Proiectarea traversării cu podProiectarea trecerii drumului auto de categoria IV peste obstacol acvatic

Date iniţiale:Rîul peste care proiectăm traversarea cu pod se atîrnă la clasa a IV-a după

navigabilitate. În rezultatul cercetărilor topografice, geologice şi observaţiilor hidrologice au fost acumulate următoarele materiale:

a) Profilul secţiunii transversale a fundului rîului în locul traversării;b) Secţiunea geologică a solului sub apă, a albiei şi luncii inundabile;

c) Date despre nivelele maxime medii anuale pe o perioadă anumită (se admite nu mai puţin de 5 ani);

d) Cota absolută şi graficul zero, Ho=120,5m.Podurile mari se proiectează cu PD% de 1%, adică apa poate să se ridice mai sus decît

nivelul maxim de calcul.Pentru determinarea Nivelului Maxim de Calcul este nevoie aranjat nivelele maxime

anuale într-un şir succesiv (de la cel mai mare, la cel mai mic).Pentru aceasta îndeplinim Calculul grafo-analitic a nivelelor de apă.Fiecare din nivelele maxime anuale observate pot fi caracterizate ca PD empirică

determinată după formula:

Si=№−3n+0,4

;

unde: Si−¿ PD empirică;№−¿ numărul de ordine a nivelului în şirul succesiv;n – numărul de nivele în rîndul succesiv (20, din sarcina);

1

Calculele le îndeplinim în formă de tabelă: Tabelul 1

Anul Nivelul apei în anul observării

№, în rînd succesiv

Nivelul apei în rînd

succesiv

Anul №-0,3 Si

1956 880 1 1213 1964 0,7 0,0341957 857 2 1124 1971 1,7 0,0821958 1036 3 1036 1958 2,7 0,1321959 956 4 985 1972 3,7 0,1811960 927 5 967 1970 4,7 0,2271961 825 6 956 1959 5,7 0,2791962 754 7 943 1966 6,7 0,3281963 691 8 927 1960 7,7 0,3771964 1213 9 901 1969 8,7 0,4261966 943 10 880 1956 9,7 0,4751967 773 11 871 1943 10,7 0,5251968 704 12 857 1957 11,7 0,5741969 901 13 840 1976 12,7 0,6231970 967 14 825 1961 13,7 0,6721971 1124 15 804 1974 14,7 0,7211972 985 16 773 1967 15,7 0,7701973 871 17 754 1962 16,7 0,8191974 804 18 721 1975 17,7 0,8681975 721 19 704 1968 18,7 0,9171976 840 20 691 1963 19,7 0,966

Depunem Nivelele pe axa de ordonate a reţelei PD şi pe abscise Si¿100 %.Construim curba nivelelor:

2

După construcţia curbei nivelelor, ultimele 2 poziţii a nivelelor le unim cu o linie dreapta şi determinăm nivelul maxim de calcul cu probabilitatea de depăşire1%.

Fig.1.Reţeaua Probabilităţii de Depăşire.

N cmax=1237 cm;

Cota Nivelelor se calculează de la graficul zero a postului de măsurare. De aceea pentru determinarea cotei absolute N calc ul, în locul trecătorii trebuie de adunat N c

max la cota absolută a graficului zero: deci H c=H o+N c=105,5+12,37=117,87m .

H NAE=113,03;NAE=55,3cm.

3

Calculul morfometricCalculele se îndeplinesc în locul proiectării traversării cu pod deoarece pentru

determinarea deschiderii podului este necesar de ţinut cont de distribuirea apei între albie şi lunca rîului.

Rîurile pot fi: a) cu două lunci; b) cu o luncă din stînga; c) cu o luncă din dreapta.A)

B)

C)

4

Calculul distribuţiei apei între albie şi luncă îl efectuăm folosind formula curgerii uniforme a apei:

Qa .n .

Q=

( ωc√h ) an

(ωc √h ) an+(ωc √h) ln;

unde: Qa . n .−¿ debitul în albia naturală;Q−¿ debitul total;ln – lunca naturală;m – rugozitatea;ω – suprafaţa apei;h – adîncimea apei;c – coeficientul Chezy, c=m∗h1 /6;

5

6

Tabelul 2

Pch + Cota fundului, Hm

Adîncimea apei, h(m)

Adîncimea medie a apei,

hmed(m)

Lungimea, L(m) Suprafaţa,ω (m2)

3 44,5 111,03 6,84 6,89 27,5 189,475

3 70,0 110,93 6,947,345 30 220,35

4 00,0 110,13 7,758,835 50 441,75

4 50,0 107,95 9,9211,18 50 590,00

5 00,0 105,43 12,4414,155 40 566,20

5 40,0 102,00 15,8716,775 60 1006,50

6 00,0 100,19 17,6819,21 10 192,10

6 10,0 97,13 20,7419,825 15 297,375

6 25,0 98,96 18,9114,27 75 1070,25

7 00,0 108,24 9,639,195 35 321,825

7 35,0 109,11 8,768,48 65 551,20

8 00,0 109,67 8,207,52 15 112,80

8 15,0 111,063 6,8411,973 Σ=472,5 Σ=5559,825

Lunca stîngă1 65,0 117,87 0,00 0,36 35 12,62 00,0 117,15 0,72

1,345 30 40,352 30,0 115,90 1,97

2,815 70 197,053 00,0 114,21 3,66

4,895 15 73,4253 15,0 111,74 6,13

6,485 27,5 178,3383 42,5 111,03 6,84

3,18 Σ=177,5 Σ=501,763Lunca dreaptă

8 15,0 111,03 6,84 5,73 35 187,958 55,0 113,97 3,90

3,24 50 162,09 00,0 115,29 2,58

2,325 50 166,259 50,0 115,80 2,07

1,78 50 89,0010 00,0 116,35 1,49

1,05 50 52,5010 50,0 117,15 0,72

0,36 35 12,6010 85,0 117,87 0,00

2,354 Σ=270 Σ=620,30

Formule şi calcule:Ba.n.=472,5 m;

7

ωa .n .=5552,825 m2≈ 5560 m2;ha.n.=11,973 m;c √n=(mh2/3)a . n .=30∗11,9732/3=30∗5,221=156,63;Bl.n.s.=177,5 m;ωl .n . s=501,763 ≈ 502m2;hl . n .s .=3,18 m;

c (√n )=(m /h23)=20∗3,1 8

23=20∗2,162=43,25;

Bl .n . d .=270 m;ωl .n .d .=620,55 ≈620 m2hl . n .d .=2,354 m;

(c √n )=¿;

Qa .b .

Q= 5560∗156,63

5560∗156,63+502∗43,25+620∗35,392= 870862,8

870862,8+21711,5+21943,04= 870862,8

914517,34=0,95;

Din rezultatul calculelor se primeşte că albia în condiţii naturale are debitul egal cu 95%, iar lunca egală cu 5%. Folosind această caracteristică a fluxului de apă determinăm deschiderea podului.

Cota medie absolută a luncii este Hl.r.=113,70m. Prin urmare, nivelele de apă care inundează lunca au valorile faţă de cota graficului zero (113,70 – 105,5 = 8,20m, sau 820cm).

Nivelele observărilor pe perioada de 20 ani, aproximativ egale cu 70%, sunt mai mari decît 820cm, aceasta înseamnă că luncile sunt inundate de 7 ani, timp de 10 ani. Cu toate acestea, am determinat că albia asigură scurgerea apei la 95%, de aceea este nevoie de a calcula deschiderea raţională a podului.

Calculele le vom efectua pentru indicii cînd Lungimea Podului este egală cu lăţimea albiei:

a) Lp = Ba.n.;b) Lp > Ba.n.;c) Lp < Ba.n..

Calculul deschiderii podului

8

Lungimea podului depinde de deformaţiile (afuierele) admisibile a fundului rîului, caracterizate prin coeficientul adîncimii albiei sub pod. Coeficientul afuierii, P – raportul adîncimii maximale a albiei după afuiere la adîncimea albiei în condiţii naturale. Acest coeficient caracterizează deformaţiile celei mai adînci porţiuni a secţiunii transversale a rîului sub pod.

Lungimea podului se determină după valoarea maximă posibilă a afuierilor, numită “limita de jos” (mai mare valoarea decît aceasta nu este posibilă). Limita de jos a afuierilor se determină după formula ”Balanţei limite a aluviunilor (depunerilor)”, atunci cînd lungimea podului este egală cu lăţimea albiei se primeşte afuierile maxime Pmax, iar pentru coeficientul de afuiere minim Pmin =1, lungimea maximă a podului se determină după formula:

Lmax=Ba .n .

1−λ ( QQa .n .

)43= 472.5

1−0,04 ( 914517,34870862,8 )

43=491,667∗1,05

43=524,609 m ;

Unde: λ−¿strangularea fluxului de apă de către pile, λ=0,04 .Lungimea minimă a podului Lmin= Ba.n.= 472,5 m, iar coeficientul de afuiere la această

lungime:

Pmax=( Q

Qa .n .

)89∗1

(1−λ)23

=( 914517,34

870862,8)

89∗1

(1−0,04)23

=¿ 1,0589∗1

0,9623

=1,044∗1,028=1,073 ;

Pentru fiecare valoare dintre Pmin = 1 şi Pmax = 1,073 îi corespunde lungimea podului

L=Lmax

P32

,

L=524,609

1,0432

=524,6091,061

=494,48 m .

Pentru fiecare lungime a podului este nevoie de ţinut cont nu numai de coeficientul de afuiere P, dar şi de probabilitatea erorilor în timpul calculelor şi de asemenea adîncimea afuierilor locale în formă pîlnie care apare la pile.

Deci pentru a determina cota fundului rîului după afuiere, ne folosim de următoarea formulă:

∇a . f .=H c−[ P hmax (1+∆ P /P )+hp ] ,unde:∇a . f .−¿ cota fundului rîului după afuiere;

H c−¿Nivelul maxim de calcul, H c=117,87 m;

P−¿ coeficientul afuierii primit;∆ P /P−¿ eroarea relativă pentru determinarea coeficientului afuierii,

∆ P /P=0,15 ;hmax−¿ adîncimea maximă a apei în albia rîului, hmax=19,825 m .

Adîncimea preriei:

hp=3,8 k ( √c∗Pg∗b∗p )

0,9

∗bp−30 d

Pentru pile obişnuite, coeficientul k = 1 (tab.20.1, PAD – II). Pentru soluri de nisip sau nisipoase, valoarea 30 d ≈ 0. Pentru rîurile de categoria a IV – a după navigabilitate, lungimea unei deschideri este de 80 – 60 m cu lăţimea pilelor ≈ 2,5m.

9

√c p= P1 /8

(1−λ )1 /4 =1,51,060,94

=1,6ms

;

hp=3,8∗1 ( 1,69,8∗2,5 )

0,9

∗2,5=1,2 m.

De aici primim 117,87−(1∗19,825∗1,15+1,2 )=23,0 ;

∇a . f .=117,87−23,00=94,87 m.

Înlocuind în loc de P în formulă, diferite valori a lui în intervalul Pmin=1→ Pmax=1,07 3

Rezultatele primite le introducem în următoarea tabelă:Tabelul 3

Caracteristicile podului şi afuierii

Coeficienţii afuierii, P Pmax

Pmin=1,00 P=1,020 P=1,040 P=1,06 P=1,073

L 524,609 509,33 494,448 481,293 472,50∇a . f . 94,87 93,415 92,959 92,503 92,207

∇ tălp . fundației 93,57 92,45 91,659 91,203 90,903hf 17,46 18,915 19,371 19,827 20,127

După condiţiile tehnice de proiectare a podurilor, adîncimea împlîntării tălpii fundaţiei

masive a pilelor, trebuie să nu fie mai mică decît adîncimea pîlniei afuierilor locale sau 2,5

m.

În cazul nostru hp=1,2 m<2,5 m , atunci ∇ t . f . faţă de ∇a . f . va fi mai joasă cu 2,5−1,2=1,3 m

h f=H NAE−∇ t . f .=111,03−∇ t . f .

10