Facultatea Ci Ferate, Drumuri i PoduriAnul III ITM

NOTE DE CURS:

STRUCTURI DE BETON PENTRU TRANSPORTURIMETROPOLITANE SUPRATERANE

2013

20 Generaliti

0.1 Definiii. Avantajele i dezavantajele utilizrii podurilor de beton

Podul este o lucrare de art care susine o cale de comunicaie (drum, cale ferat, tramvai, pistepentru cicliti, cale pentru pietoni, etc. sau combinaii ale acestora) peste un obstacol (ru, canal, lac,zona de coast a mrilor/ oceanelor, legaturintre insule sau peninsule, vale, alt ci de comunicaii, nodde intersecii, etc.) asigurnd att continuitatea cii peste obstacol, ct i a obstacolului traversat.ntreobstacol i partea inferioar a structurii podului este necesar s se asigure un spaiu LIBER detrecere (pentru scurgerea plutitorilor la viitur/ sloiurilor de ghea dup dezghearea rului, pentrutrecerea prin plutire a ambarcaiunilor, gabarite de liber trecere pentru drumuri, ci ferate, tramvaiesau metrouri, etc.)

Podeul este un pod mai mic, cu deschiderea de cel mult 5,00 m.Podurile masive, din categoria crora fac parte i podurile de beton (alturi de cele din zidrie

de piatr/ crmid), se caracterizeaz printr-o greutate proprie important (cel puin 50% dinreaciunea maxim produs de toate aciunile permanente i din traficul de pe pod) n raport, deexemplu cu podurile metalice, fapt ce le face s aib un aspect masiv, masivitate care, totui, permitepreluarea unor suprancrcri din majorarea posibil, n timp, a aciunilor din trafic, reducndu-seamploarea lucrrilor de consolidare.

Alturi de avantajul prelurii, n timp, mai puin costisitoare a unor sporuri de aciuni din trafic,se mai pot evidenia i urmtoarele avantaje cnd construim poduri de beton:

- betonul este materialul de baz pentru realizarea porurilor de beton, pricipalii constitueni fiind:agregate, ciment,ap aditivi, adaosuri) amteriale care se gsesc relativ uor n Romnia i lapreuri de livrare loco furnizor pn n 100 euro;

- armturile de oel beton sau de oel pretensionat se produc i n Romnia la preuri de livrareloco furnizor pn n 1000euto/ ton, consumurile de oel beton/ oel pretensionat la un mc debeton variind ntre 100...200kg/ mc;

- manopera aferent lucrrilor de cofrare/ decofrare + turnare beton + fasonare armturi nusolicit mn de lucru superior calificat, aceste calificri (dulgher, betonist, fierar betonist,hidroizolator, etc.) fiind relativ uor de obinut n perioadele de criz economic, prinreconversia profesional (pentru un om cu abliti manuale normale i cu o pregtire colarminim gimnaziu);

- ntreinerea podurilor de beton este relativ simpl, cu condiia ca interveniile s se fac n timputil i de ctre personal specializat, fr ca defectele i degradrile s avanseze, caz contrarcheltuielile cu ntreinerea putnd crete foarte mult;

- durabilitate mare, pentru lucrri realizate n condiii normale de execuie, ntreinere calificat iexploatare normal; comportare bun la foc, n cazul pasajelor;

- permit realizarea prin prefabricare - a unor pri importante din componena podului (grinziprefabricate sau preturnate monobloc sau tronsonate, pile prefabricate, etc.), tehnologiile decontinuizare in situ sau n apropierea amplasamentului podului permitnd obinerea unorconstrucii cvasi-monolite, fapt ce le confer o mai mare rigiditate, elementele de rezistenconlucrnd ntre ele, cel puin n domeniul de eforturi corespunztor exploiatrii normale apodului; execuia unor pri importante n fabrici de prefabricate sau n poligoane deprefabricate pot reduce mult durata de execuie, pe de o parte i pe de alt parte, printr-uncontrol mai riguros al calitii n fabric (utilizarea claselor de beton ridicate, abateridimensionale reduse, etc.) se obin produse de calitate superioar); execuia unor elemente nfabrici sau poligoane de prefabricate permite evitarea influenei negative a factorilor climatici(cldur excesiv i uscat, cu sau fr vnt, geruri, ploi de lung durat, etc.) asupra calitiiacestora i a timpilor tehnologici de ntrire a betonului.

3Masivitatea podurilor de beton le creaz acestora i unele dezavantaje, dezavantaje care pot fiameliorate prin adoptarea anumitor alctuiri constructive. Sunt de menionat cteva dezavantajen edificarea podurilor de beton:

- masivitatea solicit consumuri mari de materiale caracterizate ca materiale de mas(agregatele, de exemplu, reprezint, n greutate, cca. 75% din masa betonului proaspt) fapt ceconduce la mrirea duratei de execuie i la obinerea unor poduri cu greuti proprii importante solicit utilaje cu capacitate mare de ridicare i de aciune;

- nlimi de construcie, de regul mai mari n raport cu podurile metalice (podurile de beton pegrinzi sunt, de regul realizate n soluia cu calea sus excepie fac arcele cu cale la mijloc;

- n cazul podurilor executate in situ (n amplsamentul definitiv) pe schele, cintre i eafodaje,prin robusteea i greutatea lor mare, ele nsele devin adevrate construcii inginereti(consumuri mari de oel i / sau de lemn).

0.2 Clasificarea podurilor de beton

0.2.1 Dup schema static a structurii de rezisten:

a) dale sau grinzi simplu rezemate

b) dale sau grinzi cu console

c) dale sau grinzi cu console i articulaii (tip Gerber)

4d) dale sau grinzi continue

e) cadre cu stlpi drepi (verticali) sau nclinai

f) arce perei (aibe), arce sau boli

50.2.2 Dup modul de execuie:

a) poduri executate monolit: sunt executate directn amplasamentul definitiv prin turnareabetonului n cofraje susinute de cintre sau eafodaje (alctuite din oel i/ sau lemn); dupntrirea betonului (atingerea rezistenei precizate n proiect) elemetele de beton se elibereazdin cofraje i de pe cintre sau eafodaje (descintrare este deplasarea pe vertical a eafodajuluisau a cintrului fa de elementul de beton ntrit, transferndu-se acestuia, progresiv, gretatea saproprie);

b) poduri realizate din elemente preturnate: elementele preturnate sunt realizate pe antier napropierea amplasamentului definitiv al podului, elementele, odat ntrite fiind montate namplasamentul definitiv al podului;

c) poduri realizate din elemente prefabricate (executate monobloc sau tronsonat sau prindivizare n bolari): elementele prefabricate sunt realizate n fabrici de prefabricate sau n poligoanede prefabricare, special amenajate, dup care elementele sunt transportate i montate namplasamentul definitiv al podului, unde sunt monolitizate, elementele conlucrnd (cvasi-ncastrate).

0.2.3 Dup natura solicitrilor n elementul principal de rezisten:

a) poduri pe dale sau pe grinzi drepte: solicitarea predominant NCOVOIEREA

b) poduri pe cadre: solicitri predominante NCOVOIERE+FORE AXIALE

c) poduri pe arce i boli: solicitarea predominant COMPRESIUNE EXCENTRIC (FOREAXIALE DE COMPRESIUNE+MOMENTE NCOVOIETOARE)

0.3 Scurt istoric i tendine actuale

0.3.1 Scurt istoric

Arta construciilor podurilor i apeductelor se cunoate nc din antichitate, romanii (dinImperiul Roman) fiind marii constructori de poduri ai acelor vremuri (au construit poduri de zidrieuscat de piatr fr mortar, odat cu descoperirea lianilor secolul al II-lea .e.n utiliznd cu multsucces mortarele n execuia podurilor de zidrie de piatr, ca poduri boltite, executate dup reguliempirice, rezultnd construcii greoaie, datorit grosimii a bolilor).Experiena dobndit, n timp, a

6fcut ca n evul mediu podurile pe boli de zidrie de piatr cu mortar s devin mai suple, ca grosime,cu consumuri mai reduse de materiale i cu deschiderimai mari.

n a doua jumtate a secolului al XVIII-lea iau fiin primele coli de poduri i osele,pregtirea specialitilor n aceste coli conducnd la progrese mai mari n concepia i execuiapodurilor.

Epoca modern a podurilor masive ncepe odat cu descoperirea betonului armat, n ultimaparte a secolului al XIX-lea de ctre grdinarul francez Joseph Monier (primele brevete se refer lavase de grdinrit ghivece, plci, grinzi, boli, culminnd cu primul pod n arc de beton armat cudecshiderea de 16,00 m, executat ntre anii 1875-1877).

ncepnd cu secolul al XX-lea este marcat de numeroase cercetri teoretice i experimentalecare au permis o cunoatere satisfctoare a comportrii i a calculului betonului armat.

Dup primul rzboi mondial, prin apariia automobilului 1920 , podurile de beton armat aucunoscut o dezvoltare apreciabil, metoda de calcul utilizat fiind metoda rezistenelor admisibile.

Lund din Chistiania, ncrcnd un planeu realizat din elemente prefabricate de beton armat a trasconcluzii asupra rolului nefast al fisurilor asupra comportrii elementelor de beton armat.

Inginerul german F. Dischinger, utiliznd procedeul precomprimrii exterioare construiete n anul1928 podul peste Saale la Alsleben (deschiderea principal fiin de 68,00 m), evideniind avantajeleintroducerii, n elementul de beton armat, a unei stri artificiale de compresiune, utiliznd bare de oelrotund pretensionat amplasate n afara seciunii de beton (cu excentricitate). Degradri importanteaprute la acest pod, n special prin corodarea tiranilor exteriori pretensionai, au condus c o soluiecare nltur acest inconvenient fiind introducerea acestori armturi pretensionate n interiorul seciuniide beton, mediul bazic (pH13) creat de pasta de ciment din beton asigurnd protecia la coroziune aarmturilor (barelor, n acest caz) tensionate.

Mari realizri ale betonului precomprimat sunt legate de numele savantului Eugne Freyssinetale crui contribuii teoretice i experimetale aduse fundamentrii metodelor de calcul au fost dublatede concepia i execuia a importante structuri de poduri de beton precomprimat.

Tot n acest perioad, s-au executat multe lucrri de anvergur de beton armat, lucrri care aucerut rezolvarea unor probleme teoretice sau practice. ncepnd cu anul 1034, n fosta URSS a fostelaborat metoda de calcul la rupere a elementelor de beton armat (analiza solicitrilor rezistente decedare moment ncovoietor, for tietoare sau for axial n comparaie cu solicitrile exterioaremaxime se fcea lund n considerare proprietile reale, elastice i plastice, ale betonului i alearmturii). Imposibilitatea evidenierii, prin metoda la rupere, a altor stadii de lucru ale betonului armat elastic, elastic-fisurat a condus la fundamentarea metodei de calcul la stri limit (metodsemiprobabilistic, cu caracter tiinific).

Dup cel de-al II-lea rzboi mondial, se evideniaz progrese importante n domeniul metodelorde execuie (execuie n consol, prin mpingere, etc.) i realizarea unor betoane i armturi de oelbeton/ pretensionat cu caracteristici fizico-mecanice superioare. Din ce n ce mai mult suprastructurilede beton armat sunt nlocuite, dup aceast perioad, cu suprastructuri de beton precomprimat.

0.3.2 Tendine:

- aplicarea, cu frecven crescut, n cazul podurilor cu decshideri mici i mijlocii, a soluiilor desuprastructuri realizate din elemente prefabricate- aplicarea unor tehnologii de execuie cu turnare continu a betonului (fr rosturi de lucru) n cazulunor poduri cu deschideri mari (suprastructuri cvasi-laminate- utilizare unor betone cu clase de rezisten ridicate (spre C80/ 100 betoane de nalt rezisten), aunor armturi de oel beton cu aderen ridicat (de exemplu, BST500S(B sau C), a unor armturi deoel pretensionat cu rezisten caracteristic la rupere ridicat (1860MPa, care permit tensionari laeforturi unitare de control peste 1400MPa) i cu seciune mare (toronul T15 super are seciunea de 150mm2, ca monotoron, ca armturi prentinse, sau n fascicule de 4...50 T15 super) fapt ce conduceobinerea unor poduri masive mai suple i cu odurabilitate crescut (ncepnd cu martie 2010, toate

7podurile care se proiecteaz n rile membre ale Uniunii Europene deci i n Romnia - duratanormat de via proiectat este de cel puin 100 de ani, cu exceptia Regatului Unit al Marii Britanii ial Irlandei de Nord, unde durata de via normat proiectat trebuie s fie de cel puin 120 de ani);- progresele referitoare la clasele de betoane i la armturile pretensionate coroborate cu progresele nprotecia multistrat a armturilor pretensionate a reabilitat precomprimarea exterioar, impunnd-oastzi, prin avantajele ei, ca procedeu principal de realizare a suprastructurii podurilor de beton.

Concluzie: Progresele realizate pn n prezent n concepia i execuia podurilor masive au pututfi posibile ca urmare a perfecionrii metodelor de calcul, a dezvoltrii industriei materialelor deconstrucii i a perfecionrii metodelor de execuie.

1 Alctuirea cii o podurilor de beton

1.1 Generaliti

Pentru podurile noi, calea pe pod trebuie s aib, n principiu, aceeai alctuire ca cea dinainte/dup pod, ntruct ntreinerea acesteia, de ctre organul de administrare, trebuie s se fac unitar,folosin aceleai tehnologii i utilaje care se folosec la ntreinerea cii de comunicaie. Suplimentar, ncazul podurilor rutiere se cere ca pe pod condiiile de asigurare a siguranei circulaiei s fie cel puincele asigurate pentru drum (panta transversal, scurgerea apelor pluviale, efectul de bordur,utilizarea barierelor de siguran n locul parapetelor direcionale sau a bordurilor nalte, etc.); caleapropriu-zis se alctuiete cu materiale i tehnologiile aferente acestora care s asigure planeitatea,uniformitatea i rugozitatea suprafeei de rulare corelate cu viteza de proiectare.

Infrastructura cii de comunicaie (patul drumului, al tramvaiului sau al cii ferate) se compunedintr-o succesiune de straturi necoezive (n straturi necoezive nu se produc fenomene de ridicare a apeiprin capilaritae de de marire a volumului prin nghe 9%), compacte i stabile, care de regul segsesc, cu partea inferioar, sub izoterma de 00C. Pe podurile de beton, rolul infrastructurii cii decomunicaie este preluat de structura de rezisten de beton a suprastructurii podului (plci de betonarmat, grinzi, etc.) beton care are proprieti, practic nule, de izolare termic, apa pluvial, la coborreatemperaturii exterioare sub 00C, nghend mult mai repede pe suprafaa cii podului dect nainte/dup pod, adic pe calea curent a cii de comunicaie. Rezult c sigurana circulaiei pe pod se reducefoarte mult, la temperaturi sczute, prin reducerea accentuat a rugozitii cii, iar la temperaturiridicate se modific planeitatea cii, prin deformarea acesteia realizat, de regul n Romnia, dinbetoane asfaltice.

Podurile, asigurnd continuitatea cii de comunicaie la ntlnirea acesteia cu un obstacol, prinalctuirea lor, servesc circulaiei, n condiii de siguran, a autovehiculelor i a pietonilor, n oricecondiii de clim i anotimp.

Podurile rutiere sunt dimensionate, n Romnia, ca numr de benzi asemntor benzilor cii decomunicaie pe care sunt amplasate, intensitatea medie anual a traficului/ 24 ore fiind parametrul careclasific drumurile n cinci clase tehnice (tabelul 1.1)

8Tabelul 1.1 Clasa tehnic a drumurilor dintre localiti, n RomniaClasa tehnic a drumului

Intensitatea medie anual a traficului n 24 de ore, n:Autovehicule etalon

(autoturisme)Autovehicule efective*)

I-autostrzi >15000 (625/or) >10000 (417/ or)II-drum expres, drum naionaleuropean

11001...15000 (458...625/ or) 7501...10000 (313...417/or)

III- drum naional principal/secundar

4501...11000 (188...458/ or) 3001...7500 (125...313/or)

IV- drum judeean, drum comunal 751...4500 (32...188/ or) 500...3000 (21...125/ or)V-drum comunal, drum vicinal

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

t0 / vrsta betonului n momentul precomprimrii

Rosturile transversale podului, care apar ntre deschiderile podului:

31

n cazul podurilor feroviare.

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

pentru a obine o rezisten spporita la nghe/dezghe, etc.

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

loc ngust n desfurarea traficului datorit multiplelor

75

76

2.11.1 Realcalinizarea betonului armat afectat de carbonatare

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

Pentru podurile dalate, de regul suprastructura, cu deschideri sub. 12,00 m, reazem direct.

113

114

115

116

117

118