Co dalej z wiaduktem ?

Wiadukt łączący ulicę Bór i Rondo Mickiewicza jest skomplikowanym obiektem inżynieryjnym, wybudowanym w połowie lat 50 XX wieku. Łączy on centrum miasta z dzielnicami południowymi i jest punktem strategicznym, umożliwiającym sprawną komunikację.

Projektanci i wykonawcy mieli twardy orzech do zgryzienia, gdyż obiekt zlokalizowany jest na trudnym do budowy terenie i w rzeczywistości jest to dwukrotnie zdylatowany* wiadukt nad torami kolejowymi oraz most nad rzeką Stradomką. Istniejący pod wiaduktem, skośny układ torowisk wymusił zastosowanie przemiennego, mocno nietypowego rozplanowania elementów nośnych i szkieletu konstrukcji. Do dziś zwraca to uwagę specjalistów
a samym budowniczym przysporzyło kłopotów, gdy w trakcie budowy okazało się, że układ elementów przewidziany w projekcie został pomylony. Częstochowianie znają możliwości i gabaryty wiaduktu - dwie nitki dla pieszych, cztery pasy ruchu kołowego oraz dwukierunkowe torowisko tramwajowe.

Puste przestrzenie - droga do kłopotów

W tej konstrukcji znajdują się bardzo duże przestrzenie pomiędzy masywnymi belkami nośnymi. Gdyby były wypełnione betonem, niepotrzebnie obciążyły by obiekt. Dlatego duża część z nich została wypełniona okrągłymi, przypominającymi beczki, metalowymi szalunkami i zabetonowana. Świetny pomysł, którego słabą stroną okazała się korozja. Po latach szalunki straciły szczelność, woda dostała się do pustych przestrzeni i ją wypełniła. Waga wiaduktu znacznie wzrosła i bezpieczeństwo całej konstrukcji stanęło pod znakiem zapytania. Momentem alarmującym o złym stanie wiaduktu było zapadnięcie się sklepienia jednego z takich beczkowych wypełnień. Wymusiło to remont nawierzchni w wakacje 2006 roku. Jednocześnie odwiercono szereg otworów
w odpowiednich punktach stropu, dzięki czemu zgromadzona woda mogła wypłynąć. Incydent ten skłonił do zamówienia ekspertyzy stanu obiektu, której dokonali specjaliści Instytutu Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej. Stwierdzono wtedy, że wiadukt nie nadaje się nawet do naprawy i musi być rozebrany. Ze względu na przeprowadzony remont nawierzchni, kierownik Instytutu dopuścił ruch na jeden rok przy jednoczesnym nałożeniu drastycznych ograniczeń - zakaz wjazdu pojazdów o wadze przekraczającej 15 ton, ograniczenie prędkości samochodów do 40 km/h i zakaz wymijania na wiadukcie dwóch tramwajów. Układ feralnych „beczek” jest doskonale widoczny od spodu wiaduktu zimą, przy ujemnych temperaturach. Puste przestrzenie mają inną temperaturę niż lita konstrukcja, co powoduje wyraźne różnice w oblodzeniu stropu.

Co dalej z wiaduktem?

Od wprowadzenia w styczniu 2007 roku ograniczeń minęły już trzy lata a problem wiaduktu jest ciągle aktualny. Nie został on do tej pory wyremontowany ani rozebrany. Ruch z nałożonymi ograniczeniami odbywa się nadal. Eksperci nie są zgodni co do dalszych losów obiektu. Obok opinii o konieczności rozbiórki pojawiają się również głosy mówiące o możliwości jego wyremontowania. Oczywiste jest, że remont nie będzie tak kosztowny jak wysadzenie i wybudowanie konstrukcji od podstaw. Pomijając jednak koszty, pozostaje bardzo ważna kwestia roli wiaduktu w planie komunikacyjnym miasta - jego remont oddala wizję paraliżu i umożliwia ciągłe funkcjonowanie tramwajom. Remont obiektu po raz kolejny został przesunięty - tym razem w okolice roku 2012 - 2013 a aktualnie przygotowywana jest dokumentacja projektowa. Dla podjęcia właściwej decyzji niezbędne są między innymi badania ugięcia konstrukcji pod obciążeniem świadczące o aktualnym jej stanie.

Uginanie wiaduktu

Beton i stal, dwa główne budulce większości mostów i wiaduktów, kojarzone są z twardością i sztywnością - nic dziwnego. Codzienne stąpając po twardych, betonowych chodnikach i stykając się z elementami stalowymi trudno podejrzewać je o elastyczność. Jednak w skali takich obiektów jak most czy wiadukt, okazuje się, że elementy wykonane z połączenia stalowych zbrojeń i betonu - czyli żelbetu - uginają się, drżą i pracują. Co więcej, cała konstrukcja przy intensywnym użytkowaniu osiada i zagłębia się w podłoże. Wszystkie te zjawiska są przewidywane i uwzględniane już na etapie projektowania i są czymś absolutnie naturalnym. Gdyby beton i stal były rzeczywiście sztywne, twarde i nieelastyczne, były by jednocześnie kruche jak cienki lód a więc zupełnie nieprzydatne do budowy czegokolwiek w takiej skali.

Wykonanie badań ugięcia spoczęło na barkach specjalistów z warszawskiego, akredytowanego Laboratorium Badań Konstrukcji Mostowych w Zakładzie Mostów Instytutu Badawczego Dróg i Mostów. W związku z tym w środę 24 marca, zajęty został jeden pas ruchu a od godziny 22 wiadukt został zamknięty dla ruchu kołowego.

Procedura pomiarów jest zadaniem pracochłonnym, wieloetapowym i wymagającym dużej precyzji. W pierwszym etapie na filarach obiektu umieszczone zostały łaty i przeprowadzona została precyzyjna niwelacja terenu pod wiaduktem. Następnie zainstalowane zostały indukcyjne czujniki ugięcia, mierzące odległość od konkretnego punktu na stropie wiaduktu do podłoża. Czujniki mocowane są długą linką do stropu oraz sprężyną i obciążeniem do gruntu. Każdy czujnik stabilizowany jest dodatkowo uchwytem przymocowanym do solidnego statywu, co zapobiega jego drganiom bocznym i w efekcie niedokładności pomiaru. W tym przypadku użytych zostało 13 czujników, rozmieszczonych
w krytycznych punktach konstrukcji. Przygotowania rozpoczęły się już o godzinie 14 i trwały do godziny 22, czyli do planowanego zamknięcia ruchu kołowego. Drugim etapem jest wyłączenie wiaduktu z użytku. Konstrukcja pozbawiona obciążenia podnosi się i wraca do stanu wyjściowego a naprężenia wewnętrzne spowodowane użytkowaniem ulegają relaksacji. Trwa to około dwóch godzin i już na tym etapie prowadzony jest nieustanny monitoring i zapis sygnałów z czujników. Dzięki temu łatwo oszacować można, co dzieje się z wiaduktem. Etap trzeci to wprowadzenie obciążenia na obiekt. Są to zwykle załadowane i dokładnie zważone ciężarówki. Ich waga i wymiary są dobierane na podstawie analizy i obliczeń konstrukcji w taki sposób, by spowodować maksymalne, bezpieczne ugięcie elementów krytycznych. Rozmieszczenie ciężarówek, podobnie jak czujników, jest precyzyjnie wyznaczone. W trakcie umieszczania na wiadukcie kolejnych ciężarówek prowadzone są nieustanne pomiary
i na ich podstawie odbywa się analiza bezpieczeństwa prowadzonych badań. Na tym etapie pomiar jest statyczny - ciężarówki zajmują określone pozycje i pozostają w spoczynku, umożliwiając zaniknięcie drgań konstrukcji.
W przypadku pozytywnych wyników kierownik ekipy może zadecydować o przeprowadzeniu prób dynamicznych - polegających na dokonywaniu pomiarów w trakcie przejazdów obciążeń z różnymi prędkościami przez obiekt. Całość przedsięwzięcia jest obsługiwana przez nowoczesny, dokładny system informatyczny, dzięki czemu wszystkie obliczenia prowadzone są w czasie rzeczywistym a aktualne wyniki są na bieżąco wyświetlane na ekranie komputera.

Samo ugięcie jest mierzalne ze względu na precyzję stosowanych przyrządów oraz dzięki skali samego zjawiska. Filary wiaduktu zagłębiają się w podłoże o milimetry, jednak elementy nośne potrafią się ugiąć o całe centymetry. Jest to najczęściej niewyczuwalne dla użytkowników wiaduktu. Stare porzekadło mówi, że można by budować lżejsze, tańsze i znacznie mocniej uginające się w trakcie eksploatacji konstrukcje, które ciągle byłyby bezpieczne i odpowiednio żywotne, jednak problemem mogłaby okazać się bojaźliwość ich użytkowników.
Za dobry przykład może posłużyć tu stabilność wojskowych przepraw tymczasowych, które bardzo mocno pracują
i niejednokrotnie wymagają mocnych nerwów od kierowców i pieszych.

Tramwaje, które w czasie nocy rzadko przejeżdżały przez wiadukt, nie powodowały znaczących zakłóceń w całym pomiarze.

Niepowodzenie badań

Cały proces środowych przygotowań niestety spełzł na niczym. Okazało się, że osoby z firmy współpracującej ze specjalistami z Laboratorium Badań Konstrukcji Mostowych nawet nie raczyły poinformować, iż nie będą
w stanie się pojawić. Czujniki zainstalowano, ruch zamknięto, wiadukt powrócił do przewidywanego stanu wyjściowego i ... ekipa stanęła przed dylematem - albo zwinąć cały sprzęt i wracać do Warszawy albo kolejny dzień spędzić na ponownym bieganiu po urzędach.

Należy pamiętać, że te badania wiązały się z uzyskaniem zgody PKP na wejście na ich teren oraz zgody na zajęcie pasa ruchu a następnie na wyłączenie z ruchu całego obiektu. Trudno przewidzieć, czy zawalenie planu wiązało się z beztroską, wypadkiem czy celowym działaniem. Faktem jest, że w niczym to nie ułatwiło to pracy i znacząco spowolniło procedurę badawczą.

Głupota czy niewiedza kierowców?

Na wiadukt, mimo zamknięcia ruchu dla samochodów, wjechał od strony Ronda Mickiewicza srebrny Volkswagen Passat Kombi B5 o numerach SZA ##**. Fakt ten nie spowodował znaczącego zakłócenia badań. Jest natomiast mocno zastanawiające - czy kierowca jest zbyt cwany żeby „nabrać się” na zakaz wjazdu i ograniczenie prędkości, czy może jest to debil za kierownicą? Trudno odpowiedzieć na to pytanie. Podobnie trudno jest odpowiedzieć na to samo pytanie w odniesieniu do kierowców codziennie, uporczywie przekraczających dozwoloną prędkość na niebezpiecznym odcinku wiaduktu. Fakt kolejnego ograniczenia prędkości w krytycznym punkcie ważnej miejskiej arterii może być bulwersujący. Niestety, mało kto stosuje się do zachowania prędkości 50 km/h na Alei Niepodległości. A już zwolnienie do 40 km/h w miejscu, gdzie są dwa szerokie i gładkie jak stół pasy do jazdy w jedną stronę, zachęcające wręcz do wciśnięcia gazu, wielu „szybkich” i niestety bezmyślnych kierowców odbiera jako „propozycję irracjonalną” a nie nakaz służący ich bezpieczeństwu. Dlaczego jednak ogranicza się prędkość przejazdu samochodu w takim miejscu i dlaczego warto owego ograniczenia usłuchać, tak jak czynią to wzorowi kierowcy powoli i z jednostajną prędkością sunący po nawierzchni wiaduktu?

Już wcześniej napisałem, konstrukcja wiaduktu pracuje, ugina się i drży, gdy po nim przejeżdża pojazd. Należy sobie uświadomić, iż rzadko który samochód jest w bardzo dobrym stanie technicznym. Zwykle ten stan jest dobry lub dostateczny ale nie rzadko trafi się rozklekotany wehikuł w stanie nagannym. Im gorszy stan, tym bardziej chaotyczna praca zawieszenia pojazdu, więcej drgań i w efekcie więcej obciążeń dla konstrukcji wiaduktu. Kierowcy siedzący wygodnie w miękkich fotelach nigdy nie uwierzą jak wielką pracę wykonuje zawieszenie w trakcie jazdy. Wystarczy wsiąść w porządny, twardy jak taczka, wyczynowy samochód, z równie twardymi fotelami, zapiąć się ciasno w sportowe pasy szelkowe, by przekonać się że najechanie na wymalowane pasy dla pieszych powoduje znaczne, wyczuwalne drgania samochodu. Nie jest przesadą stwierdzenie, że kierowca przyzwyczajony do przekraczania prędkości w mieście i poruszający się wygodnym autem, po przesiadce do twardego i nie tłumiącego drgań samochodu boi się jeździć szybciej jak 40 km/h ze względu na ilość hałasu i tego, co dostarcza twarde zawieszenie. W każdym jednak przypadku wszystkie te drgania przejmuje konstrukcja mostu. Im wolniej pojazd jedzie, tym mniej drgań wprowadza. Gdy most jest w dobrym stanie, nie ma żadnych problemów. Jednak gdy jego stan jest zły, bądź nieznany, może się okazać, że poszczególne elementy drgają i uginają się w sposób nieprzewidywalny. Częstotliwość drgań własnych konstrukcji wiaduktu na ulicy Niepodległości to kilka cykli na sekundę. Przy złym stanie łatwo różne jej elementy wprowadzić w rezonans, który może zakończyć się katastrofą w ruchu lądowym. Drugim czynnikiem jest hamowanie. Faktem jest, że na omawianym wiadukcie mało kto hamuje. Na całe szczęście. Wyjątkiem są piraci hamujący tuż za zderzakami jadących lewym pasem, którzy z kolei nie potrafią bądź nie chcą jechać 40 km/h i to pasem prawym. W trakcie hamowania pojawia się cała masa dodatkowych sił, które musi przenieść już nadwyrężona konstrukcja. Może się okazać, że gwałtowne hamowanie i zderzenie się dwóch zbyt szybko jadących pojazdów może doprowadzić do zerwania przęsła. Jeśli już trzeba hamować, czy przyspieszać, to najlepiej przed lub za wiaduktem, tam, gdzie pod powierzchnią asfaltu jest solidne podłoże. Kolejna sprawa to zły stan nawierzchni i dziury. Tu akurat powierzchnia jest wręcz w idealnym stanie. Gdyby jednak pojawiła się na wiadukcie dziura to wpadające w nią auta, wielotonową siłą bezwładności, zwielokrotnioną w dodatku prędkością, uderzały by w całą konstrukcję. O możliwych efektach wspominałem już wcześniej. Podsumowując - samochód jadący trochę wolniej wprowadza znacznie mniej obciążeń dla całej konstrukcji i przedłuża okres jej bezpiecznej eksploatacji. Z racji, że stan wiaduktu jest nieznany, warto pomyśleć o bezpieczeństwie własnym, własnej rodziny i o bezpieczeństwie innych. I zwyczajnie wcześniej zwolnić. Zwalniając z 60 km/h do prędkości 40 km/h kierowca „traci” na przebycie jednego kilometra ... aż 30 sekund. Chyba nikomu się aż tak nie powinno śpieszyć a spieszący się w takich warunkach stanowią ewidentne zagrożenie dla siebie i innych, dowodząc znacznego ograniczenia posiadanej wyobraźni. Szerokiej i bezpiecznej drogi.

* Dylatacja - szczelina w konstrukcji o dużych rozmiarach, dzieląca całość na mniejsze elementy. Dylatacje stosuje się między innymi po to, by umożliwić bezpieczne rozszerzanie cieplne elementów.