WWW.KABLOBETON.PL

Strona poświęcona jest szerzeniu wiedzy dotyczącej konstrukcji kablobetonowych. Szczególnie na początku chcielibyśmy się skupić na tym dziale konstrukcji sprężonych, które do niedawna praktycznie nie były wykonywane w Polsce a zainteresowanie nimi rośnie. Są to stropy i posadzki sprężone na budowie. Obserwacja tendencji światowych potwierdza, że ta branża budownictwa cały czas się rozwija a procentowy udział konstrukcji sprężonych wśród ogółu wykonywanych konstrukcji jest z roku na rok większy.

Z czasem mamy nadzieję poszerzyć zakres opisywanych konstrukcji sprężonych i dodawać więcej informacji na ich temat. Kablobeton w Polsce wykorzystywany był przede wszystkim w konstrukcji mostów, dźwigarów dachowych i zbiorników sprężonych. Tematyka monolitycznych stropów i posadzek sprężonych na budowie nie byla w Polsce zbyt szeroko opisana. Mamy nadzieję, że strona www.kablobeton.pl pozwoli na zebranie dostępnych informacji czy to w postaci opublikowanych artykułów, czy linków do związanych z tym tematem publikacji. Zachęcamy do skontaktowania się z nami, podzielenia opinią na temat strony lub przesłania informacji na temat kablobetonu w Polsce i na świecie, które mogą być użyteczne do poszerzenia wiedzy o tego rodzaju technologii.

Konstrukcje sprężone charakteryzują się tym, że celowo wprowadzono do nich siły wewnętrzne przeciwstawiające się obciążeniom działającym na konstrukcję. Siły te wprowadzone są zwykle za pomocą cięgien (z ang. strands), ale mogą być do tego również użyte pręty sprężające czy taśmy stalowe. Konstrukcje betonowe sprężane cięgnami dzielą się na:

• Strunobeton (z ang. pre-tensioned concrete) – cięgna naciąga się przed stwardnieniem mieszanki betonowej. Strunobeton stosowany jest do wyrobu elementów prefabrykowanych. Cięgna naciąga się w formie po czym formę wypełnia się mieszanką betonową. Po osiągnięciu przez beton odpowiedniej wytrzymałości na ściskanie naciąg usuwa się, a wystające z elementu cięgna odcina się. Siła sprężająca przekazana jest do elementu sprężanego przez przyczepność cięgna do betonu. Polska nazwa „strunobeton” utrwaliła się w czasach, gdy do naciągu używano dość cienkiego 3mm średnicy drutu. Stąd też skojarzenie ze słowem „struna”. Obecnie jako cięgien sprężających używa się głównie splotów wielodrutowych.
• Kablobeton (z ang. post tensioned concrete) – cięgna naciąga się po stwardnieniu mieszanki betonowej. Dlatego też konieczne jest zabezpieczenie uniemożliwiające kontakt cięgna z mieszanką betonową. Stosuje się specjalne rurki lub osłonki (z ang. „ducts”), w których umieszcza się cięgna. W zależności od systemu w jednej osłonce może być kilka cięgien lub tylko jedno. Grupę cięgien w jednej osłonce nazywa się „kablem” (z ang. tendon lub cable). Kable profiluje się przed zalaniem mieszanki, a na ich końcach znajduje się zakotwienie, które przekazuje siłę sprężającą na element betonowy. Zakotwienie może być czynne, czyli takie przy którym wykonywany jest naciąg lub bierne, zwykle zabetonowane wewnątrz elementu. Kable naciąga się po osiągnięciu przez beton odpowiedniej wytrzymałości na ściskanie. W systemie „przyczepnościowym” osłonki dodatkowo po sprężeniu wypełnia się zaczynem cementowym. Konstrukcje kablobetonowe mogą być monolityczne i prefabrykowane.

Beton jest materiałem budowlanym, który charakteryzuje stosunkowo duża wytrzymałość na ściskanie przy jednocześnie niewielkiej wytrzymałości na rozciąganie. Dlatego właśnie w tradycyjnym elemencie zginanym żelbetowym, czy to w stropie, czy w belce pręty zbrojeniowe umieszcza się głownie w rejonach działania sił rozciągających. Stal jako materiał wytrzymały na rozciąganie ma za zadanie wspomóc przekrój betonowy tam właśnie, gdzie beton się nie sprawdza czyli w miejscach występowania naprężeń rozciągających. Będzie to zwykle zbrojenie dolne w środkowej części rozpiętości belki i zbrojenie górne nad podporami w belkach ciągłych. Upraszczając: tam gdzie rozciąganie w konstrukcji żelbetowej tam występuje zapotrzebowanie na stal zbrojeniową. Beton, który przypomina pod względem dużej wytrzymałości na ściskanie i małej na rozciąganie takie materiały jak kamień czy cegła, podobnie jak one stosowany był w budownictwie dużo wcześniej niż stal bo już w starożytności. Zastosowanie żelbetu, czyli połączenia betonu i stali datuje się od końca wieku XIX. Zwrócić należy uwagę, że do tego czasu, konstrukcje w których beton był wykorzystywany miały nadaną taką formę geometryczną i poddane były takim obciążeniom by był on przede wszystkim ściskany lub by rozciąganie było niewielkie. Ta niemożność obejścia słabej wytrzymałości na rozciąganie materiałów budowlanych miała wpływ na wygląd architektoniczny budowli przez setki lat. Stosowano rozwiązania, w których betonowe, czy kamienne elementy konstrukcji poddane były przede wszystkim naprężeniom ściskającym. Przykładem takiego celowego "sprężenia" stosowanego dawniej jest dodatkowe obciążanie filarów czy przypór obciążonych bocznym parciem od podpieranych przez nie sklepień łukowych w budowlach gotyckich.

Żelbet, czyli wykorzystanie stali w elementach betonowych, rozszerzył zakres zastosowania betonu i umożliwił zastosowanie go do elementów zginanych. Beton sprężony jest jeszcze jednym krokiem naprzód gdyż umożliwia lepsze wykorzystanie betonu, tak by większa część przekroju poddana była naprężeniom ściskającym. Lepsze wykorzystanie właściwości betonu i mniej rozciągania równa się mniejszemu zapotrzebowaniu na stal zbrojeniową. Dodatkowo sprężanie zabezpiecza przed powstaniem rys w elemencie betonowym zginanym. Sprężając np płytę betonową tak by nie było w niej naprężeń rozciągających nawet przy maksymalnym obciążeniu użytkowym, otrzymujemy element niezwykle szczelny, odporny na zarysowania.

Początki rozwoju technologii sprężania betonu w Polsce przypadają na lata powojenne. Intensywna odbudowa kraju ze zniszczeń, budowa nowej infrastruktury wymagała ogromnych nakładów. Deficyt materiałów budowlanych a przede wszystkim stali zbrojeniowej był bodźcem do poszukiwania nowych rozwiązań. Sytuacja gospodarcza i polityczna, w jakiej znalazł się nasz kraj sprawiła jednak, że dostęp do źródeł technicznych opracowanych na zachodzie Europy był bardzo ograniczony. Pionierzy konstrukcji sprężonych w Polsce musieli się opierać na samodzielnie tworzonych podstawach teoretycznych stopniowo umacnianych doświadczeniami. Wielką rolę odegrały uczelnie i poszczególni profesorowie. Założenia teoretyczne z czasem zamienione zostały w konkretne realizacje i już 10 lat po wojnie produkowano na masową skalę różnego rodzaju elementy sprężone strunobetonowe i kablobetonowe.

Jednym z ciekawych rozwiązań okresu powojennego było opracowanie wkładek i desek strunobetonowych zastępujących tradycyjne zbrojenie żelbetowe. Deski strunobetonowe zastępowały dodatkowo deskowanie. Propagatorami tego rodzaju rozwiązań byli T. Kluz, R. Kozak i W. Grzegorzewski. Przykładowo wkładka strunobetonowa projektowana przez R. Kozaka miała przekrój 5x5cm i długość do 8m. Zbrojenie sprężające stanowiły 1.5mm średnicy druty. Wkładki i deski strunobetonowe wykorzystywane były w wielu budowanych wówczas obiektach, stanowiły również zbrojenie w belkach mostowych.

Na masową skalę beton sprężony wykorzystano do produkcji dźwigarów dachowych używanych powszechnie w halach przemysłowych. W 1957 roku wydano katalog oferujący stypizowane dźwigary strunobetonowe i kablobetonowe wykonywane w zakładach prefabrykacji. Dźwigary te miały określone długości np. 9, 12, 15, 18, 21 i 24m. Stosowano również dźwigary kablobetonowe projektowane i wykonywane specjalnie pod konkretne obiekty (np. przekrycie sztucznego lodowiska „Torwar” w 1954 roku). Dźwigary kablobetonowe wykonane ponad 50 lat temu są po dziś dzień eksploatowane w wielu budowlach. Opracowane w Polsce rozwiązanie zespolenia dźwigarów kablobetonowych z płytami dachowymi było dość nowatorskim rozwiązaniem również w skali światowej.

Pierwsze projekty sprężonych konstrukcji mostowych w Polsce powstały w 1948 roku w ramach konkursu na projekt mostu Dębnickiego w Krakowie. Nie zostały jednak zrealizowane głównie z powodu braku odpowiedniej stali na cięgna sprężające. Dodatkowymi przeszkodami były dość zrozumiałe obawy przed budowaniem tak dużego obiektu bez wcześniejszego doświadczenia w kraju. 5 lat później w 1953 roku zbudowano most sprężony płytowy o rozpiętości 12.6m w Końskich. Zaprojektowany został pod kierunkiem T. Kluza i jest on uważany za pierwszy most sprężony w Polsce. W tym samym roku wykonano drugi most sprężony o rozpiętości 18.9m a zaprojektowany przez C. Eimera. W kolejnych latach zastosowanie betonu sprężonego w konstrukcji mostów było coraz częściej stosowanym rozwiązaniem. Jednym z pierwszych wieloprzęsłowych mostów wybudowanych w Polsce jest Most Cłowy w Szczecinie budowany w latach 1955-1966 a projektowany przez M. Wolffa. Inne dość zaawansowane realizacje z tamtych lat to most przez Motławę w Gdańsku i Most Młyński w Bydgoszczy.

Kolejną grupą konstrukcji, w której dość wcześnie wykorzystano zalety sprężania betonu są zbiorniki i silosy o kształcie cylindrycznym. W latach 50-tych opracowano w Polsce dwie metody sprężania tych konstrukcji: metodę ciągłą przy pomocy nawijarki karuzelowej i metodę odcinkową. Sprężano również istniejące już zbiorniki żelbetowe i silosy wzmacniając je w ten sposób.

Sprężanie wykorzystywane było również w konstrukcjach stalowych. Zwiększa się przez to ich sztywność a przy dużych rozpiętościach ugięcia są mniejsze. Dodatkowo zwiększa się wytrzymałość zmęczeniowa konstrukcji. Przykładem obiektu, w którym wykorzystano sprężone wiązary dachowe jest hala sportowa w Gdańsku – Oliwie. Wiązary o rozpiętości 78m sprężono w 1970 roku.

Bardzo obszernym źródłem wiedzy o konstrukcjach sprężonych w Polsce była Konferencja Naukowo-Techniczna Konstrukcje Sprężone, która miała miejsce w Krakowie w 2012 roku. Wśród wielu prac przedstawionych na konferencji znalazły się i takie, które odnosiły się do początków sprężania betonu w naszym kraju. Profesor Lesław Brunarski w referacie „Pionierzy Konstrukcji Sprężonych w Polsce” przybliżył kilka sylwetek inżynierów, naukowców, którzy wnieśli znaczący wkład w rozwój konstrukcji sprężonych w początkowym, pionierskim okresie stosowania tej technologii w naszym kraju.