Poduri-Cap1

UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” TIMISOARAR O M A N I A FACULTATEA de CONSTRUCTII DISCIPLINA DE PODURI METALICE Str. Tr. Lalescu 2a/ RO-300.224 TIMIŞOARA

P O D U R I M E T A L I C E

Moto:“Oamenii construiesc prea multe ziduri si prea puţine poduri” Isac Newton

Capitolul 1SCURT ISTORIC ASUPRA DEZVOLTĂRII PODURILOR

Definiţie: Podul este o construcţie de artă auxiliară unei căi de comunicaţii terestre, destinată susţinerii şi asigurării

continuităţii acesteia în dreptul unor obstacole.

Cuvântul pod provine din limba slavă şi înseamnă sol sau podea. Cel mai larg răspândit simbol al podului sau punţii este: construcţie care îngăduie trecerea de pe un mal pe celălalt. Această trecere înseamnă şi trecerea de la pământ la cer, de la starea omenească la cele supraomeneşti, de la contingenţă la nemurire, de la lumea sensibilă la cea suprasensibilă [1].

„Din toate câte le înalţă şi le zideşte omul din instinct vital, nimic nu este mai bun şi mai vrednic de ochii mei decât podurile. Ele sunt mai importante decât casele, mai sfinte, căci sunt mai obşteşti decât templele. Ale tuturor, egale cu toată lumea, folositoare, sunt durate întotdeauna cu chibzuinţă, în locul în care se întretaie cele mai multe trebuinţe ale oamenilor, mai trainice decât alte construcţii şi fără să slujească unor scopuri rele sau ascunse.

..........

Căci totul este o trecere, un pod ale cărui capete se pierd în infinit şi fată de care toate podurile de pe pământ nu sunt decât nişte jucării copilăreşti, nişte simboluri palide. Iar toate speranţele noastre ne stau în faţă, pe malul celălalt.”Ivo Andrici (1892 – 1975): Scriitor şi diplomat iugoslav, originar din Bosnia.

A obţinut premiul Nobel pentru literatură - 1961În accepţiunea unanimă, podurile au fost considerate din cele mai vechi timpuri şi au rămas şi astăzi adevărate opere de artă, care au stârnit admiraţia oamenilor pentru îndârjirea cu care rezistă sarcinilor la care sunt supuse, pentru îndrăzneala cu care traversează cele mai neobişnuite obstacole, aşezate în cale (şuvoaie de apă vijelioase, văi adânci, căi de comunicaţii, etc.), pentru măreţia şi impozanţa lor şi nu în ultimul rând pentru utilitatea lor în stabilirea şi dezvoltarea relaţiilor economico-sociale şi culturale dintre oameni.Multă vreme rolul funcţional al podurilor era acela de a permite traversarea cursurilor de apă. Cu alte cuvinte podul trebuia să susţină calea de transport şi vehiculele ei, lăsând dedesubt un spaţiu liber necesar trecerii apelor. Ulterior noţiunea de pod s-a extins, fiind necesare traversări ale unor căi de transport, a unor spaţii interzise (de exemplu – în gări, triaje, intersecţii denivelate pe autostrăzi, conducte, canale, etc.).

Prof. dr. ing. Radu Băncilă & conf. dr. ing. Edward Petzek 2006 1

Traversarea obstacolului printr-un pod presupune deci, o structură de rezistenţă care să susţină calea de transport şi greutatea vehiculelor respective şi un spaţiu liber între construcţie şi obstacol. Podurile fac parte din construcţiile inginereşti cele mai importante, în modul lor de construcţie reflectându-se nivelul tehnic şi ştiinţific al diferitelor epoci istorice.Pentru a marca drumul parcurs de construcţia podurilor până în prezent este interesant a se analiza prin comparaţie:

1. Un pod natural cum este cel din statul Utah (S.U.A.) sau Podul lui Dumnezeu (România) de lângă localitatea Ponoare – se spune că este singurul pod natural aflat în exploatare.

Pod natural statul Utah Podul lui Dumnezeu DJ 670

Figura 1 Pod natural statul Utah

2. Proiectul profesorului Sergio Musmeci pentru podul peste strâmtoarea Messina, care

va lega coasta Calabria a peninsulei italiene de insula Sicilia. Este vorba despre proiectul unui pod suspendat măsurând în deschiderea centrală 3300 m.

a) Dispoziţie generală

b) Secţiune transversală


c) Plan de situaţie d) Fotografie simulata a podului

Figura 2 Podul peste strâmtoarea Messina – Italia (proiect)

Ideea de bază este aceeaşi – nevoia, necesitatea de traversare. Alcătuirea constructivă este asemănătoare. Metodele de construcţie a podurilor s-au dezvoltat şi perfecţionat de-a lungul istoriei ele evoluând concomitent cu dezvoltarea transporturilor. Dacă la început traversarea apelor se făcea prin vaduri vara, iarna peste apa îngheţată sau peste poduri naturale, ulterior omul primitiv a creat poduri prin prăbuşirea unor copaci peste văile înguste, cu ajutorul unor liane sau prin aruncarea unor pietre în cursul apei.

Herodot menţionează că primul pod mai important a fost construit în Babilon peste râul Eufrat, pe vremea împăratului Nabucodonosor (600 î.e.n). Podul avea cca. 300m lungime şi a fost construit pe uscat prin colectarea apelor fluviului într-un imens lac de acumulare. Pilele au fost realizate din zidărie de cărămidă, pe care rezemau buşteni din lemn de palmier din care era realizată suprastructura.

În timpul expediţiilor militare, perşii foloseau la traversarea unor cursuri de apă, poduri provizorii pe vase (astfel au trecut trupele lui Darius I Bosforul şi apoi Dunărea, lângă Brăila, în timpul războiului contra sciţilor; anul 515 î.e.n.).În timpul romanilor construcţia podurilor s-a dezvoltat în mod deosebit, imperiul roman având o reţea de drumuri de peste 60 000 km. Romanii cunoşteau materiale de construcţie mai evoluate. Nisipurile vulcanice (tufurile) erau folosite la prepararea mortarelor hidraulice pentru zidăriile executate sub apă. Totodată romanii erau maeştri neîntrecuţi ai bolţilor (figura 3). Arta executării bolţilor au moştenit-o de la etruşci, popor a cărui origine este încă disputată (se presupune că originea poporului etrusc o reprezintă actuala provincie Toscana din Italia). Tehnica realizării bolţilor este diferită, ea prezentând forme distincte, spre exemplu:

egiptenii au folosit bolţile triunghiulare înalte;perşii au folosit bolţile triunghiulare scunde;grecii au folosit bolţile dreptunghiulare, curbate la partea superioară;etruşcii au folosit bolţile circulare.

Egipteni Perşi Greci

Etruşci


Bolţi din zidărie întâlnite la podurile romaneFigura 3 Tipuri de bolţi

Dacă la primele trei categorii rosturile zidăriei din piatră sau cărămidă arsa erau orizontale respectiv verticale, etruşcii au fost primii care au introdus bolţile cu rosturile perpendiculare pe conturul bolţii, soluţie care se foloseşte în general şi astăzi.

În această perioadă s-au construit un număr impresionant de poduri, din care se amintesc:

poduri pe bolţi de piatră construite la Roma; unele dintre acestea restaurate sunt şi astăzi în exploatare, spre exemplu:- Pons Fabricius care traversează râul Tibru reprezintă cel mai vechi pod roman care mai există şi astăzi din Roma. Podul a fost dat în folosinţă în anul 62 î.e.n. şi reprezintă creaţia arhitectului roman Lucius Fabricius. Podul creează legătura între oraşul Roma de insula Tiberina.

Figura 4 Podul Fabricius – RomaPodul Aelius sau podul Sant’ Angelo, peste râul Tibru la Roma, a fost construit de către romani în anul 134 î.e.n.

Figura 5 Podul Aelius (Sant’ Angelo)


Cel mai mare pod construit de către romani a fost cunoscutul pod peste Dunăre, la Drobeta - Turnu Severin, realizat în anii 103 –105 e.n. în timpul celei de a doua campanii a împăratului Traian pentru cucerirea Daciei. Podul a fost construit sub conducerea arhitectului Apollodor din Damasc. Din scrierile istoricului Dio Cassius respectiv din basoreliefurile existente pe columna lui Traian din Roma (figura 6), cât şi pe baza altor studii realizate la noi în ţară, a putut fi reconstituită alcătuirea generală a podului. Conform acestor studii podul avea 21 de deschideri egale, care măsurau cca. 33 m (figura 7).

Figura 6 Basorelief de pe Columna lui Traian – Roma

Figura 7 Vederea podului Traian peste Dunăre (Reconstituire) Amplasarea podului a fost aleasă într-o zonă unde Dunărea este puţin adâncă. Podul în

lungime totală de 1134.5 m a fost alcătuit dintr-o structură de 21 de arce de 51 m deschidere, rezemate pe pile masive realizate din zidărie de piatră, fiind legate între ele cu mortar roman. În secţiune transversală secţiunea era alcătuită din 6 arce din lemn dispuse la 1.8 m distanţă, având un carosabil de 9.3 m. La capete podul dispunea de rampe de acces sub formă de bolţi de piatră, trei în partea dreaptă şi două în partea stângă, terminate cu portale impozante, ornate cu statui reprezentând ostaşi romani.

Figura 8 Elevaţie culee – Pod Traian Figura 9 Podul lui Traian – Vedere laterală


Figura 10 Pilele podului lui Traian – situaţie actuală (foto 1992)Podul a rezistat până in anul 271, când romanii s-au retras peste Dunăre, datorită invaziei barbarilor pe teritoriul Daciei.

Tot din perioada imperiului roman datează şi alte construcţii care pot intra în domeniul podurilor şi anume apeductele romane; acestea serveau la transportul apei la mare distanţă. Astfel de apeducte s-au construit în Italia, Franţa, Spania, cel mai cunoscut şi bine păstrat până în prezent fiind „Pont du Gard”, situat lângă oraşul Nîmes – Franţa.

Figura 11 Pont du GardAcest apeduct a fost realizat din bolţi suprapuse pe trei nivele; aceste bolţi înlocuiesc pilele înalte şi micşorează greutatea moartă a zidăriei.Este cunoscut faptul că marile lucrări de construcţii din perioada romană erau conduse şi executate de corporaţii de arhitecţi. Astfel, meseria de arhitect îşi urma sensul ei etimologic – în limba greacă arhitect însemnând constructor şef. Una dintre primele scrieri de specialitate datează din această perioadă şi anume lucrarea lui Vitruvius „De Arhitectura”. Lucrarea a fost scrisă în perioada lui Caesar şi Augustus, fiind concepută în zece volume.Construcţia de poduri a stagnat în perioada istorică următoare, evul mediu fiind caracterizat prin organizarea economico-socială feudală. În perioada evului mediu se observă tendinţa constructorilor de raţionalizare a formelor elementelor constructive. Totodată biserica catolică devine o organizaţie feudală puternică, care introduce un ordin al „călugărilor podari” (frères pontifs). Construcţiile podurilor din antichitate, ca şi cele din evul mediu se executau de meşteri cu simţ practic dezvoltat, îmbunătăţind mereu structurile cu elemente noi. Leonardo da Vinci (1452 – 1519), Stevin (1548 – 1620), Varignon (1654 – 1712) sunt primii care încearcă să fundamenteze teoretic structurile din bare.

Începând cu secolul al XIV-lea, în perioada Renaşterii, s-au realizat o serie de poduri din cărămidă de mare valoare arhitectonică. Dintre acestea se remarcă Ponte di Rialto, construit peste canalul Grande, la Veneţia, în anul 1591. Podul are o deschidere de 26.8 m şi a fost proiectat de către Antonio da Ponte; acesta a fost câştigătorul concursului ce a avut loc pentru desemnarea proiectantului; se menţionează că la concurs s-au prezentat nume celebre cum ar fi Michelangelo şi Palladio. Podul se impune şi astăzi printr-o eleganţă deosebită.


Figura 15 Podul Rialto - VeneţiaTot în această perioadă, lucrări remarcabile se realizează şi în Franţa, sub conducerea

arhitectului Perronet. Acesta este primul care face distincţia dintre profesiunea de arhitect care vizează în principal aspectul estetic, utilitar şi cea de inginer, care trebuia să se preocupe de executarea unor construcţii rezistente şi economice. Perronet înfiinţează şi o adevărată şcoală de poduri, atât el cât şi elevii săi fiind autorii unor numeroase lucrări de poduri, în special pe bolţi din piatră.

În secolul al XIX-lea, odată cu revoluţia industrială începută în Anglia (prima cale ferată 1825 – Anglia), podurile au început să se dezvolte în mod rapid. În anul 1779 se dă în folosinţă primul pod metalic la Coalbrookdale în Anglia. Acest pod traversează râul Severn la Brosely şi a fost executat din fontă pe o deschidere de 30.5 m. Soluţia are la bază utilizarea a cinci arce semicirculare legate între ele prin montanţi, care au rolul de a susţine calea. Anglia este ţara unde s-au construit primele cuptoare şi s-a produs pentru prima dată fonta.

Figura 16 Podul Coalbrookdale - Anglia

Au urmat mai multe poduri din fontă executate în diferite landuri ale Germaniei şi in alte ţări europene.

Începând cu Galileo Galilei (1564 – 1642) care îşi pune problema modului de deformare şi solicitare la încovoiere, continuând cu Robert Hooke (1635 – 1703), Jacob Bernoulli (1654 – 1705), Leonard Euler (1707 – 1783) şi alţii, se pun bazele ştiinţelor tehnice şi a unui alt mod de percepere şi concepere a unei structuri.


Fonta folosită iniţial în arce este treptat înlocuită cu oţelul pudlat şi apoi cu oţelul carbon (oţel moale - fiindcă are un conţinut redus de carbon). Oţelul modern a fost pentru prima dată produs în cuptoarele Bessemer (1860) şi Thomas (1879). Astfel constructorul de poduri a avut la dispoziţie un material aproape ideal. În continuare s-au realizat o serie de poduri remarcabile din oţel cu grinzi cu inimă plină sau cu grinzi cu zăbrele. Marea majoritate a structurilor podurilor metalice executate în această perioadă sunt în soluţia cu grinzi cu zăbrele. Structurile cu zăbrele au dominat toată istoria dezvoltării podurilor de cale ferată şi ulterior cele rutiere.

În acest sens exemplul cel mai des întâlnit în literatură este remarcabila structură a podului Firth of Forth din Scoţia, executat în perioada 1882 – 1890 sub conducerea inginerilor Baker şi Fowler. Podul este construit peste un golf marin şi are patru deschideri: două marginale de câte 205.73 m fiecare şi două deschideri centrale, egale, care măsoară 518.15 m. Podul a deţinut mult timp recordul mondial de deschidere. În figura 24 sunt prezentate cele mai remarcabile structuri cu grinzi cu zăbrele.

Figura 17 Poduri cu grinzi cu zăbrele

Dezvoltarea foarte mare a podurilor, fapt care a permis şi realizarea unor structuri cu deschideri record s-a produs cu precădere în secolele XIX –XX, susţinută totodată şi de apariţia formulelor de calcul şi verificare - Navier şi Jurawski, precum şi existenţa unor legi cum ar fi Bernoulli, Hooke, Euler. La aceasta se adaugă şi perfecţionarea continuă a tehnologiei de producere a oţelului şi obţinerea unor oţeluri cu calităţi din ce în ce mai performante.

În secolul al XX – lea au fost realizate numeroase poduri de dimensiuni mari. Pentru acoperirea unor deschideri cât mai mari au fost introduse noi sisteme cum sunt: podurile suspendate şi hobanate.

Poduri suspendate

Un fir suspendat la capete ia ca forma naturală curba de echilibru sub acţiunea greutăţii proprii – formă denumită lănţişor. Din antichitate oamenii au intuit şi au folosit această calitate folosind firul pentru traversări (liane). În secolul XIX, constructorii de poduri au realizat în acest scop lanţuri din bare, fiecare bară fiind alcătuită din mai multe plăci, îmbinate cu buloane. În acest sistem au fost executate poduri pe lanţuri de deschideri mijlocii şi mari. Execuţia acestor lanţuri era extrem de laborioasă iar comportarea lor nesigură.

La sfârşitul secolului XIX şi în secolul XX industria a reuşit să producă aşa numitele cabluri alcătuite din fire trase de oţel de diferite forme şi dimensiuni capabile la rezistenţe foarte mari. Astfel au apărut poduri suspendate din ce în ce mai sigure în exploatare – cu deschideri tot mai mari.


Un pod suspendat în principiu are puţine elemente componente: cabluri portante, piloni sau turnuri, grinzile căii, calea, tiranţi de susţinere a căii şi masivele de ancorare. În decursul unui secol s-au executat multe poduri suspendate, fiecare pod acumulând experienţa celor precedente. În special catastrofa podului Tacoma (S.U.A) a dovedit sensibilitatea podurilor suspendate la acţiunea vântului în rafale. Acest eveniment petrecut în data de 7.11.1940, ora 11:00 a.m., a condus la studierea fenomenelor de oscilaţie induse de acţiuni dinamice ale traficului, vântului, de acţiuni seismice şi respectiv la perfecţionarea concepţiei de alcătuire, cât şi a metodelor de calcul. Podul Tacoma s-a prăbuşit datorită vibraţiilor produse de un vânt de 65 km/oră (viteză relativ redusă a vântului).

Figura 18 Colapsul podului Tacoma - 1940

Podul cu deschiderea cea mai mare din lume este Akasi – Kaikyo din Japonia (figura 19), care leagă două insule. Podul măsoară o lungime totală de 3190 m, în deschiderea centrală având 1990 m.Al doilea pod ca mărime din lume este Humber Bridge din Anglia (figura 19). Podul măsoară în deschiderea centrală 1410 m.


Figura 19 Podul Akasi – Kaikyo – 1998

Figura 20 Podul Humber - 1981

Următoarele poduri d.p.d.v. al deschiderii sunt: Verrazzano-Narrows de la New York cu L = 1293 m şi Golden Gate în San Francisco cu L = 1283 m.

Figura 21 Podul Verrazzano – 1964


Figura 22 Podul Golden Gate - 1937

Domeniul deschiderilor podurilor suspendate este, în prezent, între 800 şi 2000 m. Apariţia calculatoarelor, testarea machetelor în tuneluri de vânt şi la acţiuni similare acţiunilor seismice au condus la cunoaşterea comportării structurilor suspendate şi respectiv la perfecţionarea normelor de calcul.

Poduri hobanate

Apariţia podurilor hobanate în anii ’50 a reprezentat o etapă care a revoluţionat concepţia podurilor metalice cu deschideri mari. Acest sistem are o rigiditate sporită, comparativ cu podurile suspendate, deoarece elementele principale, hobanele (cabluri), pilonii şi grinzile principale formează triunghiuri – care reprezintă elementul indeformabil în plan. Hobanele înlocuiesc reazemele (pilele) realizând o grindă continuă cu reazeme elastice. În decursul relativ scurt de circa 50 de ani, structurile hobanate s-au dezvoltat impresionant. Cele trei elemente componente principale s-au diversificat ca alcătuire, formă şi dispoziţie în plan şi spaţiu.În figura 31 se prezintă variante de dispunere a cablurilor în plan şi spaţiu, iar în figura 32 se prezintă formele pilonilor. Domeniul de folosire obişnuit este cel de 300 – 800 m.

Figura 23 Dispunerea cablurilor în plan şi spaţiu


Figura 24 Forme tipice ale pilonilor

În continuare este prezentat podul hobanat Normandie – Franţa.

Figura 25 Podul Normandie – Franţa


Dezvoltarea podurilor în RomâniaÎn România au fost construite poduri din lemn şi din piatră din cele mai vechi timpuri,

iar începând cu secolul al XIX –lea s-au executat şi poduri metalice şi din beton. La Timişoara au fost construite în general primele poduri din beton armat mai importante din România. În anul 1910 s-au construit podurile din beton – podul Traian de la Maria şi podul Decebal.

Cea mai importantă construcţie de pod din ţara noastră a fost podul peste Dunăre, de la Cernavodă, realizare inginerul român Angel Saligny. Acest pod – Carol I – construit în perioada 1890 – 1895, a reprezentat la vremea respectivă cel mai mare pod metalic cu grinzi cu zăbrele din Europa continentală.

Figura 26 Pod Regele Carol I (Ing. Anghel Saligny)

Capitolul 2 Noţiuni despre estetica podurilor Prof. dr. ing. Radu Băncilă & conf. dr. ing. Edward Petzek 2006 13

Poduri-Cap1

Documents

Transcript of Poduri-Cap1