Αρχή Ενημέρωση Άρθρα μελών Σύγχρονα επιτεύγματα της τεχνολογίας: Η μεγαλύτερη κρεμαστή γέφυρα του κόσμου (04-01-2008)

Σύγχρονα επιτεύγματα της τεχνολογίας: Η μεγαλύτερη κρεμαστή γέφυρα του κόσμου (04-01-2008)

Τον Απρίλιο του 1998, μετά την κοπή της κορδέλας των εγκαινίων, 1500 καλεσμένοι περπάτησαν στη μεγαλύτερη κρεμαστή γέφυρα του κόσμου που ενώνει την πόλη Kobe της Ιαπωνίας με το νησί Awaji (γέφυρα Akashi Kaikyo). Το έργο ολοκληρώθηκε μετά από 10 χρόνια κατασκευής και κόστισε 3.6 δισεκατομμύρια δολάρια. Για την ολοκλήρωσή της χρειάστηκαν οι προσπάθειες 2 εκατομμυρίων ανθρώπων. Από τη γέφυρα διέρχονται περίπου 25000 αυτοκίνητα την ημέρα ενώ κάτω από αυτήν περνούν περίπου 1500 πλοία την ημέρα.

Η μορφή της γέφυρας είναι απλή. Αποτελείται από δυο πυλώνες και τρία ανοίγματα. Δυο μεγάλα καλώδια στηρίζονται στους πυλώνες και είναι αγκυρωμένα στις ακτές. Από τα δυο μεγάλα καλώδια κρέμεται το κατάστρωμα της γέφυρας. Το μεσαίο άνοιγμα έχει μήκος 1991 μέτρα και τα δυο πλευρικά 960 μέτρα το καθένα. Το συνολικό μήκος της γέφυρας είναι 3911 μέτρα. Η επιλογή του μήκους του μεσαίου ανοίγματος έγινε με βάση το γεγονός ότι στη θαλάσσια περιοχή υπάρχει διεθνής ζώνη ναυσιπλοΐας πλάτους 1500 μέτρων. Λαμβάνοντας υπ’ όψιν ότι η ζώνη απαιτεί εκατέρωθεν 200 μέτρα ζώνη ασφαλείας το απαιτούμενο πλάτος ανέρχεται στα 1900 μέτρα. Αυτό που κάνει τη γέφυρα ξεχωριστή είναι το μήκος του μεσαίου ανοίγματος. Είναι μεγαλύτερο κατά 367 μέτρα από τη δεύτερη στην κατάταξη γέφυρα στο Great Belt της Δανίας και κατά 693 μέτρα από τη μεγαλύτερη κρεμαστή γέφυρα των ΗΠΑ στο Verazzano Narrows από της Νέας Υόρκης. Να σημειωθεί εδώ ότι η γέφυρ Ρίου-Αντίρριου, που είναι ένα εξαιρετικό έργο, αποτελείται από 4 πυλώνες και 5 ανοίγματα, 3 ανοίγματα των 560 μέτρων και δυο των 286 μέτρων. Η μεγάλη όμως πρόκληση στη μηχανική των κρεμαστών γεφυρών είναι κυρίως το μήκος των ανοιγμάτων που όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα αυξάνεται συνεχώς και θέτει συνεχώς νέες προκλήσεις στους μηχανικούς.



Οι δέκα μεγαλύτερες κρεμαστές γέφυρες του κόσμου με βάση το άνοιγμα
site13.jpg

Οι δυο πυλώνες είναι χαλύβδινοι και έχουν ύψος 300 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Οι πυλώνες εδράστηκαν σε βάσεις σκυροδέματος που εγχύθηκε επί τόπου μέσα σε τεράστια χαλύβδινα κιβώτια στον πυθμένα της θάλασσας. Το σκυρόδεμα ήταν ειδικού τύπου με προσθήκη πλαστικοποιητών και παρασκευάστηκε επί τόπου από μονάδα τοποθετημένη πάνω σε φορτηγίδα. Λόγω της τεράστιας ποσότητας του σκυροδέματος (στη μια βάση η ποσότητα ήταν 355000 κυβικά μέτρα) λήφθηκαν μέτρα για την μείωση των τάσεων λόγω θερμοκρασίας κατά τη σκυροδέτηση. Χρησιμοποιήθηκε τσιμέντο χαμηλής θερμότητας και το μισό νερό αντικαταστάθηκε με πάγο. Έτσι η μέγιστη εσωτερική θερμοκρασία του σκυροδέματος κρατήθηκε κάτω από 50 βαθμούς Κελσίου και αποφεύχθηκε η δημιουργία ρωγμών. Για την θεμελίωση των πυλώνων και τις αγκυρώσεις των καλωδίων στις ακτές χρησιμοποιήθηκαν 1.5 εκατομμύρια κυβικά μέτρα σκυροδέματος. Οι πυλώνες της γέφυρας είναι ψηλές εύκαμπτες κατασκευές και ευαίσθητοι στα φορτία των ανέμων. Υπολογίστηκε ότι θα υφίστανται ταλάντωση λόγω του αέρα και κατά το στάδιο της κατασκευής και κατά το στάδιο της λειτουργίας της γέφυρας. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού τοποθετήθηκαν στους πυλώνες αποσβεστήρες κραδασμών και δόθηκε σ’ αυτούς αεροδυναμικό σχήμα με την στρογγύλευση των ακμών τους.

Τα καλώδια των κρεμαστών γεφυρών, κατά τα τελευταία 50 χρόνια, κατασκευάζονταν από χαλύβδινα σύρματα αντοχής 1600 MPa. Η χρησιμοποίηση των συμβατικών συρμάτων θα οδηγούσε στην τοποθέτηση τεσσάρων καλωδίων αντί για δύο που είναι η συνήθης πρακτική. Έτσι αποφασίστηκε η χρήση συρμάτων υψηλής αντοχής 1800 MPa. Πάντως η αύξηση της αντοχής των συρμάτων συνοδεύεται από μείωση της ευκαμψίας των καλωδίων και αυτό είναι ανεπιθύμητο για τη λειτουργία της γέφυρας. Γι αυτό το λόγο κατά την εργοστασιακή διαδικασία παρασκευής των χαλύβδινων συρμάτων προστέθηκε πυρίτιο και έτσι η αύξηση της αντοχής δεν συνοδεύτηκε με μείωση τη ευκαμψίας. Η τελική διάμετρος του κάθε μεγάλου καλωδίου είναι 1.122 μέτρα και το συνολικό μήκος των μεταλλικών συρμάτων που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή της γέφυρας είναι περίπου 300000 χλμ. Για την αντιδιαβρωτική προστασία των καλωδίων χρησιμοποιούνται συνήθως φύλλα πολυαιθυλενίου. Έρευνες όμως έδειξαν ότι υπήρχε σκουριά στα μεταλλικά σύρματα σε βάθος 2 με 3 στρώσεις από την επιφάνεια. Για την αποφυγή της σκουριάς θα πρέπει η σχετική υγρασία στο εσωτερικό του καλωδίου να είναι μικρότερη από 40%. Για την επίτευξη του στόχου αυτού εγκαταστάθηκε στη γέφυρα σύστημα ξήρανσης με την διοχέτευση ξηρού αέρα στο εσωτερικό του καλωδίου. Μετά από 6 μήνες λειτουργίας του συστήματος η σχετική υγρασία έπεσε στο 40% και από τότε παραμένει κάτω από το όριο αυτό αποτρέποντας έτσι τη διάβρωση. Η δοκός στήριξης του οδοστρώματος, με πλάτος 35.5 μέτρα και ύψος 14 μέτρα, αποτελείται από ένα χαλύβδινο χωροδικτύωμα με τριγωνικούς συνδέσμους. Έτσι εξασφαλίζεται μεγάλη ακαμψία της δοκού αλλά συγχρόνως επιτρέπεται και η διέλευση του αέρα δια μέσου της δοκού. Συνολικά στην ανωδομή (καλώδια, δοκός στήριξης και πυλώνες) χρησιμοποιήθηκαν 180000 τόνοι χάλυβα.

Η γέφυρα έχει σχεδιαστεί για ανέμους 288 χλμ./ώρα και σεισμό 8.5 Ρίχτερ με επίκεντρο 150 χιλιόμετρα μακριά. Εκτός από τη μελέτη στον ηλεκτρονικό υπολογιστή πλήρες ομοίωμα της γέφυρας, σε κλίμακα 1/100, ελέγχθηκε σε αεροσήραγγα. Ο έλεγχος έγινε στην Ιαπωνία και για το λόγο αυτό κατασκευάστηκε η μεγαλύτερη αεροσήραγγα του κόσμου όπου αναπτύσσονται ταχύτητες ανέμου μέχρι 432 χλμ./ώρα. Το έργο αντιμετώπισε με επιτυχία μια μεγάλη πρόκληση κατά την κατασκευή του. Στις 17 Ιανουαρίου του 1995 έγινε στην περιοχή σεισμός έντασης 7.2 Ρίχτερ και κατέστρεψε την γειτονική πόλη Kobe. Μέχρι τότε είχαν κατασκευαστεί οι πυλώνες και είχαν τοποθετηθεί τα μεγάλα καλώδια. Το επίκεντρο του σεισμού των 7.2 Ρίχτερ ήταν μόνο 4 χιλιόμετρα μακριά από τη γέφυρα. Παρ’ όλα αυτά οι επιπτώσεις στο έργο δεν ήταν σημαντικές. Οι δυο πυλώνες απομακρύνθηκαν μεταξύ τους κατά 80 εκατοστά ενώ το μήκος του ενός πλευρικού ανοίγματος αυξήθηκε κατά 30 εκατοστά. Μετά το σεισμό έγινε λεπτομερής έλεγχος της κατασκευής και διαπιστώθηκε ότι το έργο μπορούσε να προχωρήσει. Έτσι το μήκος του καταστρώματος αυξήθηκε κατά 114 εκατοστά, λόγω της μετατόπισης των πυλώνων, και το έργο ολοκληρώθηκε κανονικά.

Η γέφυρα Akashi Kaikyo είναι η μεγαλύτερη και ακριβότερη κρεμαστή γέφυρα του κόσμου (κόστος περίπου τετραπλάσιο από αυτό της γέφυρας Ρίου-Αντίρριου). Μέχρι τον Δεκέμβριο του 2004 ήταν συγχρόνως και η ψηλότερη γέφυρα παγκοσμίως. Το ρεκόρ αυτό χάθηκε από τη νέα γέφυρα που κατασκευάστηκε στο Millau της Γαλλίας όπου ο ψηλότερος πυλώνας έχει ύψος 343 μέτρα. Αναμένεται δε να χάσει και το ρεκόρ του μεγαλύτερου ανοίγματος το 2012 όταν θα ολοκληρωθεί η γέφυρα που θα συνδέσει την Ιταλία με τη Σικελία. Η έναρξη της κατασκευής της γέφυρας αυτής προγραμματίζεται για το 2006. Η γέφυρα της Μεσσίνας θα έχει τρία ανοίγματα και το μήκος του μεσαίου ανοίγματος θα είναι 3300 μέτρα. Οι προκλήσεις για τους μηχανικούς των γεφυρών συνεχίζονται.

Σκαρίφημα της γέφυρας

site12.jpg

site01.jpg

site02.jpg

site11.jpg

Τα δυο μεγάλα καλώδια κατά το στάδιο της κατασκευής

του Αστέριου Παντοκράτορα
Αναπλ. Καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών
της Πολυτεχνικής Σχολής Ξάνθης
e-mail:apantokr@civil.duth.gr

Δημοσιεύτηκε στο 12ο τεύχος του ενημερωτικού δελτίου του ΤΕΕ-Θράκης