Kaarsild on sild, mille mõlemas otsas on tugipostid, mis on kujundatud kumera kaarega. Kaarsillad toimivad nii, et silla kaal ja koormused kantakse osaliselt üle horisontaalsele tõukele, mida hoiavad mõlemal pool asetsevad tugipostid. Viadukt (pikk sild) võib koosneda mitmest kaarest. Tänapäeval kasutatakse tavaliselt siiski muid odavamaid konstruktsioone.

Mis on kaarsilla tööpõhimõte?

Kaarsilla põhitunnus on see, et kaar kannab peamiselt surve (compressive) jõude. Raskusjõud ja koormused liiguvad läbi kaare horisontaalsete ja vertikaalsete jõududena abutmentide ehk tugipostide suunas. Tugipostid peavad vastu pidama horisontaalsele tõukele — seetõttu on abutmentide ja aluspinna tugevus kaarsildade puhul eriti oluline. Kui horisontaalset tõuket ei saa maapinna kaudu vastu võtta, kasutatakse silla otsade ühendamiseks tõmmetalasid ehk sidemeid (näiteks seotud-kaar ehk tied-arch), mis viivad tõuke tagasi sillaplaadile.

Ehitusmaterjalid ja -meetodid

  • Müüritud ja kivikaar — antiik- ja keskaegsed kaarsillad on sageli kivist või tellistest müüritud. Need toimivad peaaegu üksnes survega ja nõuavad tugevaid vundamente ning ehitamiseks ajutist tellingut (kesking).
  • Betoonkaar — raudbetoonist kaared võivad olla valatud vormi sisse (formaaltöö) või ehitatud segmentidena ja ankurdunud. Raudbetoon võimaldab erinevaid kuju- ja optimeerimisvõimalusi.
  • Teraskaared — suurtel avadel kasutatakse terast, mis võimaldab hõredamaid ja pikemaid kaari. Teraskaared ehitatakse tihti poolitena ja monteeritakse kokku kas tellingu või kaablite abil (nt Sydney Harbour Bridge, New River Gorge Bridge tüüpi konstruktsioonid).
  • Ehitusmeetodid — väiksematel kaarilõikudel kasutatakse vormtööde ja tellingute meetodit; suuremad teras- või segmendikaared võidakse ehitada riputuse või kantilever-meetodiga, kus kaare pooled monteeritakse mõlemalt poolt ja ühendatakse keskel.

Kaarsilla tüübid

  • Deck arch (sillaplaat asub kaare kohal) — sõidutee on kaare kohal, koormus kandub otseselt kaarele.
  • Through arch (sild kulgeb läbi kaare) — kaar ulatub üle sillaplaadi ja sillaplaat riputatakse kaare külge riputuspulkadega.
  • Tied-arch (sidetega kaar) — horisontaalne tõuge maandatakse silla otsa ühendava tõmbetala kaudu, vähendades abutmentidele langevat horisontaalset survet.
  • Mitmekaarne viadukt — pikkade jaotustega sillad koosnevad mitmest järjestikust kaarest.

Eelised ja puudused

  • Eelised: esteetiline väljanägemine, hea koormuskandvus surve tingimustes, pikk kasutusiga (kivist/raudo betoonist kaared võivad kesta sajandeid), sobiv tee- ja raudteerakendusteks.
  • Puudused: abutmentide ja vundamentide tugevus peab olema väga suur (suured horisontaalsed jõud), ehituskulud ja ajakulu võivad olla suuremad võrreldes lihtsate talasildadega, vähem sobiv väga pikaks avatseks kui näiteks rippsillad või kaabelsild.

Tuntud näited ja ajalugu

Kaarsillad on väga vana konstruktsioonitüüp — roomlased ehitasid monumentaalseid akvedukte ja sillaid (nt Pont du Gard Prantsusmaal). Keskajas ja varauusaegses Euroopas levisid kivist kaarsillad (nt Ponte Vecchio, Rialto silla varasemaid osi). Tänapäeval on tuntud suured teraskaared, nagu Sydney Harbour Bridge (ajalugu ja konstruktsioonid näitavad, kuidas terasvõimalused laiendasid kaare kasutust pikematel avadel). Modernsed näited sisaldavad ka suuri ehitiste peenhäälestust, kus kasutatakse sidemeid ja komposiitmaterjale.

Hooldus ja eluiga

Kaarsillad võivad olla väga vastupidavad, kuid nõuavad perioodilist kontrolli: pragude, korrosiooni (teras), betooni karbonatsiooni ja vundamendi liikumiste jälgimist. Õige projekteerimine vundamendile ning regulaarne hooldus pikendavad silla kasutusiga oluliselt.

Kaarsillad on seega konstruktsioonilt lihtsa printsiibiga, kuid tehniliselt nõudlikud varustus- ja vundamentlahenduste poolest. Valik kaarsilla ja alternatiivsete konstruktsioonide vahel sõltub eelarvest, kohast, geotehnikast ja nõutavast avast.