9 2J�OQRSROVND .RQIHUHQFMD 0RVWRZF�Z .RQVWUXNFMD L :\SRVD HQLH 0RVW�Z
:LV�D OLVWRSDGD U
Damian B BEN1
Zbigniew MA KO2
PROBLEMY PROJEKTOWE I WYKONAWCZE ZWI ZANE
Z GRUNTOWO-STALOWYMI OBIEKTAMI MOSTOWYMI
W referacie przedstawiono problemy projektowe i wykonawcze odno nie gruntowo-stalowych obiektów mostowych
wykonanych ze stalowych blach falistych. Aktualne wymagania normowe i technologiczne oraz sposoby monta u tego
typu konstrukcji s równie przedstawione w pracy. Ze wzgl du na coraz cz stsze zastosowanie tego typu konstrukcji w
przypadku małych i rednich rozpi to ci teoretycznych prz seł mostów drogowych i kolejowych, zagadnienia
przeprowadzona w pracy mog być przydatne przy budowie i obliczeniach tych konstrukcji.
1. Wprowadzenie
Od pewnego czasu na terenie calej Polski projektuje si i buduje coraz wi cej malych mostów i
przepustów o konstrukcji podatnej wykonanej ze stalowych blach falistych wspólpracuj cych z gruntem
zasypowym tworz c tym samym uklad konstrukcyjny o du ej no no ci. Jednak e sam projektant ma
ograniczony wplyw na dobór typu konstrukcji i niejednokrotnie nie ma wiadomo ci wynikaj cych z
tego zagro e , które mog wyst pić podczas budowy tego typu obiektów mostowych.
Do budowy mostów nadaj si przede wszystkim konstrukcje wykonywane ze stalowych blach
falistych typu Super Cor, Stren Cor, Multiplate, Vario-sec, Tubosider i Voest (Alpina), które ró ni si
mi dzy sob w glównej mierze wymiarami blach falistych. Najcz ciej stosowanymi ksztaltami w
kierunku podlu nym s : skrzynkowy, lukowy, okr gly, eliptyczny, lukowo-kolowy i gruszkowy, które
s posadowione na elbetowych lawach fundamentowych lub bezpo rednio ulo one na gruncie, na
specjalnie do tego celu wykonanej poduszce piaskowej lub betonowej. Cz sto nosz one nazw mostów
gruntowo-stalowych lub gruntowo-powlokowych [1].
Konstrukcje z blach falistych budowane s przewa nie jako mosty polo one na drogach lokalnych,
ale te jako wiadukty kolejowe (rys. 1), czy nawet jako mosty autostradowe oraz ostatnio równie jako
obiekty ekologiczne (rys. 2).
W niniejszym artykule przedstawiono problemy projektowe jak równie wykonawcze oraz aspekty
trwalo ci, z którymi mo na si spotkać stosuj c powloki stalowe wykonane z blach falistych lub
plaskich na konstrukcje mostowe.
2. Problemy zwi zane z projektowaniem konstrukcji gruntowo-stalowych
2.1. Uwagi ogólne
Technologia stosowania konstrukcji podatnych wykonanych z blach falistych opiera si na cislej
wspólpracy powloki stalowej z otaczaj cym j gruntem zasypowym i wykorzystaniu efektu
przesklepiania obci e w gruncie. Zadaniem sfaldowania blachy jest wzrost sztywno ci konstrukcji
ustroju i zwi kszenie stopnia wspólpracy powloki z zasypk gruntow w porównaniu do blach plaskich.
Konstrukcje powloki skladaj si z wyprofilowanych blach falistych zwanych równie plaszczami lub
1
Dr in ., Wydzial Budownictwa Politechniki Opolskiej
2
Dr hab. in ., Instytut In ynierii L dowej Politechniki Wroclawskiej
55
Rys. 1. Przyklad zastosowania konstrukcji wykonanej ze Rys. 2. Przyklad zastosowania konstrukcji gruntowo-stalowych
stalowych blach falistych jako wiaduktu kolejowego do budowy przej cia dla zwierz t nad autostrad A1 w
stanowi cego przej cie dla pieszych w Prudniku okolicach Konina
elementami konstrukcyjnymi (powlokowymi), które l czone s ze sob za pomoc rub spr aj cych w
przekroju poprzecznym jak i na dlugo ci obiektu. Rozwi zania takie pozwalaj na latwy, szybki i
ekonomiczny monta konstrukcji. Zalo eniem pracy tego typu konstrukcji jest takie wykonanie
pol cze mi dzy poszczególnymi arkuszami blach falistych, aby zagwarantować w pelni statyczne i
dynamiczne przekazywanie wzajemnych oddzialywa miedzy elementami skladaj cymi si na calo ć
podatnej konstrukcji in ynierskiej [1].
No no ć tego typu obiektów jest kombinacj  wspólpracuj cych ze sob dwóch o rodków 
konstrukcji stalowej i otaczaj cego j gruntu zasypowego (rys. 3). Konstrukcje powlok zlo one z blach
falistych w zwi zku z tym, e s podatne to pod naciskiem pochodz cym od obci e u ytkowych
przekazuj sily odporu do otaczaj cego ich podlo a gruntowego, powoduj c w ten sposób równomierny
rozklad nacisków (obci e ). Oznacza to, e stalowa konstrukcja powloki przenosi obci enia
zasadniczo dzi ki silom normalnym a nie momentom zginaj cym, i dzi ki temu dopasowuje si ona
latwo do otaczaj cego j gruntu. Zachowuje ona tak e swój pierwotny ksztalt wskutek utworzenia
przesklepienia w gruncie (zjawisko przesklepiania si obci e w gruncie) oraz dzi ki swojej budowie
(falisto ć powierzchni) wytrzymuje równie deformacj wzdlu n . Powstaj ce w gruncie  sklepienie
znacznie zmniejsza bezpo rednie naciski na stalow konstrukcj powloki wykonan z blach falistych i
dzi ki temu powstaje uklad konstrukcyjny gruntowo-stalowy, który mo e przenie ć du e obci enia,
znacznie wi ksze ni w przypadku traktowania tylko stalowej powloki jako glównego ustroju no nego
[1], [2], [3].
2.2. Dobór typu konstrukcji
Najwi cej problemów zwi zanych z obiektami mostowymi wykonywanymi ze stalowych blach
falistych sprawia racjonalne ich projektowanie. Stosuj c tradycyjne metody doboru typów konstrukcji z
katalogów producenta, projektant post puje bezpiecznie w przypadku niedu ych obiektów. Natomiast,
Zasypka Powłoka
gruntowa
Fundament
Grunt
rodzimy
Rys. 3. Elementy konstrukcji gruntowo-stalowej
56
gdy konstrukcje s wi ksze i bardziej  odpowiedzialne projektant mo e skorzystać z serwisu
technicznego oferowanego przez dostawc , który pomo e mu dobrać wla ciwe parametry konstrukcji.
Jednak sam projektant ma stosunkowe male mo liwo ci oceny no no ci, stanu wyt enia i wszystkiego
tego, co jest zwi zane z bezpiecze stwem tego typu konstrukcji mostowych. Z tego wzgl du mo e
niekiedy wyst pić konflikt interesów. Z jednej strony projektant jest zainteresowany zaprojektowaniem
bezpiecznego i ekonomicznego obiektu, a z drugiej strony jest dostawca  producent, który jest przede
wszystkim zainteresowany jak najwi ksz sprzeda swoich produktów. Dlatego nie zawsze oferowane
propozycje przez producentów musz być wla ciwie najlepsze z in ynierskiego punktu widzenia, a
przede wszystkim ekonomiczne. W tym momencie pojawia si kwestia odpowiedzialno ci za projekt,
co jak wiadomo w polskich warunkach jest to tylko i wyl cznie osoba projektanta.
Kolejn wa n kwesti s poprawne rozwi zania konstrukcyjne w przypadku obiektu polo onego w
du ym skosie w stosunku do przeszkody. Wówczas, bowiem du a cz ć wlotowa i wylotowa powloki
nie dochodzi do podpór, co jednocze nie powoduje, e obci enia s niesymetrycznie i praca
konstrukcji powloki nabiera charakteru przestrzennego. Nale y w takich przypadkach stosować
specjalne wzmocnienia zako cze konstrukcji, np. odpowiednio wyksztaltowane wie ce elbetowe.
2.3. Rodzaje obci e i wynikaj ce z tego zagro enia
Wyst puje tak e wiele trudno ci i niewiadomych zwi zanych z projektowaniem konstrukcji
gruntowo-stalowych, ze wzgl du na obci enie, np. zasypk gruntow , statyczne i dynamiczne oraz
wywolane normaln rzeczywist eksploatacj , co zreszt w aden sposób nie jest aktualnie w Polsce
unormowane z wyj tkiem opracowania wytycznych przez IBDIM [4], przeciwnie ni w innych krajach,
np. USA, Kanada, Szwecja, choć nale y podkre lić, e opracowane w innych krajach normy i wytyczne
maj wiele niedoskonalo ci i s stale unowocze niane i poprawiane niemal na bie co w miar
uzyskiwania nowych faktów i informacji o zachowaniu si tego typu konstrukcji mostowych na
podstawie wykonanych bada na obiektach rzeczywistych lub modelach, czy te analiz teoretycznych
[5], [6], [7], [8]. Ju w roku 1976 J. N. Kay i J. F. Abel [9] podkre lili fakt trudno ci w racjonalnym
projektowaniu podatnych gruntowo-stalowych obiektów in ynierskich, ze wzgl du na wielow tkowo ć
zadania, zlo ono ć pracy i zachowania si konstrukcji powlok pod ró nymi obci eniami.
Konserwatywne podej cie normy AASHTO do oblicze przewidywanych warto ci sil wewn trznych
podkre lono równie w pracach [10] i [11], w których przedstawiono analizy wykonane na podstawie
bada do wiadczalnych na trzech ró nych konstrukcjach podatnych typu box culvert, które porównano
z obliczeniami wykonanymi na podstawie normy AASHTO.
Szczególnie niebezpieczna jest odpowied konstrukcji powloki, spowodowana bocznym parciem
gruntu zasypowego podczas jego zag szczania. Poniewa cienka powloka o grubo ci blach w zakresie
1,5 8,0 mm bez wykonanej zasypki nie ma jeszcze odpowiedniej (bezpiecznej) i wymaganej przez
odpowiednie przepisy i normy mostowe no no ci, któr osi gnie dopiero po okresie kilku miesi cy po
oddaniu obiektu do normalnej eksploatacji. Uwa a si , e praca powloki mostów wykonanych ze
stalowych blach falistych na etapie zasypywania jest jednym z najwa niejszych problemów
wyst puj cych podczas ich budowy z uwagi na mo liwo ć powstania ró nych form wyboczenia i utraty
stateczno ci, przeciwnie ni w przypadku typowych elbetowych lukowych lub skrzynkowych
obiektów mostowych (przepustów), gdzie od pocz tku eksploatacji jest zachowana odpowiednia
no no ć.
W pracach [12] i [13] zwrócono uwag na coraz szersze stosowanie tego typu konstrukcji jako
alternatywy dla betonowych obiektów mostowych o rednich rozpi to ciach teoretycznych, a tak e na
fakt, e wiele konstrukcji wykazuje pewne oznaki niebezpiecze stwa, tzn. mo liwo ci utraty
stateczno ci powloki i gruntu lub tworzenie si przegubów plastycznych i mechanizmów zniszczenia.
Przewa nie uszkodzenia konstrukcji powloki s spowodowane utrat stateczno ci i no no ci
otaczaj cego j gruntu zasypowego, co mo e być wywolane cyklicznym jego odmra aniem i
zamra aniem. Dlatego te coraz cz ciej stosowane s koncepcje wzmacniania zasypki przy u yciu
geotkanin i geowlóknin, betonowych belek usztywniaj cych powlok oraz wywolanie lepszej
wspólpracy gruntu z podatn konstrukcj . Wprowadzenie tych ulepsze mo e przyczynić si do
wi kszej stosowalno ci tego rodzaju konstrukcji zwlaszcza w tych rejonach, gdzie wyst puj du e
ró nice pomi dzy temperaturami latem i zim .
Stosowane s równie pewne zabiegi polegaj ce na wzmacnianiu stalowej powloki poprzez
wypelnianie eber usztywniaj cych cal konstrukcj mieszank betonow . Dokonuje si tego po
dokr ceniu wszystkich rub oraz zasypaniu powloki gruntem. Je eli chodzi o zasadno ć stosowania
wypelniania wzmocnienia (dodatkowych arkuszy blach falistych) mieszank betonow , to jest to
57
dzialanie dora ne nie maj ce zbyt du ego znaczenia w pó niejszej eksploatacji obiektu, gdy trudno
jest sobie wyobrazić sposób wypelniania, a tym bardziej odpowiedniego zag szczania betonu, nawet w
przypadku betonu samozag szczalnego. Nale y równie zaznaczyć, e przewa nie nie stosuje si
adnego zbrojenia tych eber, co po kilkuletniej intensywnej eksploatacji obiektu mo e doprowadzić do
pokruszenia si betonu znajduj cego si w przestrzeniach tych eber i beton nie b dzie ju spelnial
zalo onych zada , czyli usztywniania powloki.
2.4. Metody obliczeniowe
Powszechnie u ywane s najcz ciej analityczne metody obliczeniowe oparte raczej na
do wiadczeniach samych projektantów ni na zdolnych do zastosowania modelach obliczeniowych.
Dzieje si tak, dlatego, e zbudowanie racjonalnego i optymalnego modelu numerycznego
odzwierciedlaj cego rzeczywist prac gruntowo-stalowych konstrukcji mostowych i uwzgl dnienie
wspólpracy pomi dzy stalow powlok i otaczaj c j gruntem zasypowym oraz opisanie efektu
przesklepiania obci e w gruncie jest bardzo skomplikowane i zlo one, co wymaga zastosowania
zaawansowanych technik numerycznych. Obecnie metoda elementów sko czonych (MES) i metoda
ró nic sko czonych (MRS) s szeroko wykorzystywane do próby analizy stanu napr e , odksztalce i
przemieszcze w konstrukcji powloki, jak i do otaczaj cego j gruntu zasypowego, stosuj c np.
programy Cosmos, Robot Millennium, CandeCAD, Abaqus, Z-soil, FLAC, itp.
Aktualnie, aby poprawnie zaprojektować obiekt skonstruowany z blach falistych nale y korzystać z
wysoce specjalistycznego oprogramowania oraz mieć du wiedz na temat modelowania przede
wszystkim interakcji pomi dzy stalow konstrukcj powloki i otaczaj cym j gruntem.
Pomimo widocznych ostatnio post pów odno nie mo liwo ci wykorzystania nieliniowej analizy w
modelach obliczeniowych gruntowo-stalowych konstrukcji i mo liwo ci oceny ich wzajemnej
wspólpracy za pomoc MES i MRS, to nadal bardzo trudno jest okre lić i prawidlowo ocenić
niezawodno ć, stateczno ć i no no ć tych konstrukcji. Wykonywane standardowe badania
do wiadczalne pod obci eniem statycznym i dynamicznym dowodz , e warto ci sil wewn trznych,
jakie si otrzymuje, w niewielkim stopniu wykorzystuj no no ć tych konstrukcji, co nie zawsze
potwierdzaj analizy numeryczne. Być mo e jest to spowodowane sposobem idealizacji, metod
odwzorowania lub sposobem rozkladu obci enia w ukladach podatnych gruntowo-stalowych, a przede
wszystkim nie uwzgl dnieniem rzeczywistej wspólpracy pomi dzy gruntem zasypowym i konstrukcj
powloki [14], [15], [16].
Znanych jest wiele metod projektowych dla konstrukcji gruntowo-stalowych, np. metody: CHBDC
(Canadian Highway Bridge Design Code), OHBDC (Ontario Highway Bridge Design Code), AASHTO
(American Association of State Highway and Transportation Officials), Jana Vaslestada, Duncana i
Drawskiego.
Na przyklad w metodzie Duncana i Drawskiego oprócz sil osiowych wyst puj cych w ciance
konstrukcji, uwzgl dniono równie momenty zginaj ce. Dodatkowo metoda ta rozpatruje dwie fazy
pracy konstrukcji:
ł
faza I  monta u (gdy zasypka osi ga poziom klucza konstrukcji),
ł
faza II  u ytkowania (gdy zasypka osi ga projektowany poziom).
Faza monta u, zaklada, e poziom zasypki jest równy poziomowi klucza konstrukcji, zatem
wysoko ć naziomu H = 0. W tym przypadku moment zginaj cy M i sila w ciance konstrukcji T s
obliczane z uwzgl dnieniem obci e stalych zgodnie z równaniami (1) i (2):
M = RB Km1 Dh3, (1)
T = Kp1 Dh2, (2)
w których:
 ci ar wla ciwy gruntu,
RB  bezwymiarowy wspólczynnik redukcyjny zale ny od stosunku wysoko ci do rozpi to ci
konstrukcji,
Kp1  bezwymiarowy wspólczynnik uzale niony od wysoko ci zasypki znajduj cej si poni ej poziomu
klucza konstrukcji,
Km1  bezwymiarowy wspólczynnik zale ny od parametru Nf wyra onego zale no ci (3):
Nf = (Es Dh2) / EI, (3)
58
Es  modul sieczny,
Dh  rozpi to ć konstrukcji,
E  modul spr ysto ci materialu,
I  moment bezwladno ci cianki konstrukcji.
Natomiast, drugi warunek (faza II) zaklada, e zasypka osi ga ostateczny poziom (faza
u ytkowania). W tym przypadku uwzgl dniane s równie obci enia zmienne, a moment zginaj cy M
i sila T w ciance konstrukcji okre lone s równaniami (4) i (5):
M = RB(Km1 Dh3  Km2 Dh2 H) + RL Km3 Dh LL, (4)
T = Kp1 Dh2 + Kp2 Dh H + Kp3 LL, (5)
gdzie:
RL  wspólczynnik zale ny od Nf i H / Dh,
Kp2  bezwymiarowy wspólczynnik uzale niony od wysoko ci naziomu, czyli zasypki znajduj cej si
powy ej poziomu klucza konstrukcji,
Kp3  bezwymiarowy wspólczynnik uzale niony od H / Dh,
Km2 i Km3  bezwymiarowy wspólczynnik zale ny od parametru Nf,
LL  obci enie zmienne równomiernie rozlo one.
3. Dobór technologii do prac monta owych i wynikaj ce z tego zagro enia
Znanych jest wiele technologii monta u konstrukcji podanych wykonywanych ze stalowych blach
falistych [17]. W pracy zostanie scharakteryzowana typowa technologia monta u konstrukcji gruntowo-
stalowej o du ej rozpi to ci.
Du e konstrukcje mo na montować w dwojaki sposób, po pierwsze zlo enie calej konstrukcji poza
miejscem wbudowania, a nast pnie umieszczenie calej powloki w miejscu podparcia na lawach
fundamentowych za pomoc dwóch d wigów o du ym ud wigu. Takie przedsi wzi cie wymaga jednak
stosowania ci kiego sprz tu (d wigów) ze wzgl du na znaczny ci ar calej konstrukcji powloki oraz
du ej dokladno ci robót budowlanych z powodu stosunkowo wiotkiej i elastycznej konstrukcji. Ten
rodzaj monta u znacznie utrudnia odpowiednie i dokladne umieszczenie konstrukcji na podporach.
Drugi sposób polega na technologii monta u konstrukcji powloki bezpo rednio na lawach
fundamentowych. Prace monta owe konstrukcji wykonanej ze stalowych blach falistych nale y
poprzedzić robotami przygotowawczymi polegaj cymi na wydzieleniu terenu niezb dnego do
prowadzenia prac oraz ustawieniu rusztowania przesuwnego nad drog w celu utrzymania ci glo ci
ruchu komunikacyjnego (je eli taki wymóg jest konieczny). Mo na to zrealizować np. poprzez
wykonanie specjalnego rusztowania przesuwnego stanowi cego pomost roboczy w postaci kratownicy
przestrzennej umieszczonej pod montowan powlok stalow (rys. 4).
Rys. 4. Monta pierwszych elementów blach falistych typu za pomoc
dwóch d wigów z u yciem rusztowania ruchomego
59
W pierwszej fazie monta u nale y zwrócić szczególn uwag na prawidlowe osadzenie dolnych
plaszczy na elbetowym fundamencie. Skladanie pocz tkowe konstrukcji nale y prowadzić na jak
najmniejsz liczb rub, dokr caj c je wst pnie jedynie kluczami r cznymi. Dopiero po zlo eniu kilku
pierwszych pelnych luków nale y dokr cić pozostale ruby. Nale y zwrócić uwag , aby nie dokr cać
pierwszych rub zbyt mocno, gdy utrudnialoby to wpasowanie w otwory pozostalych rub
spr aj cych. Podczas wst pnego monta u nale y kontrolować zgrubnie ksztalt konstrukcji powloki,
aby nie dopu cić do nadmiernych jej deformacji.
Nast pnie poszczególne arkusze konstrukcji montuje si wedlug wzoru schodkowego (tak jak
uklada si gont lub dachówk ), zgodnie z dokumentacj monta ow . Jeden glówny luk (pier cie ) w
calo ci powinien być zmontowany na stanowisku roboczym na powierzchni terenu. rub nie nale y w
pelni skr cać do wla ciwej wielko ci momentu skr caj cego, lecz pozostawić je jako dokr cone
r cznie. Uchwyt do podnoszenia powinien być zaczepiony w pobli u 19 otworu, licz c od obu dolnych
kraw dzi luku. W tym stanie konstrukcja jest do ć podatna i wra liwa na odksztalcenia i w zwi zku z
tym nale y bardzo uwa ać podczas podnoszenia pier cienia w celu ustawienia go na podporach, w tzw.
profilu podporowym. Gdy pier cie znajduje si w pozycji pionowej nale y wprowadzić jeden z jego
ko ców w podstaw profilu podporowego, a nast pnie zamocować rubami kotwi cymi, pozostawiaj c
jednak ruby w stanie lu nym. Nast pnie nale y wsun ć drugi koniec pier cienia do stalowego profilu
podporowego i r cznie przykr cić rubami. Kotwy rubowe do pol czenia profili podporowych musz
być wcze niej zabetonowane w lawach, zanim rozpocznie si monta pier cieni. Nie nale y
pozostawiać rub niedokr conych, poniewa poszczególne blachy mog mieć tendencj do wysuwania
si w gór . Na tym etapie nale y przestrzegać, aby nie dokr cać rub do ko ca, lecz pozostawić je tak
jak przy r cznym dokr ceniu. Dodatkowe otwory usytuowane wzdlu profilu podporowego i na
zewn trznej kraw dzi plyty mog zostać wykorzystane do przesuwania plyt wzdlu profilu
podporowego, gdy w tych otworach nie s wymagane ruby spr aj ce.
Nast pne dwa pier cienie mo na montować wedlug tej samej procedury. Pozostale za elementy
konstrukcji nale y skladać element po elemencie. Odbywa si to wedlug odpowiedniej kolejno ci w
celu uzyskania schodkowego wzoru. Nast pnie nale y kontynuować zakladanie nast pnych arkuszy i
na tym zako czyć monta poszczególnych pier cieni zapewniaj c zachowanie schodkowego wzoru
ukladania. Koniecznym jest tak e stosowanie rub z lbem wpuszczonym na zewn trznych kraw dziach
we wszystkich podlu nych zl czkach przypadaj cych we wgl bieniach blach falistych. Przed
zainstalowaniem wzmocnie ( eber) adnej ruby nie nale y umieszczać w zl czkach obwodowych. Na
ko cu powinno przyst pić si do monta u przyci tych blach uko nych na wlocie i wylocie konstrukcji
powloki  je eli takie s przewidziane (rys. 5). Monta eber usztywniaj cych (je eli jest to wymagane)
nale y rozpocz ć po zmontowaniu, co najmniej czterech pelnych glównych pier cieni. Pier cienie te
nale y montować z r cznym dokr caniem rub. ruby z lbem zakrytym i zwykle przypadaj ce we
wgl bieniach blach falistych, które zostan zakryte ebrami usztywniaj cymi powinny być dokr cone
przed polo eniem elementów eber. Nale y zwrócić szczególn uwag na dopasowanie otworów rub z
lbem wpuszczanym. Mo e być to zrobione poprzez umieszczenie trzech rub lub trzech
naprowadzaj cych sworzni w rodku trzech otworów na wierzcholku fali wzdlu zl cza podlu nego,
zanim pozostale ruby nie zostan dokr cone. Monta nast pnego ebra wzmacniaj cego mo na
wykonać po zmontowaniu nast pnych dwóch pier cieni glównych. Po zmontowaniu ebra wszystkie
Rys. 5. Widok od czola obiektu na zmontowane blachy uko ne powloki
60
ruby mo na dokr cić l cznie ze rubami mocuj cymi ebra. W celu uzyskania projektowanego
ksztaltu luku mo e okazać si koniecznym, aby d wig nieco uniósl pier cie pionowo do góry w
obszarze klucza luku w celu osi gni cia pelnego dopasowania zl czy. Ostatecznie dokr cenie rub
powinno odbywać si najpierw w kierunku podlu nym luku, a nast pnie obwodowo. ruby nale y
dokr cać rozpoczynaj c od tych, które znajduj si na wierzcholku konstrukcji, a nast pnie
sukcesywnie w kierunku jej podparcia. Cal konstrukcj powloki nale y sprawdzić na prawidlowe
dokr cenie rub po jej zmontowaniu. Wymagany moment dokr cenia dla rub, w przypadku du ych
obiektów waha si w granicach od 203 do 338 Nm.
Nast pnym do ć wa nym problemem jest prawidlowe prowadzenie prac budowlanych przez zespoly
robocze. Cz sto zdarza si , e wykonawca robót nie ma odpowiedniego do wiadczenia w monta u
konstrukcji stalowej wykonanej z blach falistych i sposobie ukladania (zag szczania) zasypki gruntowej
wokól tych konstrukcji, co mo e bezpo rednio prowadzić do znacznego wydlu enia czasu budowy, a w
najgorszym przypadku nawet do awarii lub katastrofy budowlanej (rys. 6), co w konsekwencji mo e
zmniejszyć atrakcyjno ć tych rozwi za konstrukcyjnych. Dlatego wa nym jest, aby w calym procesie
budowlanym tego typu obiektów uwzgl dniać niezale ny nadzór naukowo-techniczny i/lub nadzór ze
strony dostawcy tych konstrukcji oraz stosować badania kontrolne i odbiorcze.
4. Trwało ć konstrukcji gruntowo-stalowych
Wa n kwesti jest równie okre lenie trwalo ci konstrukcji z blach falistych ze wzgl du na
obci enia eksploatacyjne i czynniki korozyjne. W polskich warunkach jest to zadanie trudne,
poniewa najstarsze konstrukcje tego typu w Polsce maj okolo 20 25 lat i tak naprawd mo na tylko
przypuszczać, jaki b dzie ich stan techniczny za 25 czy 50 lat, ze wzgl du chocia by na staly wzrost
nat enia ruchu komunikacyjnego na polskich drogach. Oczywi cie s metody slu ce do oceny
trwalo ci konstrukcji mostowych, ale nie jest jeszcze jednoznacznie stwierdzone, czy nadaj si one to
tego typu obiektów o konstrukcji podatnej wspólpracuj cych z gruntem.
W niektórych krajach, np. w USA, Kanadzie czy Szwecji rednia trwalo ć ycia tego typu
konstrukcji jest przyjmowana na okolo 50 70 lat. Jednak e zakres i warunki zastosowania, jak i
wzgl dy ekonomiczne mog dawać podstaw do wydlu enia jak i do skrócenia dlugo ci okresu
trwalo ci. Wiele czynników ma zasadniczy wplyw na trwalo ć konstrukcji gruntowo-stalowych, m.in.:
korozja, abrazja, dobór wla ciwych materialów, poprawne projektowanie, odpowiednie utrzymanie
obiektu, odporno ć na oddzialywanie rodowiska lokalnego.
Ogólnie, na trwalo ć konstrukcji gruntowo-stalowych maj wplyw dwa rodzaje agresywno ci,
pierwsza dotyczy zewn trznych obci e eksploatacyjnych (ruch komunikacyjny), natomiast drugi
zwi zany jest z elementami negatywnego oddzialywania rodowiska naturalnego.
Wytrzymalo ć eksploatacyjna elementów konstrukcji zale na jest od zbioru obci e
eksploatacyjnych. Zbiór ten jest sum wszystkich obci e uporz dkowanych wedlug wielko ci i
cz sto ci wyst powania napr e w czasie przyj tej trwalo ci obiektu. Zbiory obci e opisuj
obci enia eksploatacyjne, to znaczy obci enia zmienne, którym poddany jest element budowli
bezpo rednio lub po rednio w nast pstwie jego wspólpracy z innymi elementami konstrukcji.
Rys. 6. Przyklad katastrofy budowlanej konstrukcji gruntowo-stalowej
61
Najcz stszym sposobem okre lania zbiorów obci e jest bezpo redni pomiar wyt enia
poszczególnych elementów konstrukcyjnych pod rzeczywistym obci eniem, czyli wykonanie bada
eksploatacyjnych oraz rozpoznanie i zarejestrowanie aktualnej struktury ruchu na obiekcie i drodze.
Pomiary na obiekcie rzeczywistym daj mo liwo ć poznania dokladnego przebiegu zmian odksztalce
(napr e normalnych), chocia ustalona przez nie obj to ć (zakres) zbioru nie jest zgodna z
rzeczywist liczb cykli zmiany obci enia. Na tej podstawie jest mo liwe oszacowanie przewidywanej
wytrzymalo ci eksploatacyjnej oraz okre lenie trwalo ci obiektu.
W przypadku negatywnego oddzialywania rodowiska do ć du y wplyw ma okre lenie
wspólczynnika pH zarówno wody jak i gruntu, oraz minimalna elektryczna rezystywno ć miejsca
wbudowania i materialu zasypki. Wspólczynnik pH wody i gruntu wskazuje kwasowo ć lub
zasadowo ć, podczas gdy minimalna rezystywno ć okre la wzgl dn ilo ć rozpuszczalnych soli w
gruncie lub w wodzie.
W zwi zku z powy szym, nale y w odpowiedni sposób zaprojektować odpowiedni dualny system
trwalo ci konstrukcji, który z jednej strony zapewni spelnienie wszystkich zalo e statyczno-
wytrzymalo ciowych oraz eksploatacyjnych, a z drugiej strony b dzie odporny na agresywne dzialanie
rodowiska naturalnego, w którym ma być obiekt wbudowany i eksploatowany.
Mo na to zrealizować w pierwszym przypadku poprzez odpowiedni zaprojektowanie grubo ci blach
i wysoko ci naziomu nad konstrukcj , a w drugim przypadku poprzez uwzgl dnienie w projekcie
dodatkowego zabezpieczenia antykorozyjnego i/lub antyabrazyjnego, np. grubsze powloki cynkowe,
powloki malarskie, wi ksza grubo ć blach, wylo enie dna obiektu brukiem (lub betonem), itp.
Stan techniczny konstrukcji gruntowo-stalowych powinien być równie stale monitorowany,
poniewa mo e doj ć do powa nych uszkodze obiektu (obni enie trwalo ci) w zwi zku ze zmianami
agresywno ci rodowiska (zmiana pH wody i/lub zasypki) oraz zwi kszeniem nat enia ruchu
komunikacyjnego w stosunku do pierwotnie przyj tego.
5. Wymagania normowe
Generalnie w Polsce nie opracowano jeszcze norm w zakresie projektowania i odbioru gruntowo-
stalowych konstrukcji mostowych, mimo e np. w Kanadzie i USA od wielu lat stosuje si do ć
powszechnie konstrukcje podatne na mosty i wiadukty, a nawet na obiekty autostradowe. Równie ,
szwedzka administracja drogowo-mostowa, stara si opracować odpowiednie przepisy w tym wzgl dzie
na podstawie m.in. wyników bada do wiadczalnych mostu w Gim�n [1], [5], [6]. Pewn nobilitacj
dla polskiego mostownictwa stanowi fakt, e szwedzka administracja drogowa doceniaj c osi gni cia
polskiej grupy badawczej (w sklad, której wchodz autorzy artykulu) w dziedzinie bada takich
obiektów, zaprosila polski zespól badawczy do wykonania analizy do wiadczalnej na pierwszym tego
typu obiekcie w Skandynawii.
Na uwag jednak zasluguje równie fakt opracowania zalece projektowych i technologicznych dla
podatnych konstrukcji in ynierskich wykonanych z blach falistych przez Instytut Badawczy Dróg i
Mostów  Filia Wroclaw [4], jednak wymagaj one pewnych udoskonale , aby byly przydatne do
stosowania przez in ynierów w polskich warunkach projektowych.
Aktualnie projektant musi opierać si na obowi zuj cych w Polsce normach i zaleceniach ([4], PN-
82/S-10052 [18], PN-85/S-10030 [19], PN-89/S-10050 [20]) jak dla tradycyjnych mostów stalowych,
które nie uwzgl dniaj specyficznej pracy konstrukcji gruntowo-stalowych oraz mo e skorzystać z
serwisu technicznego oferowanego przez dostawców. Trzeba jednak wyra nie podkre lić, e podane
wy ej normy dotycz klasycznych konstrukcji mostowych, przy czym do chwili obecnej nie
opracowano jeszcze zasad i przepisów projektowych i odbiorczych, które powinny spelniać
rozpatrywane powloki podczas ró nych faz ich budowy i eksploatacji.
Polskie ustawodawstwo powinno wzi ć dobry przyklad z innych krajów, które w oparciu o
badania do wiadczalne na obiektach rzeczywistych i wszechstronne analizy teoretyczne próbuje
unormować stosowanie tych konstrukcji polo onych na drogach publicznych.
6. Zako czenie
Konstrukcje podatne wykonywane ze stalowych blach falistych stanowi ju naturalny, do ć
powszechnie stosowany, element konstrukcyjny w budowie mostów nie tylko w Polsce, ale i w innych
krajach wiata, np. Czechy, Ukraina, Szwecja, Litwa, Norwegia, RPA, Wlochy, RFN, Austria, Rosja,
Kanada, USA, Australia, Korea Pld. Jednak e nale y mieć na uwadze pewne niebezpiecze stwa, które
62
mog wynikn ć podczas prac budowlanych, jak równie w trakcie powstawania projektu tego typu
obiektów mostowych.
Do wiadczenia praktyczne z przeprowadzonych bada pod obci eniem w ró nych etapach
budowy, a tak e poczynione przez autorów tego artykulu w trakcie tych pomiarów obserwacje pracy
konstrukcji powlok w ró nych obiektach, jak równie szeroka analiza wyników uzyskanych ze
wszystkich pomiarów, i porównanie ich z warto ciami obliczeniowymi pozwolily na sformulowanie
wniosków o charakterze ogólnym i szczególowym [1], [5], [6].
Literatura
[1] B BEN D., Wspólpraca gruntu i konstrukcji mostowych wykonywanych ze stalowych blach
falistych. Wydzial Budownictwa Politechniki Opolskiej, Opole, wrzesie 2005.
[2] KRAJNIK D., MICHALSKI J. B., Pierwsze  mosty kanadyjskie w Europie. In ynieria i
Budownictwo, vol. LVIII, 2002, nr 3 4, s. 159 161.
[3] VASLESTAD J., Long-term behaviour of flexible large-span culverts. Transportation Research
Record, no. 1231, pp. 14 24, Transportation Research Board, Washington D.C. 1990.
[4] ROWI SKA W., WYSOKOWSKI A., PRYGA A., Zalecenia projektowe i technologiczne dla
podatnych konstrukcji in ynierskich z blach falistych. Instytut Badawczy Dróg i Mostów w
Warszawie  Filia Wroclaw, O rodek Bada Mostów, Betonów i Kruszyw, migród, kwiecie
2004.
[5] MANKO Z., BEBEN D., Dynamic testing of a corrugated steel arch bridge. Canadian Journal of
Civil Engineering, National Research Council, Canada, Vol. 35, 2008, No. 3, pp. 246 257.
[6] MANKO  ZEE Z., BEBEN D., Static load tests of a road bridge with a flexible structure made
from Super Cor type steel corrugated plates. Journal of Bridge Engineering, ASCE, vol. 10, 2005,
no. 5, pp. 604 621.
[7] MCCAVOUR T. C., BYRNE P. M., MORRISON T. D., Long span reinforced steel box culverts.
Transportation Research Record, no. 1624, Transportation Research Board, Washington D.C.,
1998, pp. 184 195.
[8] MCGRATH T. J., MOORE I. D., SELIG E. T., WEBB M. C., TALEB B., Recommended
specifications for large-span culverts. Transportation Research Board Simpson Gumpertz and
Heger Incorporated. NCHRP Report, no. 473, Washington D. C., 2002.
[9] KAY J. N., ABEL J. F., Design approach for circular buried conduits (Abridgement).
Transportation Research Record, no. 616, Transportation Research Board, Washington D. C.,
1976, pp. 78 80.
[10] HURD J. O., SARGAND S. M., HAZEN G. A., SUHARDJO S. R., Structural performance of an
aluminum box culvert. Transportation Research Record, no. 1315, Transportation Research
Board, Washington D. C., 1991, pp. 46 52.
[11] SARGAND S. M., HAZEN G. A., HURD J. O., Structural evaluation of box culverts. Journal of
Geotechnical Engineering, ASCE, vol. 118, Dec. 1992, no. 12, pp. 3297 3314.
[12] KENNEDY J. B., LABA J. T., Suggested improvements in designing soil-steel structures.
Transportation Research Record, no. 1231, Transportation Research Board, Washington D. C.,
1984, pp. 96 104.
[13] MOHAMMED H., KENNEDY J. B., SMITH P., Improving the response of soil-metal structures
during construction. ASCE, Journal of Bridge Engineering, vol. 7, 2002, no. 1, pp. 6 13.
[14] B BEN D., MA KO Z., Badania statyczne mostu drogowego wykonanego ze stalowych blach
falistych. Kwartalnik Instytutu Badawczego Dróg i Mostów  Drogi i Mosty , Warszawa 2003, nr
3, s. 17 42.
[15] DUNCAN J. M., CHANG C. Y., Nonlinear analysis of stress and strain in soils. Journal of the
Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, vol. 96, Sept. 1970, no. SM5, pp. 1629 1653.
[16] SEED R. B., RAINES J. R., Failure of flexible long-span culverts under exceptional live loads.
Transportation Research Record, no. 1191, Transportation Research Board, Washington D. C.,
1988, pp. 22 29.
[17] B BEN D., CZY EWSKI P., MA KO Z., O budowie najwi kszego w Europie obiektu
mostowego ze stalowych blach falistych typu Super Cor. In ynieria i Budownictwo, Vol. LX, nr
4, 2004, s. 198 201.
[18] PN-82/S-10052. Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Projektowanie.
63
[19] PN-85/S-10030. Obiekty mostowe. Obci enia.
[20] PN-89/S-10050. Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Wymagania i badania.
DESIGNS AND CONSTRUCTIONS PROBLEMS CONCERNING
SOIL-STEEL BRIDGE OBJECTS
The paper is presented the construction and design problems concerning soil-steel bridge object made of steel
corrugated plates. Actual code and technological requirements as well as assembly ways of these types of structure are
also presented in this paper. In consideration of most often application of this type of structure in the case of small and
middle effective span of bridges (road and railway), the problems included in the paper may be useful during
construction and calculations such structures.
64