INFRASTRUCTURA PODURILOR.doc

27
UNIVERSITATEA TEHNICA CLUJ INGINERIE CIVILA INFRASTRUCTURA PODURILOR

Transcript of INFRASTRUCTURA PODURILOR.doc

UNIVERSITATEA TEHNICA CLUJ

UNIVERSITATEA TEHNICA CLUJ

INGINERIE CIVILA

INFRASTRUCTURA PODURILOR

CONDUCATOR DOCTORAT, DOCTORAND,

Prof.dr.ing. KOLLO GAVRIL SATMAREANU FELICIA

I. INTRODUCEREEvoluia podurilor de-a lungul istoriei a fost determinat de evoluia

societii omeneti n fiecare ornduire social traversat. Podurile au aprut din necesitatea traversrii obstacolelor ntlnite n drumul oamenilor: ape curgtoare, vi adnci i accidentate, prpastii i au evoluat de la formele cele mai simple ce utilizau n principal materiale de construcie existente n natur (lemn i piatr), pn la formele moderne de astzi realizate din beton respectiv din oel sau din combinaii ale celor dou materiale. Ritmul de dezvoltare al construciei de poduri a fost direct influenat de descoperirea materialelor de construcie noi i performante cum sunt betonul armat i precomprimat, oelul, materialele compozite care au condus nu numai la abordarea unor tipuri noi de structuri, de neimaginat n trecut, dar mai ales la realizarea unor poduri ce pot conduce la traversri ale unor obstacole de dimensiuni mari.

Suprastructura reazem pe infrastructur prin intermediul unor dispozitive speciale, numite aparate de reazem. n general se folosesc dou tipuri de aparate de reazem:

Aparat de reazem fix permite rotiri.

Aparat de reazem mobil permite rotiri i deplasri.

Aparate de reazem

Infrastructura podurilor are rolul de a prelua ncrcrile verticale i orizontale provenite de la suprastructur prin intermediul aparatelor de reazem i a le transmite ctre terenul de fundare.

Infrastructurile podurilor au urmtoarele pri componente:

Fundaia asigur transmiterea aciunilor la terenul de fundare;

Elevaia poriunea vizibil din infrastructur, situat ntre fundaie i aparatele de reazem ale suprastructurii;

Cuzineii situai sub reazemele fiecrei grinzi pentru a prelua presiunile mari ce iau natere sub aparatele de reazem. Acetia sunt legai ntre ei printr-un element din beton armat (grinzi de legtur) pentru a sporii rezistena prii superioare a infrastructurii. Ansamblul cuzinei grinzi de legtur definesc bancheta cuzineilor. Pila podn funcie de soluia constructiv adoptat pentru suprastructur, de

destinaia podului (de cale ferat, de osea, paserel pietonal etc.) i de ali parametri, pilele i culeele pot avea diverse alctuiri i dimensiuni.

Pilele pot fi realizate att din oel ct i din beton, dar n cele mai multe cazuri este utilizat cea de-a doua variant. n cazul n care nlimea pilelor este foarte mare se poate utiliza chiar beton precomprimat pentru preluarea solicitrilor mari aprute pe seciunea transversal a pilei i evitarea apariiei fisurilor.

Prile principale ale unei pile sunt : fundaia, partea situat sub nivelul terenului natural elevaia care reprezint partea situat deasupra fundaiei.

Betonul din care este realizat bancheta cuzineilor (i cuzineii) este de cea mai ridicat clas, de regul C25/30, cel din elevaie este un beton armat de clas C16/20, iar betonul din fundaie este de regul un beton simplu sau slab armat, de clas C8/10.Dup tipul elevaiei, pilele pot fi de dou tipuri :

pile tip coloan sau stlp, numite pile flexibile

pile tip perete numite i pile masive.

Pilele de tip coloan pot avea seciuni transversale avnd diferite forme n plan i n general, datorit supleii lor au un aspect estetic mbuntit.Aceste tipuri de pile sunt utilizate n special pentru poduri amplasate n orae i pentru pasaje acolo, unde exigenele pentru estetica lucrrii i cele legate de impactul asupra mediului nconjurtor sunt mari.

Exist situaii n care pilele pot fi alctuite din doi stlpi (dou coloane) i n acest caz, elevaiile acestor stlpi mpreun cu bancheta cuzineilor realizeaz un cadru.Pilele masive tip perete sunt mai puin economice i se utilizeaz atunci cnd valorile eforturilor secionale de pe seciunea transversal a pilei sunt mari (de exemplu n cazul podurilor de cale ferat pentru ci ferate simple sau duble) i acolo unde exist situaii speciale de amplasament, de exemplu pile situate n albia rurilor cu aciune

hidrodinamic important sau vi adnci i accidentate. n aceste cazuri se pot adopta de asemenea pile cu seciune transversal casetat realizat din beton armat .

Seciunea transversal a pilelor poate avea dimensiuni constante

sau variabile .Prima variant este adoptat la pilele de nlimi mici i

medii (< 10 - 12 m), iar cea de-a doua la pilele cu nlimi mari (> 15-20 m)

unde cel puin una din dimensiunile seciunii transvesale variaz ca valoare pe nlimea pilei. n acest caz, planurile nclinate fa de vertical ce delimiteaz elevaia pilei pot avea nclinri cuprinse ntre 20:1 15:1, iar nclinarea se numete uzual fruct.

Dac pilele sunt amplasate n albia rurilor este necesar s se mbunteasc condiiile de scurgere a apei n zona pilelor, asigurndu-se o form hidrodinamic reducnd astfel riscul producerii de vrtejuri i al erodrii albiei rului. n amonte se prevede o form de ogiv numit avantbec, iar n aval forma este realizat cu o racordare semicircular numit arierbec .

Vedere a unei pile cu avantbec i arierbec

a) Vedere tridimensional b) Vedere n plann centrele urbane cu reele stradale dense i cu aglomerri importante de vehicule se impune n multe situaii realizarea de poduri, pentru eliminarea interseciilor la nivel de pe arterele principale. n lume au fost construite astfel de viaducte att pentru susinerea cilor de metrou sau de tramvai, ct i pentru susinerea altor artere rutiere. De regul se recomand realizarea unor astfel de traversri aeriene prin viaducte acolo unde exist suficient spaiu n raport cu cldirile nvecinate, de exemplu n piee largi, cu suprafee n plan

mari.

Pentru ncadrarea unui astfel de pod ntr-un peisaj urban, trebuie

acordat o mare importan formei constructive i dimensiunilor geometrice ale elementelor structurale componente vizibile. Astfel trebuie reduse att dimensiunile elementelor structurale ce compun suprastructura podului, dar i cele ce formeaz infrastructura, n special pilele, dat fiind faptul c spaiul de sub pod este destinat fie circulaiei sau staionrii vehiculelor, fie circulaiei pietonilor.

Exist numeroase forme posibil a fi adoptate pentru viaductele urbane:

pile de tip coloan, cu seciune circular sau octogonal pile tip cadru cu stlpi, pile avnd forma literei Y etc. Realizarea unor astfel de forme constructive pentru elevaiile pilelor conduce la dificulti de execuie, legate n special de utilizarea unor cofraje speciale, a unor betoane speciale de fa vzut, a unor utilaje performante dar avnd un gabarit nu prea mare etc. Pile tip cadru cu doi stlpi nclinai Pile avnd forma literei Y Pile avnd forma literelor X i V la viaductul Prater din Viena Pile cu seciune octogonal la viaductul Namedy, Germania

Pil cu form special la un pod de ncruciare

Culeele sunt elemente ale infrastructurii amplasate la capetele podurilor i asigur racordarea podului i terasamentele (ramblee), acestea din urm fiind realizate odat cu calea de comunicaie pe care o susine podul.

Materialul din care sunt executate culeele este betonul armat. Culeele sunt proiectate s preia att ncrcrile transmise de suprastructur prin intermediul reazemelor, ct i mpingerea pmntului din corpul terasamentului situat n partea lor din spate.

n general, prile componente ale unei culee sunt aceleai cu cele ale unei pile, ns mai apar o serie de elemente structurale suplimentare.

La marginea dinspre terasament a banchetei cuzineilor se realizeaz un perete vertical numit zid de gard pentru a mpiedica materialul din umplutura terasamentului s cad spre albie i spre bancheta cuzineilor.

n zidul de gard, la podurile de cale ferat se realizeaz un gol (o ni) n care se monteaz opritorul de piatr spart (de regul un profil cornier sau un profil metalic realizat din tabl sudat sub form de L).

Prile componente ale unei culee

Dimensiunile opritorului i poziia sa pe zidul de gard n nia special amenajat trebuie s fie astfel nct s susin balastul (sau piatra spart) s nu cad pe bancheta cuzineilor i n acelai timp s permit aezarea primei traverse de pe terasament ct mai apropape de prima travers de pe suprastructura podului. Distana maxim dintre traverse nu trebuie s depeasc 600 mm i n acest scop odat cu realizarea proiectului pentru suprastructura oricrui pod de cale ferat se stabilete i poziia traverselor.

De o parte i de alta a elevaiei culeei se gsesc zidurile ntoarse n numr de dou, executate n consol i avnd dimensiune variabil. Aceste elemente de beton au rolul de a mpiedica materialul din terasament s cad n lateral i permit realizarea racordrilor nainte de planul definit de paramentul nclinat al culeei. n acest scop, pe lng zidurile ntoarse se execut i o racordare a culeei cu terasamentele din spatele ei. Exist dou posibiliti pentru a realiza aceast racordare i anume:

a) racordare cu sferturi de con

b) racordare cu aripi Culee de pod avnd racordare cu sfert de cona) Racordarea cu sfert de con se realizeaz prevznd n dreptul taluzelor terasamentelor de la capetele podului, sferturi de con care au de fapt ca proiecie n plan un sfert de elips datorit pantelor diferite pe cele dou generatoare ale conului ,nclinarea generatoarei dinspre

obstacolul traversat este mai mare dect cea a generatoarei de pe terasament atunci sfertul de con se pereaz obligatoriu, adic se acoper cu o mbrcminte executat din piatr brut sau din dale de beton numit pereu .

b) Dac nlimea elevaiei culeei este mare, chiar adoptnd o pantcorespunztoare a sfertului de con spre obstacolul traversat, lungimea

zidurilor ntoarse crete, situaie care conduce att la dificulti de execuie (cofraje de dimensiuni mari), dar i la costuri ridicate. Aceast situaie poate fi evitat prin realizarea racordrilor cu aripi.

Culee de pod avnd racordare cu aripi

a) Vedere din fa b) Vedere din spate (fr aripi)

Aripile sunt elemente de racordare executate din beton simplu sau

armat, au nlime variabil n funcie de nlimea terasamentului. Forma n plan a aripii este de regul un patrulater ascuit care urmrete cele dou planuri de racordare cu terasamentul. Panta spre obstacolul traversat a aripii este n general de maxim 3:1.

Att n cazul racordrii cu sfert de con ct i al racordrii cu aripi,

sferturile de con, respectiv aripile au fundaii proprii.

nclinarea elevaiei culeei spre obstacolul traversat n:1 (fructul) variaz ntre 10:1, pentru nlimi mari ale elevaiei (peste 10 m) i 5:1 n cazurile uzuale.

Evacuarea apelor infiltrate din terasament n spatele culeei se face prin exeutarea unui dren realizat din bolovani de ru (piatr brut). Limea drenului variaz ntre 80 100 cm. Drenul se sprijin pe consola drenului care face corp comun cu elevaia culeei i este armat corespunztor.

Evacuarea apelor se face numai ntr-o parte, n sensul curgerii rului, printr-un tub numit barbacan ce este prelungit prin sfertul de con sau prin aripa culeei pn la ieirea din acestea , unde tubul trebuie s se situeze deasupra nivelului terenului natural. De regul, nclinarea consolei drenului n sensul de scurgere a apei este de 3%.

Lungimea zidurilor ntoarse variaz ntre 3.50 m la podurile de cale

ferat i 5.00 m la podurile de osea. Dac din situaiile din teren rezult valori mai mari, racordrile cu sfert de con se vor nlocui cu racordri cu aripi.

n cazul n care nlimea terasamentelor din spatele culeei nu este

foarte mare (sub 9.00 m), culeele se pot executa avnd elevaia realizat sub forma mai multor perei ncastrai n blocul de fundaie (Fig. 3.15) i se numesc culee deschise. n aceste cazuri, umplutura cu pmnt se face pn aproape de nivelul banchetei cuzineilor. Au un aspect estetic mbuntit i se utilizeaz cu precdere la podurile i pasajele executate n localiti.

Culee deschis

n funcie de stratificaia terenului din amplasament se poate adopta

soluia realizrii fundaiei culeelor pe coloane, caz n care blocul de fundaie (radierul) poate lipsi. n aceste situaii coloanele sunt ncastrate direct n bancheta cuzineilor, iar zidurile ntoarse lipsesc. Culee fr elevaie i radierul fundaieiEvoluia continu a traficului din ultima perioad de timp a determinat, n special n zonele urbane, proiectarea i execuia unor poduri avnd deschideri mici i medii care s susin ci de comunicaii n cazul interseciilor denivelate. n astfel de amplasamente inginerii proiectani se confrunt cu o serie de probleme dificile i anume: respectarea unor dimensiuni fixe ale structurii podului impuse de spaiul limitat din interseciile urbane sau dintre cldirile nvecinate, respectarea criteriilor de siguran, proiectarea unor detalii de execuie simple pentru un montaj rapid n vederea reducerii costurilor lucrrii, precum i asigurarea unei bune comportri n exploatare, dublat de costuri de ntreinere sczute. ndeplinirea acestor cerine poate conduce n multe situaii la adoptarea unor soluii constructive inestetice, care devin inacceptabile n noile condiii privind integrarea construciilor n mediul nconjurtor.

O alternativ la sistemele clasice de poduri utilizate n prezent pe scar larg, o reprezint podurile cu infrastructur integrat.

Podurile cu infrastructur integrat pot fi definite ca poduri cu una sau mai multe deschideri a cror suprastructur formeaz un element unitar cu infrastructura, fiind realizate monolit.

Schem a unui pod cu infrastructur integrat

Seciune transversal a unui pod cu infrastructur integratPrincipala caracteristic a podurilor cu infrastructur integrat o

reprezint faptul c suprastructura este realizat fr rosturi de dilataie.

Deoarece suprastructura i infrastructura sunt conectate rigid prin zone de monolitizare , deplasrile determinate de variaiile de temperaturprecum i din ncrcrile orizontale i verticale ce solicit structura pot fi

preluate prin pile suple corespunztor proiectate. Schem a rezemrii grinzilor pe culee

n cazul podurilor cu infrastructur integrat

ntruct culeele de la capete sunt masive prin comparaie cu pilele, se poate spune c la capete elementele de infrastructur pot fi asimilate cu corpuri rigide. Prin prezena zonelor de monolitizare a grinzilor (metalice sau din beton) n zona rezemrilor pe culee, translaiile i rotirile aprute ca urmare a ncrcrilor exterioare sunt transferate direct sistemului de fundare al culeelor, care trebuie proiectat n consecin.

Exist i situaii n care se poate asigura, prin soluia constructivadoptat, un anumit grad de rotire al suprastructurii la capetele podului, pe culee, n acest caz podurile avnd culee semi-integrate.

Schem a rezemrii grinzilor pe culee

n cazul podurilor cu culee semi-integrate

Prin comparaie cu

podurile cu culee integrate, cele cu culee semi-integrate prezint avantajul c suprastructura este independent de tipul de fundaie utilizat.

Principalele avantaje oferite de utilizarea podurilor cu infrastructur integrat sunt:

lipsa rosturilor de dilataie pentru suprastructur conduce la

eliminarea problemelor generate la podurile cu alctuire clasic de

prezena acestor rosturi. Este tiut faptul c prezena rosturilor de

dilataie n cazul podurilor cu structuri tradiionale conduce la sporirea

costurilor att n faza de execuie, dar mai ales pe perioada de

exploatare, datorit deteriorrii lor. Prin deteriorarea rosturilor au de

suferit i celelalte elemente structurale componente ale podului,

deoarece prin infiltrarea apei i a altor substane chimice de la nivelul

cii de comunicaie de pe pod, se produce att corodarea armturii,

ct i a betonului. De asemenea, lipsa rosturilor de dilataie conduce

la realizarea unei ci de comunicaie fr denivelri i deci la

reducerea efectului dinamic al vehiculelor asupra podului;

eliminarea aparatelor de reazem i prin aceasta reducerea costurilor

determinate de necesitatea nlocuirii aparatelor i ntreinerii acestora

n timp. Aparatele de reazem din oel turnat, se pot deteriora n timp,

datorit unei ntreineri necorespunztoare i lipsei agentului de

lubrefiere. Similar, la aparatele de reazem din neopren pot aprea

deformaii excesive care conduc la lunecarea i desprinderea

straturilor ce le compun;

urmrind comportarea n timp a acestor poduri s-a constatat c ele au

rezerve n ceea ce privete capacitatea portant i redistribuirea

eforturilor, ca urmare a unor situaii accidentale de ncrcare aprute

n exploatare;

prin realizarea culeelor integrate se reduce riscul apariiei fenomenelor

de instabilitate la aceste elemente de infrastructur, ncrcrile fiind

uniform distribuite n spatele culeei, pe toat nlimea i limea ei;

ntruct suprastructura i infrastructura acestor poduri se realizeazmonolit, ele se execut ntr-un timp scurt;

pentru fazele de proiectare i verificare, podurile cu infrastructurintegrat se pot considera, n mod simplificat, ca i cadre alctuite

dintr-un element orizontal (rigla) i dou sau mai multe elemente

verticale (pilele);

aceste soluii pot fi utilizate pentru proiectarea unor poduri noi drepte

i oblice, dar i pentru consolidarea unor poduri existente. Prin

realizarea unor astfel de poduri se pot aplica ulterior sporuri de lime

ale prii carosabile fr dificultile care apar in mod obinuit la

podurile clasice.

n ciuda numeroaselor avantaje prezentate mai sus, podurile cu

infrastructur integrat prezint i dezavantaje. Acestea sunt:

ca urmare a translaiilor i rotirilor induse n structura podului de

variaiile de temperatur i ncrcrile din trafic, pot aprea tasri ale

umpluturilor din spatele culeelor, cu influen negativ asupra cii de

comunicaie susinute de pod. Efectul micrii laterale al culeelor din

variaii de temperatur reprezint o problem important, deoarece

umplutura din pmnt nu se comport perfect elastic. Totui

deplasrile din temperatur la podurile cu o singur deschidere cu

culee integrate este mai redus, datorit simetriei, n comparaie cu

efectul produs asupra unui pod clasic cu suprastructur simplu

rezemat Deplasri din variaii de temperatur

a) Pod clasic cu o deschidere

b) Pod cu culee integrate

eliminarea rosturilor de dilataie n cazul podurilor cu mai multe

deschideri conduce la realizarea unei continuiti structurale care

induce eforturi suplimentare n structura podului. Eforturile din

contracia i curgerea lent a betonului, din gradient de temperatur

(variaia de temperatur pe nlimea suprastructurii), din tasri

difereniate ale elementelor de infrastructur i din mpingerea

pmntului pot conduce la fisurarea betonului culeelor i aripilor

acestora, dac racordarea cu terasamentele se realizeaz cu aripi;

pentru realizarea podurilor oblice cu infrastructur integrat trebuie s

se in seama, n faza de proiectare, de efectele de torsiune induse n

structur att de ncrcrile excentrice produse de trafic, dar i de

modificrile ciclice ale mpingerii pmntului din spatele culeelor, care

au tendina de a produce rotiri ale podului;

prezena apei subterane n umplutura din spatele culeelor poate

conduce la tasri;

coloanele pe care sunt fundate culeele i pilele la podurile cu

infrastructur integrat, pot fi suprasolicitate datorit alungirilor i

contraciilor ciclice ale podului. Exist riscul formrii unor articulaii

plastice n coloane, ceea ce reduce considerabil capacitatea lor

portant;

pentru podurile cu infrastructur integrat umplutura din spatele

culeelor nu poate fi realizat din material moale, afnat;

aceste structuri nu se pot utiliza dect pn la anumite valori ale

deschiderilor, mici i medii. EMBED Word.Picture.8

_1045814015.doc