Dlaczego stosuje się dylatacje w moście?

Dylatacje w moście to specjalne elementy konstrukcyjne, które umożliwiają kompensację zmian długości mostu wynikających wielu czynników.  Zmiany temperatury wpływają na konstrukcję mostu poprzez rozszerzalność termiczną, czyli zmianę długości materiału w zależności od temperatury otoczenia. Jest to szczególnie istotne w przypadku dużych obiektów inżynierskich, takich jak mosty, które mogą się wydłużać lub skracać nawet o kilka centymetrów lub więcej.

Beton ma mniejszy współczynnik rozszerzalności, ale mosty betonowe również zmieniają swoją długość. W mostach kompozytowych współczynniki rozszerzalności różnią się w zależności od użytych materiałów, dlatego dylatacje muszą być odpowiednio zaprojektowane. Aby uniknąć uszkodzeń i naprężeń spowodowanych rozszerzalnością termiczną, stosuje się różne rozwiązania takie jak dylatacje mostowe elastyczne szczeliny i mechanizmy umożliwiające ruch przęseł mostu. Łożyska mostowe pozwalają na przesuwanie i obracanie przęseł w odpowiedzi na zmiany długości. Zbrojenie przesuwnych elementów w betonowych mostach stosuje się odpowiednie zbrojenie, które kompensuje naprężenia (segregator na egzamin ustny - pytania i opracowane odpowiedzi).

Ruch pojazdów na moście generuje dynamiczne obciążenia, które powodują mikroruchy konstrukcji. W zależności od intensywności ruchu, masy pojazdów oraz konstrukcji mostu, mogą one wpływać na trwałość, bezpieczeństwo oraz komfort użytkowników. Obciążenia statyczne wynikają z ciężaru własnego mostu i pojazdów stojących w miejscu. Obciążenia dynamiczne wynikają z ruchu pojazdów i obejmują wstrząsy powodowane najeżdżaniem na nierówności (np. dylatacje). Drgania generowane przez przejazd ciężkich pojazdów (np. tiry, autobusy). Oscylacje pionowe i poziome występują zwłaszcza na długich mostach pod wpływem przejazdu dużych kolumn pojazdów. Obciążenia cykliczne (zmęczeniowe) powtarzające się naciski mogą powodować zmęczenie materiału, co prowadzi do mikropęknięć i osłabienia konstrukcji.

Naturalne osiadanie gruntu

Podpory mostowe są posadowione na gruncie, który pod wpływem obciążeń, warunków atmosferycznych i procesów geologicznych może ulegać przemieszczeniom. Osadzanie się podpór to proces, w którym fundamenty mostu stopniowo zagłębiają się w podłoże, co może prowadzić do nierównomiernych deformacji i uszkodzeń konstrukcji. Naturalne osiadanie gruntu występuje w wyniku stopniowego zagęszczania się podłoża pod ciężarem mostu. Jest normalnym procesem, który w dobrze zaprojektowanych konstrukcjach jest przewidywany i kontrolowany (program TESTY UPRAWNIENIA BUDOWLANE - wersja na komputer).

Do rodzajów gruntów pod mostem zaliczymy grunty spoiste, które mogą powodować długotrwałe i nierównomierne osiadanie. Grunty sypkie zwykle osiadają szybko, ale mogą być podatne na erozję. Tereny podmokłe i torfowiska są bardzo niekorzystne podłoża, wymagające specjalnych fundamentów. Ciężar pojazdów może prowadzić do dodatkowego zagęszczania podłoża i osiadania podpór. Obniżenie poziomu wody może prowadzić do osiadania wskutek osłabienia gruntu. Podnoszenie się wód gruntowych może powodować wypłukiwanie drobnych cząstek gleby spod fundamentów (tzw. sufuzja). W przypadku mostów na rzekach nurt może podmywać fundamenty i prowadzić do osiadania podpór. Fale, prądy i zmiany poziomu wody mogą przyspieszać ten proces. W rejonach sejsmicznych osiadanie może być gwałtowne i nieprzewidywalne.

Odpowiedni dobór fundamentów

Jako metody zapobiegania osiadaniu podpór zaliczymy z pewnością odpowiedni dobór fundamentów. Pale fundamentowe stosowane w trudnych gruntach, aby zapewnić stabilność. Studnie fundamentowe sprawdzają się w rzekach i terenach podmokłych. Płyty fundamentowe rozkładają obciążenie na większą powierzchnię (segregator aktów prawnych). Wzmacnianie gruntu przed budową, np. poprzez iniekcję cementową lub żwirowe kolumny. Nowoczesne mosty są wyposażone w czujniki osiadania, które na bieżąco mierzą ruch podpór i ostrzegają przed niebezpiecznymi zmianami. Aby uchronić most przed erozją należy zbudować umocnienia brzegowe i falochrony w przypadku mostów rzecznych, a także zastosować geowłókninę i nasypy stabilizujące grunt.

Drgania i wibracje w mostach są wynikiem dynamicznych oddziaływań, takich jak ruch pojazdów, wiatr, trzęsienia ziemi czy nawet ruch pieszych. Jeśli nie są odpowiednio kontrolowane, mogą prowadzić do poważnych uszkodzeń konstrukcji, a w skrajnych przypadkach nawet do katastrof. Ciężkie pojazdy, zwłaszcza w dużych kolumnach, wywołują oscylacje mostu. Nierówności nawierzchni mogą powodować dodatkowe drgania przy najeżdżaniu na dylatacje czy łączenia przęseł. Silne podmuchy mogą wywołać zjawisko aeroelastycznych drgań, np. flatter (drgania skrętno-zginające). Mosty podwieszone i wiszące są szczególnie podatne na wpływ wiatru. Synchronizacja kroków dużej liczby osób może wprowadzić most w rezonans (np. problem mostu Millenium Bridge w Londynie w 2000 roku).

Most a obszary sejsmiczne

W obszarach sejsmicznych mosty są narażone na gwałtowne ruchy poziome i pionowe, co może prowadzić do ich zawalenia, jeśli konstrukcja nie jest odpowiednio zabezpieczona. Jeśli częstotliwość drgań wywołanych ruchem lub wiatrem pokrywa się z naturalną częstotliwością mostu, może dojść do niekontrolowanego wzrostu amplitudy drgań. Każdy most ma swoją częstotliwość własną jeśli zostanie pobudzona przez zewnętrzne czynniki (np. wiatr, ruch pojazdów), most może wejść w rezonans. Powstają na skutek działania sił zewnętrznych, np. przejeżdżających pojazdów lub uderzenia fal morskich. Wielokrotne powtarzające się drgania mogą prowadzić do zmęczenia materiału, co zwiększa ryzyko mikropęknięć i uszkodzeń (uprawnienia budowlane).

Aby zapobiec drganiom i wibracjom mostów montuje się tłumiki drgań. Tłumiki dynamiczne są to ciężkie elementy zamontowane w konstrukcji mostu, które zmniejszają amplitudę drgań (stosowane np. na mostach wiszących). Tłumiki olejowe i hydrauliczne stosowane do redukcji drgań poziomych w przypadku trzęsień ziemi. Amortyzatory sejsmiczne  to specjalne łożyska mostowe, które pochłaniają energię trzęsień ziemi i zapobiegają nadmiernym przemieszczeniom konstrukcji. W nowoczesnych mostach stosuje się specjalne profile aerodynamiczne, które zmniejszają oddziaływanie. Przeguby i dylatacje pozwalają na kontrolowane ruchy przęseł mostowych, co ogranicza szkodliwe naprężenia w konstrukcji. Nowoczesne mosty wyposażone są w czujniki sejsmiczne i systemy monitorujące, które pozwalają wykrywać niebezpieczne drgania i zapobiegać awariom.

Rodzaje dylatacji mostowych

Dylatacje szczelinowe to najprostszy i najstarszy typ dylatacji stosowany w mostach. Składają się z otwartej szczeliny umieszczonej między segmentami przęseł mostu lub między przęsłem a podporą. Ich głównym zadaniem jest kompensacja wydłużeń i skróceń konstrukcji.

Dylatacje profilowe, nazywane także krawędziowymi, to ulepszone wersje dylatacji mostowych, które eliminują problemy związane z otwartymi szczelinami. Są wyposażone w elastyczne profile gumowe lub stalowe, które łączą segmenty mostu, kompensując ich ruchy wywołane zmianami temperatury i obciążeniami. Poprawiają komfort jazdy, zapewniając płynne przejście kół pojazdów. Chronią konstrukcję mostu, zapobiegając przedostawaniu się wody, brudu i soli do podpór i łożysk (program egzamin ustny).

Profile elastyczne wykonane z gumy lub elastomeru, które rozszerzają się i kurczą w zależności od ruchów mostu. Krawędzie dylatacji wykonane są ze stalowych profili, które wzmacniają konstrukcję i zapewniają trwałość. Niektóre systemy posiadają dodatkowe zabezpieczenia przed wilgocią, co chroni fundamenty mostu przed korozją. Elementy antypoślizgowe poprawiają przyczepność kół pojazdów, zwiększając bezpieczeństwo na moście.

Dylatacje modułowe

Dylatacje modułowe to zaawansowany typ dylatacji mostowych, składający się z kilku profili dylatacyjnych, które pracują niezależnie, aby skutecznie kompensować duże przemieszczenia konstrukcji. W długich mostach przęsła mogą się wydłużać i skracać o kilkadziesiąt centymetrów. Wielosegmentowe profile stalowe umożliwiają pracę dylatacji w różnych kierunkach. Elastyczne uszczelnienia gumowe lub elastomerowe zapobiegają przedostawaniu się wody i zanieczyszczeń. Mechanizmy ślizgowe i przegubowe zapewniają płynne przemieszczenia elementów dylatacyjnych. Systemy amortyzujące tłumią drgania i hałas generowany przez ruch pojazdów (program TESTY UPRAWNIENIA BUDOWLANE - aplikacja na telefon).

Dylatacje palczaste

Dylatacje palczaste, nazywane również zębatymi, to specjalne konstrukcje dylatacyjne składające się z zazębiających się metalowych elementów, które pozwalają na płynne i bezpieczne przemieszczenia mostu. Dylatacje bitumiczne to elastyczne połączenia mostowe, wykonane z mas bitumicznych i elastomerów, które kompensują niewielkie ruchy konstrukcji. Są stosowane głównie na mniejszych mostach, wiaduktach i kładkach dla pieszych, gdzie wymagane są proste i trwałe rozwiązania o niskim koszcie. Elastyczna masa bitumiczna pochłania mikroruchy konstrukcji spowodowane temperaturą i obciążeniami. Brak metalowych elementów oznacza brak hałasu i minimalne wymagania konserwacyjne. Prosty montaż pozwala na szybkie wykonanie dylatacji bez konieczności stosowania skomplikowanych systemów dylatacyjnych.

Dylatacje są bardzo ważne dla trwałości mostu, ponieważ bez nich konstrukcja mogłaby ulec uszkodzeniu na skutek pęknięć i naprężeń. Regularna konserwacja dylatacji jest konieczna, aby zapewnić ich prawidłowe funkcjonowanie i bezpieczeństwo użytkowników (opinie o programie).