Šiuolaikinės tiltų tendencijos: inžinerijos proveržis atvėrė neregėtas galimybes

2020 lapkričio 23 d.
Turkijoje, Čanakalės provincijoje statomas ilgiausias pasaulyje tarpatramis tiltas. (Marr Contracting nuotr.)

Tiltai sujungia žmones, neretai ir miestus ar regionus. Šiuolaikiniai tiltai ne tik atlieka savo tiesiogines funkcijas: jie užtikrina visų susijusių eismo dalyvių saugą, bet kartu tampa ir tam tikru traukos objektu, reprezentuojančiu miestą, regioną ar šalį.

Kompleksiniai – architektūriniai ir inžineriniai – sprendimai lemia projekto sėkmę

Šiame kontekste statinio kaina daugelyje vystomų projektų jau nebėra lemiamas veiksnys priimant vienokią ar kitokią statinio koncepciją. Tilto architektūriniai ir konstrukciniai sprendimai dažniausiai pasirenkami kompleksiškai vertinant projektinius siūlymus, adaptuojant sprendimų paramos sistemų matematinius modelius.

Pasaulinės globalizacijos laikotarpiu ypač skatinama tarptautinių transporto koridorių plėtra. Didėjantis transporto srautas, jo intensyvumas, svoris ir kiti parametrai tampa nauju iššūkiu projektuojant transporto infrastruktūros statinius.

Tiltai turi ypatingą vietą statybos inžinerijos srityje kaip svarbi transporto infrastruktūros dalis, vienas pagrindinių veiksnių, lemiančių kiekvienos šalies ekonomikos plėtrą. Įvairių pramonės šakų vystymasis neįsivaizduojamas be kelių ir tiltų infrastruktūros plėtros.

„Çanakkale 1915“ tilto vizualizacija.

Kas šiais laikais svarbiausia projektuojant tiltus?

Šiuolaikiniai tiltai yra sudėtingi ir brangūs inžineriniai statiniai, kurių naudojimo trukmė siekia 100 ir daugiau metų. Savaime suprantama, kad juos projektuojant turi būti įvertinta veikiančių apkrovų ir poveikių, aplinkos sąlygų, eksploatacinių reikalavimų kaita, medžiagų savybių galima degradacija ir kiti veiksniai, lemiantys tiltų saugą ir patikimumą visu eksploatacijos laikotarpiu.

Kaip rodo praktinė patirtis, tiltų amžius neretai gali būti daug trumpesnis. Kaip pavyzdį galima paminėti Panemunės tiltą Kaune, kurio gyvavimo trukmė tesiekė 55 metus.

Panemunės tiltas Kaune.

Šiuolaikinėje tiltų inžinerijoje neretai iškyla klausimas, apie ką svarbaus turėtume galvoti šiais laikais? Turime mąstyti apie ateities tiltus ar tiltus ateityje? Svarbūs abu aspektai. Pirmasis atspindi regiono ar šalies vystymosi lygį, antrasis – gebėjimą adaptuoti žinias ir kompetenciją bei tinkamai planuoti finansinius išteklius infrastruktūros statinių priežiūrai ir intervencinių priemonių panaudojimui laiku.

Pirmiau išvardytos tendencijos tiltų inžinerijos srityje visame pasaulyje paskatino inovatyvių sprendimų paiešką ir jų adaptaciją realiuose tiek naujai projektuojamų, tiek eksploatuojamų tiltų rekonstrukcijų ar remonto projektuose. Atsižvelgiant į dabartines tendencijas didžiosios revoliucijos, atkeliaujančios į transporto infrastruktūros sritį, yra susijusios su esamų ir naujai statomų tiltų valdymu, t. y. gyvavimo ciklo optimizavimu visuose etapuose: projektavimo, statybos, eksploatacijos, nugriovimo. Šie principai ypač taikytini projektuojant naujus šiuolaikinius statinius ir kuriant jų skaitmeninius informacinius modelius.

Statinio laikysena pagrįsta projektavimo koncepcija

Nepaisant to, kad per daugelį metų sukurta tiltų projektavimą reglamentuojanti normatyvinių dokumentų sistema, dažni atvejai, kai ji negali būti tiesiogiai adaptuota vertinant ar projektuojant išskirtinių geometrinių ar fizikinių parametrų tiltus.

Tiltams, kaip ir kitiems išskirtiniams statiniams, vis dažniau taikoma statinio laikysena pagrįsta projektavimo koncepcija (angl. performance-based design). Ši koncepcija pagrįsta investavimo ir grąžos sąryšiu, o jos pritaikymas yra vienas iš šiuolaikinių iššūkių statybos inžinieriams. Koncepcija taikoma, esant neapibrėžtumams tradicinėse projektavimo normų metodikose.

Statinio laikysena pagrįsto projektavimo koncepcijos ateitis ir laukiantys iššūkiai tiesiogiai susiję su didėjančiais tarpatramiais ir kitais tiltų parametrais, didėjančiais poveikiais dėl klimato kaitos, ilgesne tiltų gyvavimo trukme, naujomis medžiagomis, aplinkosaugos aspektais. Ateityje statinio laikysena pagrįsto projektavimo koncepcija taps naujų įrankiu vertinant šiuos aspektus.

Prie Jonavos planuojamas įspūdingas inžinerinis statinys – tiltas per Neries upę. Tai bus vienas ilgiausių, 1,5 km ilgio, geležinkelio tiltų Baltijos šalyse.

Kas labiausiai lemia inovacijas?

Inovacijas tiltų inžinerijos srityje atspindi visame pasaulyje pastaraisiais metais atlikti, vystomi ar planuojami projektai. Kaip pavyzdžius galima paminėti ilgiausią 2023 m ilgio tarpatramį pasaulyje turėsiantį kabančiosios sistemos tiltą „Çanakkale 1915“, šiuo metu statomą Turkijoje. Statybas planuojama baigti 2022 metais.

Taip pat galima paminėti išskirtinės architektūros pėsčiųjų tiltą „Golden“ Ba Na kalnų kurorte, Vietname (pastatytas 2018 m.), stiklo pakloto tiltą „Zhangjiajie Glass“ Kinijoje (pastatytas 2016 m.) ir kitus statinius. Ambicingas projektas planuojamas Norvegijoje, sujungsiantis pietinėje dalyje esantį Kristiansando miestą su šiaurėje esančiu Trondheimu.

Planuojamas 25 mlrd. JAV dolerių vertės projektas, kuriame numatyta pirmojo pasaulyje į 20 m gylį panardinto plūduriuojančio tunelio statyba. Kaip alternatyva svarstoma ir kabančiojo tilto statyba. Tilto tarpatramio ilgis sieks apie 3,7 km ir beveik 2 kartus viršytų dabartinį didžiausią tarpatramį (1,99 km), kurį turi 1998 m. pastatytas Akašio sąsiaurio tiltas Japonijoje.

Neatsiejamą proveržį tiltų inžinerijoje galima sieti ir su inovacijomis statybinių medžiagų srityje. Šiuo aspektu galima išskirti polimerinius kompozitus, kurių naudojimas pastaraisiais metais įgauna vis didesnį pagreitį. Kompozitai pasižymi dideliu atsparumu išoriniams veiksniams. Būtent šios savybės dažnai lemia skaudžias pasekmes sukeliančias tiltų avarijas.

Kaip pavyzdį galima paminėti „Ponte Morandi“ tilto griūtį Genujoje (Italijoje) 2018 metais. Per tilto avariją žuvo 43 žmonės ir 16 sužeista. Ji įvyko dėl plieninio lyno korozijos sukelto suirimo. Bandomasis kompozitinio tilto projektas 1992 m. įgyvendintas Škotijoje pastačius pirmąjį kompozitinių profiliuočių Aberfeldžio pėsčiųjų tiltą, kurio tarpatramis – 64 m, o svoris 14,5 tonos. Po daugiau nei 17 m. eksploatacijos deklaruota, kad pagrindinių laikančiųjų konstrukcijų būklė nepakitusi. 2015 m. kaimyninėje Lenkijoje pastatytas pirmasis kompozitinis automobilių tiltas, kurio tarpatramis – 21 m, svoris – 3,7 t, o leidžiama ašies apkrova – 10 tonų. 1995 m. Kanadoje „Salmon River“ tilto betoniniai perdangai armuoti pirmą kartą pasaulyje panaudota kompozitinė neplieninė armatūra.

Inovacijos yra susijusios ir su tradicinių medžiagų tobulinimu. 1997 m. Kanadoje pastatytas pirmasis ypač didelio stiprio betono konstrukcijų Šerbruko pėsčiųjų tiltas, kurio perdangos betono gniuždomasis stipris – 200 MPa yra artimas konstrukcinio plieno mažiausiam stipriui.

Didelių perspektyvų turi konstrukcinis lengvasis betonas. Šio betono mišiniui pagaminti greta sunkaus užpildo (smėlio, žvyro, skaldos) taikomi lengvieji užpildai (dažniausiai keramzitas). Betono kaina, fizinės ir mechaninės savybės yra labai panašios į įprasto svorio betono, o tūrinis svoris gali būti net iki 40 proc. mažesnis. Daugelyje šalių lengvasis betonas plačiai naudojamas tiltų perdangų konstrukcijoms. Konstrukcinis lengvasis betonas turi efektyvesnį stiprio ir savojo svorio santykį, dėl to mažėja reikiamo betono ir armatūros kiekis, o tai leidžia žymiai sumažinti bendrą statinio kainą.

Lengvasis betonas ypač svarbus stiprinant ar platinant senų tiltų konstrukcijas, kai papildomas atramų ir pamatų apkrovimas nėra galimas. Kaip pavyzdį galima paminėti „Stolmos“ tiltą Norvegijoje. Tai konsoliniu kabinamuoju metodu pastatytas statinys su didžiausiu pasaulyje tarpatramiu, kuris siekia 301 metrą. Šiam tarpatramiui panaudotas lengvojo betono mišinys, kurio tankis buvo 1940 kg/m3, o gniuždomasis stipris po 28 parų siekė 70 MPa. Lengvojo betono taikymo pavyzdžių toli ieškoti nereikia. Kaimyninėje Latvijoje virš A1 magistralinio kelio pastatytas viadukas, kurio perdangai panaudotas lengvasis LC45/50 klasės betonas (tankis ~2000 kg/m3).

Šiuolaikinė tiltų inžinerija sparčiai tobulėja ir panaudojant informacines technologijas

Į tiltų inžineriją sparčiai veržiasi ir XXI a. technologijos – 3D spausdinimas ir robotizacija. Ispanijoje 2016 m. pabaigoje pastatytas pirmasis pasaulyje 3D spausdintuvu pagamintas pėsčiųjų tiltas, kurio ilgis 12 m, plotis 1,75 metro. Labai tikėtina, kad netolimoje ateityje ši technologija taps neatsiejama statybos dalimi gaminant tiltų laikančiąsias konstrukcijas ar elementus. Įvairioms sudėtingoms veikloms taikomi robotai ir dronai. 2013 m. robotai panaudoti „Sydney Harbour“ tilto Australijoje arkinės perdangos plieninėms konstrukcijoms nuvalyti. Neretas atvejis, kai specialūs robotai ir dronai naudojami tiltų būklės vertinimui ir priežiūrai.

„Sydney Harbour“ tiltas Australijoje. (Pixabay nuotr.)

Pažangios technologijos neaplenkia ir tiltų priežiūros sistemų, kurių teikiama informacija suteikia galimybę užtikrinti tiltų konstrukcijų saugą ir patikimumą ilgalaikėje perspektyvoje. Visame pasaulyje tiltų, kuriais numatomas intensyvus transporto srautas, statybos metu integruojamos įterptinės daviklių sistemos, leidžiančios stebėti pagrindinių tilto laikančiųjų konstrukcijų parametrus (deformacijas, įtempius, poslinkius, posūkius, svyravimus ir kt.) realiu laiku. Tilto savininkas akimirksniu informuojamas apie stebimų parametrų nuokrypius nuo užsiduotų kritinių reikšmių. Tai leidžia greitai priimti sprendimus dėl skubių intervencinių priemonių tilto saugai užtikrinti.

Tobulėjančios monitoringo ir informacinės technologijos leidžia ne tik nepertraukiamai kaupti didelės apimties duomenis, bet ir juos tinkamai apdoroti bei perduoti tilto savininkui. Gauti duomenis yra strategiškai svarbūs stebint ir analizuojant tilto konstrukcijų degradaciją, atliekant jos modeliavimą ir galimų pasekmių prognozę, galimų intervencinių priemonių ir jų efektyvumo įvertinimą.

Tiltų inžinerija yra išskirtinė statybų sektoriaus dalis, reikalaujanti specifinių žinių ir kompetencijos statybos, medžiagų, mechanikos ir kompiuterinių technologijų srityse. Inovatyvių sprendimų kompleksinė integracija leidžia sukurti ne tik išskirtinės estetinės išvaizdos bei geometrinių ar fizikinių parametrų statinius, bet ir kartu užtikrinti jų saugą ir patikimumą ilgalaikės eksploatacijos plotmėje.

Prof. dr. Darius Bačinskas

Prof. dr. Darius Bačinskas (Vilnius Tech Gelžbetoninių konstrukcijų katedra)

Straipsnis paskelbtas žurnale „SA.lt“ (Statyba. Architektura) | 2020 spalis

Norite spausdinto žurnalo tiesiai į namus?

Prenumeruokite metams vos už 27 eurus!

Dalintis:
komentarai