aviacijos ir automobilių pramonės šakose. Pastaraisiais dešimtmečiais tokios medžiagos vis daugiau naudojamos statant naujus ir stiprinant eksploatuojamus statinius bei jų konstrukcijas.

Vis dažniau naudoti kompozitines medžiagas statyboje skatina keli pagrindiniai aspektai: šių medžiagų atsparumas korozijai, puikios mechaninės savybės ir lengvas apdirbimas. Tobulinant gamybos technologiją, siekiama sumažinti kompozitinių gaminių kainą. Todėl šiuo metu polimerinės medžiagos jau tampa įprasta tradicinių statybinių medžiagų - plieno, medžio, betono - alternatyva. Didelis kompozitinių medžiagų tempiamasis stipris, atsparumas korozijai leidžia konstrukcijas naudoti agresyvioje, drėgnoje, druskingoje aplinkoje, pavyzdžiui, tuneliuose, rezervuaruose, dūmtraukiuose, pamatuose, chemijos pramonės statiniuose, naftotiekiuose ir t. t. Dėl didelio pasipriešinimo nuovargiui ir dinaminėms apkrovoms betoniniai elementai, armuoti polimerine armatūra, tinka kasybos šachtose, tiltuose, statiniuose, pritaikytuose vibraciniams mechanizmams.

Anglies, stiklo pluoštas, aramidas yra apytiksliai penkis kartus lengvesnė medžiaga nei įprastas plienas, todėl pačios konstrukcijos yra puikių fi zinių charakteristikų, liaunos bei estetiškos architektūriniu požiūriu. Pastarąjį dešimtmetį kai kuriose šalyse (JAV, Kanada ir kt.) pastatyti tiltai, kurių betoninės konstrukcijos armuotos tik kompozitiniais polimeriniais strypais.

Vis dėlto galima pastebėti ir kai kuriuos kompozitinės armatūros trūkumus: mažas tamprumo modulis (ypač stiklo pluošto), mažas stiprumas kirpimui, blogas sukibimas su betonu (anglies pluošto), jautrumas UV spinduliams, blogas stiklo pluošto ir aramido atsparumas šarmų ir rūgščių poveikiui, mažas medžiagos atsparumas aukštoms temperatūroms, armatūra neefektyvi gniuždomoje zonoje. Naujų medžiagų taikymas realių statinių konstrukcijoms neišvengiamai susijęs su rizika.

Inovatyvių medžiagų kūrimas palietė ir betoną. Viena pastarųjų metų gelžbetonio pramonės naujovių - savaime sutankėjantis betonas (angl. self-compacting concrete). Tai betonas, kurio specialiai parinktos sudėties, nevibruotas ir kitokiais būdais netankintas mišinys, veikiamas tik sunkio jėgos, tolygiai, neišsisluoksniuojant užpildams ir paviršiuje neatsiskiriant vandeniui, užpildo formas ar klojinius.

Savaime sutankėjantis betonas

Savaime sutankėjančio betono mišinio pritaikymas gerokai palengvina betonavimo darbus, ypač betonuojant gausiai armuotas tiltų konstrukcijas, kai dėl arti išdėstytų armatūros strypų, sudėtingos gaminio formos įprastą betono mišinį sutankinti ir sukloti įprastu būdu vibruojant yra sudėtinga. Kita vertus, architektūroje didėjant originalių ir sudėtingų konstrukcijų poreikiui, keliami vis griežtesni reikalavimai jų paviršiui.

Daugelyje šalių vertinami savaime sutankėjančio betono mišinių pranašumai, palyginti su įprastu betonu. Tai lemia mažesnis triukšmo lygis, nes nenaudojama vibravimo įrenginių, gaminiams betonuoti reikia žymiai paprastesnės ir lengvesnės įrangos, kuri laikui bėgant mažiau dėvisi. Pavyzdžiui, Japonijoje 2000 m. įvairioms konstrukcijoms betonuoti panaudota apie 400 tūkst. m3 savaime sutankėjančio betono. Planuojama, kad ateityje šioje šalyje daugiau nei 50 % viso pagaminamo betono bus savaime sutankėjantis. Užsienio praktika rodo, kad tokie mišiniai savo stiprį pasiekia 40 % greičiau nei įprasti betonai. Be to, dėl mažesnių darbo sąnaudų konstrukcijų kaina sumažėja maždaug 10 %.

Tiltų matmenys ir rekordai

Norint geriau suprasti tiltų įvairovę, verta susipažinti su pagrindiniais matmenimis ir rekordais:

• Ilgis - atstumas tarp ramtų sparnų kraštinių taškų. Ilgiausias pasaulyje tiltas - 2011 m. pastatytas greitaeigio geležinkelio linijoje tarp Pekino ir Šanchajaus, Kinijoje. Jo ilgis siekia 165 kilometrus. Ilgiausias Lietuvos tiltas - Jakų žiedo estakada kryptimi Kaunas-Klaipėda.
• Tarpatramio ilgis - atstumas tarp atraminių guolių centrų arba tarp gretimų atramų ašių. Pasaulyje ilgiausią tarpatramį turi Akašio sąsiaurio tiltas Japonijoje, kurio centrinio tarpatramio ilgis siekia 1991 metrą. Tiltas pastatytas 1998 metais.
• Plotis - atstumas tarp tilto konstrukcijų kraštinių taškų arba tarp turėklų porankių vidinių briaunų. Plačiausias pasaulyje tiltas - 2013 m. po rekonstrukcijos atidarytas San Francisko ir Ouklando miestus (JAV) jungiantis Įlankos tiltas (angl. San Francisko-Oakland Bay Bridge), kuriuo abiem važiavimo kryptimis praeina 10 eismo juostų. Bendras tilto plotis - 78 metrai. Lietuvoje plačiausias yra Geležinio Vilko tiltas Vilniuje, kuriuo praeina 8 eismo juostos.
• Aukštis - atstumas nuo kertamos kliūties viršaus altitudės iki važiuojamosios dalies viršaus; jei projektuojamas statinys virš vandens telkinio, tilto aukštis matuojamas nuo vidutinio vasaros vandens lygio. Aukščiausias pasaulyje tiltas - Mijo viadukas Prancūzijoje. Jo konstrukcijų aukštis siekia 343 metrus. Aukščiausiai virš žemės paviršiaus pastatytas tiltas - Sidu upės tiltas Kinijoje, jo aukštis nuo žemės paviršiaus iki konstrukcijos viršutinės altitudės siekia 496 metrus. Aukščiausias tiltas Lietuvoje - Lyduvėnų geležinkelio tiltas per Dubysos slėnį Raseinių rajone. Jo aukštis siekia 42 metrus.

Šie parametrai leidžia įvertinti tiltų dydį ir unikalumą, o taip pat suprasti inžinerinius iššūkius, susijusius su jų projektavimu ir statyba.

tags: #ribinis #buvis #gyvenamasis #namas