Po co są szczeliny w moście i chodniku

Latem jeżdżę do szkoły rowerem przez most na Wiśle. Na samym moście są miejsca, w których koła wydają charakterystyczny podwójny stuk: tyk-tyk przednie, tyk-tyk tylne. Samochody robią w tych samych miejscach głuche „bum-bum”. Pod kołami są stalowe listwy w poprzek jezdni, a między nimi ciemna szczelina. Uczeń, który jeździ tą samą trasą, uznał kiedyś, że „ktoś niedokręcił mostu”. Nikt niczego nie zapomniał, most tej szczeliny po prostu potrzebuje.

Z czego się składa

1. Szczelina - celowa przerwa między dwiema częściami konstrukcji, przechodząca przez cały przekrój albo przez jego wierzchnią warstwę.
2. Urządzenie dylatacyjne - w mostach stalowe listwy, grzebienie albo moduły, po których przejeżdżają koła nad szczeliną.
3. Uszczelnienie - gumowy profil albo masa, które nie wpuszczają wody i brudu do szczeliny.
4. Łożyska - punkty podparcia przęsła na podporach, część stała, część przesuwna.
5. Wypełnienie - w chodnikach i posadzkach elastyczna masa albo pasek pianki w nacięciu.

Stal wydłuża się w słońcu

Prawie wszystko, co się ogrzeje, robi się dłuższe. Stal i beton zmieniają długość mniej więcej o 10-12 milionowych części na każdy stopień. Niby niewiele, ale po pomnożeniu przez długość mostu i różnicę temperatur między styczniową nocą a lipcowym południem wychodzą już centymetry.

Policzmy tak, jak liczymy z uczniami na lekcji. Stalowe przęsło ma 100 metrów, różnica temperatur wynosi 50 stopni. 100 metrów razy 50 razy 0,000012 daje 0,06 metra, czyli 6 centymetrów. Stal na słońcu potrafi się nagrzać wyraźnie mocniej niż powietrze, a zimą wychłodzić poniżej jego temperatury, więc różnica w ciągu roku jest często większa niż sama różnica w prognozie pogody. Do tego dochodzi skurcz betonu, kiedy dojrzewa i wysycha, oraz pełzanie, czyli powolne odkształcanie się pod stałym obciążeniem.

Gdyby takiemu przęsłu nie dać swobody, rozpychałoby podpory z taką siłą, że nie ma sensu się z nią mocować. Dlatego mosty projektuje się tak, żeby jedno podparcie trzymało przęsło na miejscu, a pozostałe pozwalały mu się przesuwać. Tam, gdzie przęsło styka się z przyczółkiem albo z sąsiednim przęsłem, zostawia się szczelinę i przykrywa ją urządzeniem, po którym da się jechać.

Masa, grzebień i moduły

Przy małych ruchach, do kilku centymetrów, wystarcza czasem dylatacja bitumiczna, czyli pas elastycznej masy w nawierzchni. Z góry prawie jej nie widać, a odkształca się razem z mostem.

Przy większych ruchach stosuje się urządzenia stalowe. Grzebieniowe, zwane też palczastymi, wyglądają jak dwa zazębione grzebienie: zęby z jednej strony wchodzą między zęby z drugiej. Kiedy most się wydłuża, zęby wsuwają się głębiej, a kiedy się skraca, wysuwają. Koło ma pod sobą cały czas stal, a każdy przejazd przez taki styk słychać.

Przy największych ruchach, na długich mostach, montuje się dylatacje modułowe: kilka stalowych belek w poprzek jezdni, między nimi gumowe uszczelki, a pod spodem mechanizm, który pilnuje, żeby wszystkie szczeliny otwierały się i zamykały równo. Z góry widać kilka równoległych listew, a każda przejmuje część całego ruchu.

Pod przęsłem, niewidoczne z jezdni, siedzą łożyska. Stare mosty miały wałki i wahacze ze stali. Dziś częściej stosuje się łożyska z elastomeru, czyli z gumowych bloków przekładanych stalowymi blachami, albo łożyska z płytami ślizgowymi z tworzywa. Jedne się odkształcają, drugie ślizgają, a w obu przypadkach przęsło może się przesuwać.

Chodnik, posadzka, budynek

Te same zasady działają w małej skali. Betonowy chodnik ma co kilka metrów nacięcia albo przerwy i nikt tu nie oszczędzał na betonie. Beton kurczy się przy dojrzewaniu i pracuje od temperatury. Jeśli nie dostanie miejsca, w którym może pęknąć, pęknie tam, gdzie sam zechce, czyli krzywo i brzydko. Nacięcie to po prostu pęknięcie zaplanowane z góry.

Tak samo robiłem posadzkę w garażu. Przy ścianach pasek pianki, żeby płyta nie opierała się o mury, a w środku nacięcie piłą do betonu, kiedy beton już trzymał, ale był jeszcze młody. Dziś, po latach, rysa biegnie dokładnie w nacięciu, ani centymetra obok.

Długie budynki też dzieli się dylatacjami na niezależne części. W mojej szkole na korytarzu, na podłodze i przez całą wysokość ściany, biegnie szczelina przykryta listwą. Uczniowie mijają ją codziennie, a pierwsza klasa zawsze pyta, czy szkoła się nie rozpada. Nie rozpada się, tylko każda jej część pracuje osobno.

Ciekawym wyjątkiem są tory kolejowe. Dawniej szyny łączono na styk z niewielkimi przerwami i stąd brało się słynne stukanie pociągu. Dziś na głównych liniach szyny spawa się w długie, ciągłe odcinki i mocno przytwierdza do podkładów. Latem szyna chciałaby się wydłużyć, ale podkłady i podsypka jej na to nie pozwalają, więc naprężenie zostaje w stali. Działa to tylko dlatego, że cały tor jest bardzo starannie ułożony i ustabilizowany. Z tą samą fizyką radzi się tu sobie po prostu inaczej.

Najczęściej psują się uszczelnienia. Gumowy profil się starzeje i pęka, a wtedy do szczeliny wpada woda z solą i piasek. Słona woda niszczy stal i beton pod urządzeniem, a piasek blokuje ruch. Mocowania urządzeń luzują się od ciągłych uderzeń kół. Dlatego urządzenia dylatacyjne na mostach sprawdza się przy przeglądach, a co kilkanaście, kilkadziesiąt lat wymienia.