Καλωδιωτή γέφυρα

Η καλωδιωτή γέφυρα είναι τύπος γέφυρας, ο οποίος αποτελείται από έναν ή περισσότερους στύλους οι οποίοι στηρίζουν με καλώδια το οδόστρωμα. Η ιδέα προέρχεται από τις κρεμαστές γέφυρες.

Τα καλώδια σε αυτόν τον τύπο γέφυρας είναι λοξά ως προς το κατάστρωμα. Αυτές οι γέφυρες αποδείχτηκαν ιδανικές για μεγαλύτερες αποστάσεις, τόσο τεχνικά όσο και οικονομικά, αν και οι κρεμαστές είναι ιδανικότερες για ακόμα μεγαλύτερες αποστάσεις, εάν θεωρήσουμε ότι μία καλωδιωτή γέφυρα δεν αποτελείται από πολλαπλούς πυλώνες, καθιστώντας την τεχνικά ομάδα γεφυρών σε σειρά. Η απόσταση των πυλώνων είναι μεταξύ 200 και 1000 μέτρων. Μια από τις πιο γνωστές αυτού του τύπου, είναι η γέφυρα Ρίου-Αντιρρίου, έχει 4 πυλώνες και η απόσταση μεταξύ των πυλώνων είναι 560 μέτρα, είναι η δεύτερη μεγαλύτερη γέφυρα αυτού του τύπου στο κόσμο.

Ενώ συχνά το μήκος μιας γέφυρας τέτοιου τύπου αναφέρεται ότι είναι το σύνολο των καταστρωμάτων της (π.χ. στο Ρίο-Αντίρριο όπου υπάρχουν πολλαπλά), στην πραγματικότητα επιστημονικά κατά τη στατική ανάλυση (και σε πολλές διεθνείς λίστες μεγαλύτερων γεφυρών), το ενεργό της μήκος θεωρείται μόνο το μεγαλύτερο από τα οδοστρώματα από ένα "κατάρτι" (κάνοντας έτσι τη Ρίο-Αντίρριο πολύ "μικρότερη" γέφυρα).

Ιστορία 

Τα υλικά δόμησης των γεφυρών μέχρι τον 19ο αιώνα ήταν ξύλο και πέτρες. Οι γέφυρες στον 6ο αιώνα π.Χ. κατασκευάζονταν από ξύλο κυπαρισσιού και κέδρου. Την κατασκευή κυρτών γεφυρών κατείχαν οι Ρωμαίοι στα προχριστιανικά χρόνια και τα υλικά που χρησιμοποιούνταν ήταν φυσικοί λίθοι και σκυρόδεμα. Το 1779 κατασκευάστηκε η πρώτη γέφυρα από χυτοσίδηρο στην Αγγλία, πάνω από τον ποταμό Σέβερν (Severn) γνωστή και ως Άιρονμπριτζ. Η επόμενη εξέλιξη ήταν η αλυσοδετή κρεμαστή γέφυρα. Η πρώτη σημαντική γέφυρα αυτού του τύπου κατασκευάστηκε στην Ουαλία το 1826: η απόσταση των στηριγμάτων ήταν 177 μ. και το συνολικό της μήκος 521 μ. Με την εξέλιξη του μπετόν δημιουργήθηκαν νέες δυνατότητες στην κατασκευή γεφυρών στις αρχές του 20ού αιώνα.

Οι πρώτες τεχνητές γέφυρες κατασκευάστηκαν από τον άνθρωπο με δύο τρόπους:
α) με την τοποθέτηση μεγάλων, επίπεδων λίθων, πάνω από τις φυσικές ροές, 
β) με μεγάλους κορμούς δέντρων, που γεφύρωναν μικρά ρεύματα. Σχετικά σύντομα θα έγινε αντιληπτό ότι η τοποθέτηση δύο ή και περισσότερων κορμών δεμένων μεταξύ τους με σχοινιά έδινε μια πολύ πιο αποτελεσματική κατασκευή. Και οι δύο τρόποι παρείχαν ιδιαίτερα περιορισμένες δυνατότητες.

Οι άνθρωποι που ζούσαν στους λιμναίους οικισμούς αντιλήφθηκαν πρώτοι τη δυνατότητα που προσέφεραν τα φυσικά σχοινιά. Η πλέξη αυτών των φυσικών σχοινιών οδήγησε στην κατασκευή των πρώτων κρεμαστών γεφυρών.

Ο άνθρωπος της νεολιθικής εποχής πιστεύεται ότι το 4.000 π.Χ. ήταν ήδη ώριμος να μιμηθεί τα φυσικά τόξα. Έτσι, επεξεργάζεται μεγάλους λίθους και τους τοποθετεί σε μορφές τόξων.

Πολύ πιο πρόσφατα, από τις αρχές του 19ου αιώνα, χρησιμοποιήθηκε στη γεφυροποιία και ο σίδηρος, αρχικά ως χυτοσίδηρος, αλλά πολύ πιο γρήγορα ως χάλυβας. Οι πολύ υψηλές αντοχές του χάλυβα επέτρεψαν, ήδη από το δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, την κατασκευή πολύ μεγάλων γεφυρών. Σημαντικότερη επίδραση στη γεφυροποιία άσκησε η ανάπτυξη του σιδηροδρόμου. Είναι βέβαιο ότι η ανάπτυξη της γεφυροποιίας και του σιδηροδρόμου αλληλοστηρίχθηκαν και συμβάδισαν χρονικά.

Περίπου στο τέλος του 19ου αιώνα και στις αρχές του 20ου ένα νέο υλικό χρησιμοποιήθηκε: το οπλισμένο σκυρόδεμα. Το υλικό αυτό και η χρονικά παράλληλη εμφάνιση και ανάπτυξη του αυτοκινήτου έδωσαν νέες σημαντικές δυνατότητες κατασκευής γεφυρών.

Όμως, οι βασικοί τύποι γεφυρών δεν άλλαξαν. Βέβαια η ποικιλία των νέων υλικών και οι εξαιρετικές δυνατότητες τους επέτρεψαν θαυμαστά επιτεύγματα, φθάνοντας σε γέφυρες με άνοιγμα μεγαλύτερο από 1 χιλιόμετρο.

Η κατασκευή γεφυρών πρέπει να είναι ένα από τα πρώτα έργα «υποδομής» του ανθρώπου, τα οποία υλοποίησε εκ των ενόντων αξιοποιώντας κορμούς δέντρων που είχαν πέσει στο έδαφος. Οι γέφυρες από τους πρώτους ιστορικούς χρόνους ήταν πέτρινες ή ξύλινες, από τις οποίες έχουν διασωθεί μέχρι σήμερα πέτρινες μυκηναϊκές γέφυρες. Οι ξύλινες γέφυρες που έχουν διασωθεί είναι σαφώς μικρότερης ηλικίας, λόγω του υλικού κατασκευής, το οποίο απαιτεί συνεχή συντήρηση. Οι Ρωμαίοι κατασκεύαζαν ήδη γέφυρες με ανοικτά τόξα, από πέτρα ή από το ειδικό μπετόν που είχαν αναπτύξει. Ένα δείγμα ρωμαϊκής γεφυροποιίας που διασώζεται ακόμα σε άριστη κατάσταση, είναι η γέφυρα Ποντ ντυ Γκαρ στη Γαλλία.

Ιστορικό ενδιαφέρον έχουν επίσης κρεμαστές γέφυρες στην Κίνα περί το 300 π.Χ. στην επαρχία Γιουνάν. Το ξύλινο δάπεδο της γέφυρας στην πόλη Κινγκ-τουνγκ-φου κρεμόταν από αλυσίδες με κρίκους από σφυρήλατο σίδηρο. Ο Μάρκο Πόλο (1254-1324) περιέγραψε δώδεκα τέτοιες γέφυρες που γνώρισε κατά τα ταξίδια του στην Κίνα. Ενδιαφέρουσες περιγραφές γι' αυτές τις γέφυρες υπάρχουν επίσης σε χειρόγραφα Περσών και Αράβων περιηγητών, σύγχρονων του Πόλο.

Στη νότια Αμερική είχαν εγκαταστήσει οι Ινδιάνοι Ίνκας ένα εκτεταμένο δίκτυο δρόμων κατά μήκος των εδαφών προς τον Ειρηνικό ωκεανό και πάνω στις Άνδεις, με πολλές κρεμαστές γέφυρες από σκοινιά. Μάλιστα, μερικές από αυτές οι γέφυρες ήταν κατασκευασμένες για δρομείς και άλλες για κοπάδια λάμα.

Μέχρι το 18ο αιώνα επικρατούσε στη γεφυροποιία η ρωμαϊκή τεχνική, με τις βελτιώσεις που καθιερώθηκαν από το 16ο αιώνα. Η πρώτη γέφυρα από σύγχρονο υλικό, χυτοσίδηρο, είναι η «Άιρονμπριτζ» με άνοιγμα 30 μέτρων που κατασκεύασε ο μηχανικός Άμπραχαμ Ντάρμπι (1750-1791) το έτος 1779 στο Κοουλμπρούκντεϊλ της Αγγλίας. Η βελτίωση στην επεξεργασία του χάλυβα έδωσε τη δυνατότητα να αυξηθεί η αντοχή του σε εφελκυσμό και να κατασκευαστούν με αυτό το υλικό μεγάλες κρεμαστές γέφυρες. Από τις πρώτες αυτού του είδους είναι η γέφυρα Μενάι στην Ουαλία με κεντρικό άνοιγμα 177 μέτρων και συνολικό μήκος 521 μέτρων. Κατασκευάστηκε από τον Τόμας Τέλφορντ (1757-1834) στα χρόνια 1818-1826.

Το επόμενο σύγχρονο υλικό, το μπετόν, αξιοποιήθηκε στη γεφυροποιΐα κατά το δεύτερο μέρος του 19ου αιώνα η πρώτη γέφυρα αυτού του είδους, αν και μικρή, κατασκευάστηκε το έτος 1875 από τον Ζοζέφ Μονιέ (1823-1906). Γέφυρες από σιδηροπαγές σκυρόδεμα με μεγάλα τόξα κατασκευάστηκαν τις πρώτες δεκαετίες του 20ου αιώνα. Μετά το Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο αναπτύχθηκε η τεχνολογία του προεντεταμένου σκυροδέματος και οι νεότερες γέφυρες που κατασκευάζονταν διέθεταν ακόμα μεγαλύτερα ανοίγματα και ήταν πιο λεπτές.

Ο σχεδιασμός 

Η σύγχρονη αντιμετώπιση των προβλημάτων σχεδιασμού μιας γέφυρας είναι γενικά μια σύνθετη και αρκετά εξειδικευμένη εργασία. Τα κριτήρια σχεδιασμού είναι: η ασφάλεια της κατασκευής σε συνηθισμένες αλλά και έκτακτες καταπονήσεις, η διατήρηση της αντοχής της στο χρόνο, η λειτουργικότητα της, η οικονομία και η εναρμόνιση της κατασκευής με το περιβάλλον.

Το πρώτο από τα παραπάνω κριτήρια είναι, φυσικά, κυρίαρχο. Η οικονομία συνήθως αντιστρατεύεται τα υπόλοιπα κριτήρια και ο σωστός σχεδιασμός πρέπει να εξισορροπεί το κριτήριο της οικονομίας με τα κριτήρια λειτουργικότητας και αισθητικής.

Για να επιτευχθεί μια ασφαλής κατασκευή πρέπει να είναι με επάρκεια γνωστές, εκτός από τις ιδιότητες των υλικών, και οι επιπονήσεις της κατασκευής, που προέρχονται από: τα ίδια βάρη κατασκευής, τα φορτία της κυκλοφορίας, τις θερμοκρασιακές κατασκευές, τους ανέμους, τα χιόνια, τους πάγους κ.τ.λ., τους σεισμούς και άλλες επιδράσεις, πολλές από τις οποίες δύσκολα μπορούν να προβλεφθούν με ακρίβεια. Σε σεισμικές ζώνες, π.χ., οι μεγάλες γέφυρες θα πρέπει να ελέγχονται και για περιπτώσεις σημαντικών μετατοπίσεων των εδαφικών στρωμάτων.

Η ανάπτυξη της γεφυροποιίας δεν έγινε, βέβαια, χωρίς αστοχίες. Περιώνυμες 3 κατασκευές κατέρρευσαν από την ανεπάρκεια γνώσης των υλικών και της συμπεριφοράς τους ή της αντοχής τους στο χρόνο, ή τον συνδυασμό καταπονήσεων και χρόνου.

Πολλές καταστροφές οφειλόταν στη διάβρωση των θεμελίων από τα νερά του γεφυρωμένου ποταμού. Το πραγματικό αίτιο, βέβαια, ήταν η αδυναμία αποτελεσματικής αντιμετώπισης του κινδύνου αυτού, ενώ, πιο σύγχρονα, η υποεκτίμηση του κινδύνου, συνήθως λόγω ανεπαρκών στοιχείων ή κακώς εννοούμενης οικονομίας.

Αρκετές αστοχίες και σε σύγχρονες κατασκευές έχουν σημειωθεί από την υποεκτίμηση των έκτακτων επιπονήσεων.
Οι σύγχρονες αντιλήψεις επιβάλλουν: λεπτομερείς αναλύσεις όλων των δυνατών καταπονήσεων, υψηλοί συντελεστές ασφαλείας, προστασία της κατασκευής από κατάρρευση, παρακολούθηση της κατασκευής με κατάλληλα όργανα και επεμβάσεις απλής συντήρησης έως και αντικατάστασης. 

Η επιβολή δυναμικών φορτίων από άνεμο επιβάλλει τον έλεγχο των γεφυρών. Σε τέτοιες περιπτώσεις ένας κίνδυνος είναι να αναπτύσσονται φαινόμενα συντονισμού.

Η αισθητική των γεφυρών είναι αντικείμενο προσοχής ήδη από τους ρωμαϊκούς χρόνους. Σήμερα μια από τις επικρατέστερες απόψεις είναι εκείνη που υποστηρίζει τη μορφολογία της κατασκευής με βάση τη στατική λειτουργία. Τέτοια άποψη οδηγεί σε λιτές κατασκευές, που για την περίπτωση σωστής επιλογής στατικής λύσης οδηγούν συνήθως σε πλήρη εναρμόνιση τα τμήματα και το χτίσιμο. 

Αποτελείται από τρία κυρίως μέρη: πυλώνες που στηρίζουν το βάρος της, ένα κατάστρωμα που τοποθετείται πάνω στους πυλώνες και καλώδια που σηκώνουν το βάρος του καταστρώματος και είναι στερεωμένα πάνω στους πυλώνες και σε δυο αντίβαρα εκατέρωθεν της γέφυρας. Στις δύο πλευρές της κοιλάδας ή του ποταμού, την οποία ή τον οποίο περνάει η γέφυρα, έχουν κατασκευαστεί δύο εργοστάσια. Εκεί οι εργάτες συναρμολογούν τα τμήματα του καταστρώματος (οδοστρώματος). Όταν ολοκληρώνουν ένα κομμάτι, οι μηχανές το σπρώχνουν προς την κοιλάδα. Έτσι το άκρο του καταστρώματος προχωρά σιγά σιγά πάνω από το κενό. Η γέφυρα μετακινείται κατά τμήματα 60 εκατοστών. Οι μηχανικοί ελέγχουν την κίνηση με μετρήσεις μέσω δορυφόρου (περιθώριο λάθους 5 χιλιοστά). Όταν φυσάει με πάνω από 70 χλμ./ ώρα οι εργασίες σταματούν.

Γέφυρες: κοινωνικές και οικονομικές ανάγκες που εξυπηρετούν 

Η προσφορά της είναι σημαντική γιατί εξυπηρετεί τις κοινωνικές ανάγκες του ανθρώπου, δηλαδή τις ανάγκες για επικοινωνία, διασκέδαση, ταξίδια, περίθαλψη κ.τ.λ. Εξασφαλίζει επίσης τη γρήγορη και ασφαλή μεταφορά προϊόντων από τη μια περιοχή στην άλλη και συμβάλλει θετικά στην οικονομική ανάπτυξη της περιοχής.

Η μεγαλύτερη καλωδιωτή γέφυρα του κόσμου πλέον είναι στη Ρωσία και ενώνει το Βλαδιβοστόκ και το νησί Ρούσκι. Έχει μήκος 3.100 μέτρων και πλάτος 29.5 μέτρα και εγκαινιάστηκε από τον πρωθυπουργό της Ρωσίας Ντμίτρι Μεντβέντεφ στα τέλη του Ιανουαρίου 2013. Οι εργασίες ολοκληρώθηκαν μέσα σε 5 χρόνια (από το 2007), αφού στο νησί, στο οποίο κατοικούν 5.200 άτομα, θα διεξαχθεί η διάσκεψη του APEC (Asia-Pacific Economic Cooperation). Το πόσο ακριβώς στοίχισε η γέφυρα δεν έχει ανακοινωθεί, αλλά οι φήμες μιλούν ότι κόστισε κοντά στο 1 δις δολάρια.

Η γέφυρα έχει 4 λωρίδες και το τμήμα της γέφυρας που βρίσκεται πάνω από το νερό ανέρχεται σε 1.104 μέτρα ενώ οι δύο πυλώνες της έχουν ύψος 320.9 μέτρα. 168 καλώδια συγκρατούν τη γέφυρα με το μεγαλύτερο να έχει μήκος 579.83 μέτρα και το μικρότερο 135.77 μέτρα.

Εξέλιξη

Η ανάπτυξη των καλωδιωτών γεφυρών άρχισε ουσιαστικά μετά τον 2ο Παγκόσμιο Πόλεμο. Στη Γερμανία οι γερµανοί μηχανικοί, µε επικεφαλής τον καθηγητή Φ. Λέονχαρντ ειδικεύθηκαν βαθύτατα στον τοµέα αυτό, η ραγδαία εξέλιξη του οποίου πιστοποιείται τόσο από τον αριθµό των γεφυρών όσο και το μέγιστο άνοιγµά τους⋅ ενώ περί τo 1986 καταγράφονται παγκοσµίως περί τις 150 καλωδιωτές γέφυρες, ο αριθµός τους το 2012 υπερβαίνει τις 1000. Το 1975 το μέγιστο άνοιγµα ανερχόταν σε 404 μέτρα (γέφυρα Σεν Ναζέρ), το 1995 έφθασε τα 856 μέτρα (Γέφυρα της Νορμανδίας) και το 2012 τα 1104 μέτρα (Γέφυρα Ρούσκι). Η τεχνολογική εξέλιξη και η έντονη βιομηχανοποίηση των αναρτήρων, των υλικών, των μεθόδων ανέγερσης αλλά και των μεθόδων ανάλυσης, επέβαλε την καλωδιωτή γέφυρα ως αποκλειστικό τύπο εφαρμογής στον χώρο μεταξύ των προβολοδοµούµενων και των κλασικών κρεµαστών γεφυρών το όριο μεταξύ των τελευταίων και των καλωδιωτών μετατίθεται συνεχώς προς τα πάνω.

Παραδείγματα καλωδιωτών γεφυρών
 Η Γέφυρα Ρίου-Αντιρρίου, Ελλάδα