Dotychczas w Polsce nie budowano mostów kompozytowych. Skąd wziął się pomysł budowy takiej konstrukcji w Błażowej na Podkarpaciu?

Na świecie od wielu lat obserwuje się w mostownictwie stale rosnące zainteresowanie materiałami kompozytowymi FRP, stosowanymi do produkcji nowych elementów nośnych, takich jak dźwigary czy płyty pomostów. Powód tego zainteresowania jest oczywisty: trwałość (wysoka odporność na korozję i zmęczenie), duża wytrzymałość, lekkość oraz łatwość kształtowania z kompozytu przekroju poprzecznego części konstrukcyjnych. Jest to zatem innowacyjna technologia/produkt, którego skomercjalizowanie jest prawdopodobne, co zostało już wykazane w USA i kilku krajach europejskich.
Głównym celem projektu Com-Brigde jest wybudowanie rzeczywistego mostu demonstracyjnego, położonego w ciągu eksploatowanej drogi, którego przęsło będzie wykonane w całości z kompozytów i zostanie poddane badaniom statycznym, dynamicznym i monitoringowi podczas eksploatacji.
Fot. PROMOST CONSULTING

Most, który powstanie w Błażowej został wybrany spośród wielu rozpatrywanych obiektów mostowych z następujących powodów:
- istniejący obiekt o konstrukcji stalowo-drewnianej, wybudowany w latach 60-tych, posiada ograniczenie nośności do 15 ton. Jest w złym stanie technicznym i wymaga przebudowy;
- zlokalizowany jest w ciągu drogi powiatowej o średnim natężeniu ruchu;
- rozpiętość przęsła obiektu przekracza 20 m, co pozwala na wybudowanie mostu o rekordowej (jak do tej pory) rozpiętości;
- znajduje się blisko Rzeszowa, a po wybudowaniu będzie poddany kilkuletniemu monitoringowi przez jednostkę naukową  - Politechnikę Rzeszowską.
Projekt Com-Brigde jest realizowany w ramach programu Demonstrator+ Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. W projekcie biorą udział: Mostostal Warszawa, Promost Consulting, Politechnika Warszawska, Politechnika Rzeszowska. Inicjatorem wybudowania mostu w Błażowej jest prof. Tomasz Siwowski z PRz, który współpracuje z firmą Mostostal Warszawa w zakresie wykorzystywania kompozytów w budownictwie mostowym.

Na czym polega ta technologia?

Elementy nośne przęsła wykonywane będą metodą infuzji, która umożliwia produkcję elementów kompozytowych o dowolnym kształcie i rozmiarze. W tej technice suche włókna są układane w formie, następnie całość jest przykrywana folią i uszczelniana po obwodzie. Za pomocą pompy próżniowej powietrze jest usuwane spod folii, co skutkuje ściśnięciem włókien. Ostatnim etapem jest otworzenie zaworów doprowadzających żywicę i rozpoczęcie przesycania elementu. Różnica ciśnienia pomiędzy uszczelnionym elementem, a otaczającym go powietrzem powoduje wtłoczenie żywicy pomiędzy włókna i jej przepływ w kierunku pompy próżniowej. Elementy wytworzone w tym procesie, charakteryzują się wysoką jakością i dużą powtarzalnością.

Dla jakiego rodzaju mostów dedykowane jest takie rozwiązanie?

Fot. PROMOST CONSULTING

Elementy nośne FRP wytwarzane są głównie w zakładach prefabrykacji, stąd głównym ograniczeniem wielkości/długości elementu/dźwigara z materiałów kompozytowych jest możliwość ich transportu na miejsce wbudowania. Łączenie belkowych elementów prefabrykowanych w większe elementy jest trudne i pracochłonne, stąd rozpiętości przęsła mostu z dźwigarami FRP nie przekraczają zwykle 30 m.

Kiedy technologia ta została opracowana i w jakim stopniu jest wykorzystywana w innych krajach?

Od kilkudziesięciu lat właściwości kompozytów FRP są z powodzeniem wykorzystywane w przemyśle lotniczym, samochodowym i stoczniowym. Pierwsze dziesięciolecie XXI wieku przyniosło szersze zastosowanie tych materiałów w budownictwie, w tym budownictwie mostowym. W światowym mostownictwie stosuje się obecnie kilka typowych dźwigarów kompozytowych i kilkanaście różnych systemów pomostów kompozytowych (głównie w USA). W Stanach Zjednoczonych mosty kompozytowe to efekt współpracy stanowych administracji drogowych oraz uniwersytetów stanowych i przemysłu, dlatego obszar ich stosowania nie wykracza zazwyczaj poza granice danego stanu. Ze względu na bardzo wysoki koszt początkowy zastosowania nowej technologii oraz brak wiedzy wśród projektantów i administracji, obszar stosowania mostów kompozytowych w Europie jest obecnie bardzo ograniczony, a znanych aplikacji w europejskich mostach drogowych jest zaledwie kilka.
W Polsce nie wybudowano dotychczas żadnego mostu drogowego, którego ustrój nośny byłby wykonany z polimerów kompozytowych FRP.

Co w szczególności wyróżnia takie obiekty pod względem trwałości i utrzymania?

Parametry fizyko-chemiczne kompozytów zapewniają im dużą trwałość (odporność na agresywne czynniki środowiskowe), co zostało już potwierdzone w oparciu o inne dziedziny techniki, w których stosowane są kompozyty. Można założyć, że trwałość kompozytu jest porównywalna do trwałości tradycyjnych materiałów: stali czy betonu. Jednak materiały tradycyjne stosowane w konstrukcjach mostowych (jak pokazały wieloletnie doświadczenia) wymagają dodatkowych zabezpieczeń antykorozyjnych.

Porównując koszty wytworzenia materiałów kompozytowych i tradycyjnego betonu czy stali, cena tego pierwszego jest zdecydowanie wyższa. Rozpatrując jednak wszystkie aspekty ekonomiczne budowy obiektów inżynierskich z kompozytów polimerowych należy zaznaczyć, że takie czynnik jak skrócenie czas budowy, szybki i łatwy montaż, użycie lekkiego sprzętu, możliwości prefabrykacji poszczególnych elementów mostów czy nawet całych przęseł dzięki małemu ciężarowi własnemu oraz niskie lub wręcz znikome koszty utrzymania obiektu z materiałów FRP dodatkowo obniżają całkowite koszty inwestycji. Należy sądzić, że w niedalekiej przyszłości, w miarę zwiększania się skali produkcji i rozwoju technologii, koszty budowy mostów kompozytowych będą konkurencyjne w stosunku do kosztów konwencjonalnych konstrukcji.

Jak można ocenić stopień trudności w budowie obiektu kompozytowego w porównaniu z przeprawą z betonu i stali?

Sposób montażu mostu z elementami nośnymi z FRP nie różni się znacząco od montażu podobnego mostu z prefabrykowanych elementów stalowych, z tym, że używa się lżejszego sprzętu/dźwigów. Największą trudnością jest faza poprzedzająca budowę, czyli projektowanie, ponieważ wymaga ono całkiem nowego podejścia do modelowania oraz znajomości wielu zagadnień związanych z teorią kompozytów. Zasady projektowania obiektów kompozytowych nie znajdują odzwierciedlenia w normach, tak jak to ma miejsce w przypadku materiałów tradycyjnych – stali czy betonu.
Fot. PROMOST CONSULTING

W ramach Com-bridge projektowanie zaczęło się od etapu laboratoryjnych badań pojedynczych lamin tworzących kompozyt, poprzez analizy modeli MES, aż do etapu walidacji poszczególnych elementów mostu w skali rzeczywistej. Projekt przewiduje opracowanie katalogu typowych elementów nośnych przęseł z kompozytów FRP oraz dostarczenie oprogramowania wraz z materiałami pomocniczymi do projektowania. Efektem będzie również opracowanie planu wdrożenia typowych przęseł mostów drogowych z kompozytów FRP na skalę przemysłową.

Czy w Polsce planowana jest budowa kolejnych obiektów tego typu?

Od czasu rozpoczęcia projektu Com-bridge otrzymujemy wiele zapytań dotyczących budowy mostu kompozytowego, w tym również kilka zapytań komercyjnych.
Świadczy to o rosnącej świadomości inwestorów w dziedzinie obiektów kompozytowych.
Taki stan rzeczy oczywiście nas bardzo cieszy i możemy sądzić, że w niedalekiej przyszłości tego typu będą zyskiwać coraz większą popularność w naszym kraju.