Zastosowanie stali trudnordzewiejących w obiektach infrastruktury drogowej aspekty materiałowe, konstrukcyjne i technologiczne

WARSZAWA, 14 stycznia 2010 r. SEMINARIUM SZKOLENIOWE "Stal w infrastrukturze drogowej" Dr InŜ. Piotr GWOŹDZIEWICZ Dr InŜ. Karol RYś Politechnika Krakowska, Instytut Materiałów i Konstrukcji Budowlanych Związek Mostowców RP Tendencje w projektowaniu obiektów mostowych, zmiany w materiałach używanych do ich budowy Zastosowanie stali trudnordzewiejących w obiektach infrastruktury drogowej aspekty materiałowe, konstrukcyjne i technologiczne

PLAN PREZENTACJI 1. Wprowadzenie 2. Przykłady realizacji obiektów infrastruktury ze stali trudnordzewiejącej Kanada Włochy 3. Analiza szczegółowa wybranych zagadnień Materiał i jego weryfikacja praktyczna Konstrukcja Technologia

PLAN PREZENTACJI OBIEKTY ZESPOLONE BETON-STAL Czas wznoszenia Ilość materiałów Trwałość Wystarczająca bezwładność cieplna pomostu

PRZYKŁADY REALIZACJI KANADA

PRZYKŁADY REALIZACJI KANADA Klimat: - umiarkowany ciepły - południowa część kraju - subpolarny i polarny - północna część kraju - górski - Kordyliery Polska: klimat umiarkowany o charakterze przejściowym pomiędzy klimatem morskim a lądowym Roczne sumy opadów : - Kordyliery - 6000 mm - wybrzeŝa - 1000 mm - środkowa Kanada - 300-500 mm Polska: w górach: od 800mm do 1400 mm; na nizinach i wyŝynach: 400-750 mm; Średnia miesięczna temperatura powietrza: - lipiec: od -5 C (północ kraju) do + 21 C (południe kraju) - styczeń: od -35 C (północ kraju) do 1-4 C (południowy - zachód kraju) Polska: lipiec od 16 do 19 C Styczeń; od -6 C a 0 C

Wiadukt kolejowy nad autostradą. Ustrój nośny dwuprzęsłowy. Przęsła czterodźwigarowe (blachownice spawane).

Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny trójprzęsłowy, ciągły. Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).

Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny pięcioprzęsłowy, ciągły. Przęsła sześciodźwigarowe (skrzynki trapezowe).

Most drogowy nad rzeką Restigouche. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły. Przęsła dwudźwigarowe, o zmiennej wysokości (blachownice spawane). Interprovincial Bridge (Quebec New Brunswick)

Kładka dla pieszych nad drogą dwujezdniową. Ustrój nośny dwuprzęsłowy. Przęsła dwudźwigarowe, kratownice krzyŝulcowe ze sztywnym pasem dolnym.

Kładka dla pieszych nad drogą dwujezdniową. Ustrój nośny dwuprzęsłowy. Przęsła dwudźwigarowe, kratownice krzyŝulcowe ze sztywnym pasem dolnym

Budowa wiaduktu drogowego nad autostradą. Ustrój nośny wieloprzęsłowy, ciągły. Przęsła czterodźwigarowe, skrzynki trapezowe, styki montaŝowe na śruby spręŝające

Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny jednoprzęsłowy

Wiadukt drogowy nad autostradą. Ustrój nośny pięcioprzęsłowy, ciągły.

PRZYKŁADY REALIZACJI WŁOCHY

UWARUNKOWANIA MOśLIWE ZABIEGI - WYCZERPANIE UNIFIKACJA OBIEKTÓW POJEMNOŚCI SKRÓCENIE AUTOSTRADY CZASU PROJEKTOWANIA I REALIZACJI BRAK MOśLIWOŚCI ROZBUDOWY - PREFABRYKACJA ELEMENTÓW OBIEKTÓW PEŁNE ZURBANIZOWANIE OTOCZENIA AUTOSTRADY - ZMNIEJSZENIE LICZBY ETAPÓW PRAC KONSTRUKCYJNYCH KONIECZNOŚĆ UTRZYMANIA RUCHU - ELIMINACJA PODPÓR I RUSZTOWAŃ ZAMKNIĘCIA CHWILOWE - MINIMALIZACJA OKRESU ROBÓT BUDOWLANYCH - ZASTOSOWANIE MATERIAŁÓW NIE WYMAGAJĄCYCH REGULARNEJ OGRANICZONA MOśLIWOŚĆ KONSERWACJI KONSERWACJI SZYBKI POSTĘP PRAC GŁÓWNE PRIORYTETY TRWAŁOŚĆ, MINIMALNA OBSŁUGA I KONSERWACJA

Wiadukt drogowy nad autostradą; Ustrój nośny jednoprzęsłowy

Wiadukt drogowy nad autostradą; Ustrój nośny trójprzęsłowy, swobodnie podparty

Most autostradowy nad kanałem Leonardo da Vinci Ustrój łukowy

Most przez rz. Wisłę w Zakroczymiu Stal 12 H Nnb

ANALIZA SZCZEGÓLOWA WYBRANYCH ZAGADNIEŃ MATERIAŁ Stale trudnordzewiejące - większa odporność korozyjna od stali węglowych obecność 0,2-0,5% Cu, 1-3% Cr oraz niewielkich ilości P, Al i Ni W obecności środowiska korozyjnego na powierzchni stali powstaje patyna - warstwa pasywująca złoŝona z siarczanów i węglanów miedzi, chroniąca stop przed dalszym utlenianiem. Stale konstrukcyjne spawalne ogólnego przeznaczenia do pracy w atmosferach przemysłowych i morskich, np.: Corten, Tenapso, 10H, 10HNAP, 18G2ACu, St3SCu, 10HSNCu. Norma polska i europejska PN-EN 10155:1997 i EN 10155:1993: STALE KONSTRUKCYJNE TRUDNO RDZEWIEJĄCE Oznaczenie W.Nr. C max. Si Zawartość elementów - [%] cięŝar Mn P S max. Cr Cu Ni max. V Corten A 1.8946 0,12 0,25 0,75 0,20 0,50 0,07 0,15 0,035 0,50 1,25 0,25 0,55 0,65 - Corten B 1.8963 0,16 0,30 0,50 0,80 1,25 max. 0,035 0,035 0,40 0,65 0,25 0,40 0,40 0,02 0,10 W celu osiągnięcia struktury drobnoziarnistej stal zawiera wystarczające ilości elementów wiąŝących azot (np. 0,02% Al).

STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA CORTEN Stal trudnordzewiejąca jest stosowana w budowie mostów w Stanach Zjednoczonych od 1964 r. W ciągu 30 lat w USA powstało 2300 mostów z tej stali. Po 16 latach stosowania przeprowadzono długofalowy program badawczy na temat ich trwałości, podzielony na dwie fazy: 1. Analiza trwałości konstrukcji ze stali trudnordzewiejącej w róŝnych warunkach 52 obiekty, inicjatywa AISI, przeprowadzona 1980, opublikowana 1982. 2. Analiza powłok ochronnych na stali trudnordzewiejącej inicjatywa FHWA i SSPC, przeprowadzona 1992, opublikowana 1995 Ponadto, zorganizowane było Forum na temat stosowania stali trudnordzewiejącej w konstrukcjach mostowych, z którego opublikowano raport. FHWA wydała teŝ poradnik dla stosowania niepowlekanej Moorestown; stali trudnordzewiejącej New Jersey Turnpike;1964 w konstrukcjach (rok 1989). Po 13 latach od pierwszej fazy badań, AISI przeprowadził ponowne badania 52 obiektów w roku 1993.

STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA Wybrane obiekty objęte badaniami - USA Droga NC 231 nad US 264; 1976 Droga MD I-895 nad I-95; 1970 New Jersey Turnpike; Sól na poboczach Green Bay, Wisconsin; 1,22m nad wodą stojącą; 1971

STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA Wybrane obiekty objęte badaniami - USA Waukesha, Wisconsin; 2,0 2,9m nad rzeką; 1972 Pęknięcie zmęczeniowe Droga 23 nad kanałem Doullut; 1975 Droga 52; Most nr 2039; 1972r Droga 23 nad kanałem Doullut; 1975

STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA Efekt ekonomiczny KOSZTY MALOWANEJ I NIEMALOWANEJ STALI zwykłej Trudnordzew MASA STALI 5151 T 5151T MATERIAŁY, WYRÓB, ROBOCIZNA, TRANSPORT $5.57 M $5.86 M MONTAś $0.47 M $0.47 M MALOWANIE WARSZTATOWE $0.38 M $0.03 M MALOWANIE TERENOWE $0.54 M $0.01 M RAZEM $6.96 M $6.37 M RÓśNICA = 9.2%

STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA (TYPU CORTEN) Obserwacje z inspekcji po 30 latach: UwaŜa się, Ŝe stal corten jest wraŝliwa na chlorki, jednakŝe wyniki obserwacji na drogach tego generalnie nie potwierdzają Jedynie w regionie Detroit znaczącą korozję elementów z tej stali przypisuje się odladzaniu dróg Brak korozji w obiektach usytuowanych nad wodą płynącą Dowiedziono braku konieczności zabezpieczenia powierzchni stali powłokami Ogniska korozji pod dylatacjami na skutek stałej obecności ci wody Wpływ niedroŝności spustów Znacząca korozja pod wpływem glikolu polipropylenowego Stwierdzono korozję pod wpływem wody morskiej Zredukowana moŝliwość dostrzeŝenia pęknięć zmęczeniowych

ROZWIĄZANIA TYPOWE WIADUKTÓW NAD AUTOSTRADĄ

USTRÓJ NOŚNY wielodźwigarowa konstrukcja ze spawanych dźwigarów stalowych ze stali trudnordzewiejącej

USTRÓJ NOŚNY styki montaŝowe na śruby spręŝające

USTRÓJ NOŚNY zastosowanie w pasach dolnych blach o duŝej szerokości b>10t

USTRÓJ NOŚNY pasy bez nakładek

USTRÓJ NOŚNY brak blach węzłowych, połączenia stęŝeń bezpośrednio do pasów

USTRÓJ NOŚNY zastosowanie blach szalunkowych g=5mm blachy usztywnione Ŝebrami kratownicowymi co 400mm

POMOST OBIEKTU Płyta Ŝelbetowa Łączniki zespalające powierzchniowo typu NELSON, o średnicy 19mm w liczbie 3 do 4 w poprzek pasa

USTRÓJ NOŚNY rozwiązanie belek gzymsowych - element zamykający szalunek płyty

USTRÓJ NOŚNY rozwiązanie belek gzymsowych - maskujący element architektoniczny ze stali nierdzewnej.

USTRÓJ NOŚNY - MATERIAŁY Konstrukcja: Stal S355J0W, S355J2G2W, S355K2G2W Płyty szalunkowe: Stal S355J0W Łączniki sworzniowe typu NELSON: ST37-3K Śruby spręŝające klasy 10.9 Beton pomostu C40/50 USTRÓJ NOŚNY TECHNOLOGIA BUDOWY 1. Ruszt stalowy, wszystkie połączenia cierne 2. Brak podpór montaŝowych 3. Po zainstalowaniu blach szalunkowych montaŝ zbrojenia i betonowanie

USTRÓJ NOŚNY PODSUMOWANIE Wybór ustroju zespolonego jest racjonalny w kontekście krótkiego terminu realizacji; ogromna popularność tej technologii w wielu krajach (Wielka Brytania, Niemcy, Hiszpania, Portugalia, Włochy, Stany Zjednoczone, równieŝ z wykorzystaniem stali trudnordzewiejącej) Połączenia cierne na śruby spręŝające wyeliminowanie spawania na budowie oraz uszczelnienie styków Wykorzystanie dźwigarów pełnościennych w rozstawie rzędu 3,20m pozwala na przewietrzanie przekroju mniejszy wpływ wilgoci

PODSUMOWANIE 1. PROPONOWANE ROZWIĄZANIA SĄ POPRAWNE I UZASADNIONE Z UWAGI NA SZYBKI CZAS REALIZACJI A TAKśE ZAPEWNIENIE ICH TRWAŁOŚCI I PRAWIDŁOWEJ PRACY W OKRESIE UśYTKOWANIA 2. W LOKALIZACJACH, GDZIE WZGLĘDY ESTETYCZNE MAJĄ MNIEJSZE ZNACZENIE, OBIEKT O NISKICH WYMAGANIACH W ZAKRESIE UTRZYMANIA WYKONANY ZE STALI TRUDNORDZEWIEJĄCEJ WYDAJE SIĘ BYĆ OPTYMALNYM WYBOREM 3. OBIEKCJE W STOSOWANIU STALI TRUDNORDZEWIEJĄCEJ W OBIEKTACH MOSTOWYCH W SZCZEGÓLNOŚCI POD AUTOSTRADĄ WYDAJĄ SIĘ NIEUZASADNIONE

DZIĘKUJĘ