carte poduri

Volumul 1, Nr.7, 2004

Societatea Academica"Matei - Teiu Botez", Iasi

ISSN 1582 - 3024

Lumea Podurilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Colectiv editorial

Constantin JANTEA ef de colectiv Catedra de Ci de Comunicaii i Fundaii Facultatea de Construcii, Universitatea Tehnic Gh. Asachi Iai [email protected]

Cristian Claudiu COMISU Secretar Catedra de Ci de Comunicaii i Fundaii Facultatea de Construcii, Universitatea Tehnic Gh. Asachi Iai [email protected]

Nicolae POPA Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti Facultatea Cai Ferate Drumuri i Poduri Catedra de Poduri Dragos TEODORESCU Institutul de Studii i Proiectri Ci Ferate Bucureti Victor POPA SC Iptana Search Bucuresti [email protected] Radu BANCIL Universitatea Politehnica din Timioara Facultatea de Construcii i Arhitectur [email protected] Cornel JIVA Universitatea Politehnica din Timioara Facultatea de Construcii i Arhitectur Departamentul de Construcii Civile Industriale i Agricole [email protected] Adrian BOTA Universitatea Politehnica din Timioara Facultatea de Construcii i Arhitectur [email protected] Octavian BOTA Universitatea Tehnic Cluj-Napoca Facultatea de Construcii i Instalaii Catedra de Ci ferate, Drumuri i Poduri Gabriela VIOREL Universitatea Tehnic Cluj-Napoca Facultatea de Construcii i Instalaii Catedra Ci ferate, Drumuri i Poduri [email protected] Petru MOGA Universitatea Tehnic Cluj-Napoca Facultatea de Construcii i Instalaii Catedra Ci ferate, Drumuri i Poduri [email protected] Liviu POPOVICI SC Drum Proiect Bacu

ISSN 1582-3024Intersections/Intersecii, Vol.1, Nr.7r, 2004 1


Cuprins

T Metode de determinare a strii tehnice a podurilor (rezumat) de C. Tridon, R. Scnteie

T Aspecte statistice privind degradarea structurilor de poduri (rezumat) de R. Scnteie, C. Tridon

T Analiza comportrii dinamice sub aciunea incrcrilor din trafic a unui vechi pod metalic reabilitat de B. Boldus, D. Boldus, R. Bncil

T Influena diferitelor sisteme de tirani asupra stabilitii laterale a podurilor metalice cu arce de I. R. Rcnel

T Consideraii privind integrarea calculatorului electronic n ingineria podurilor de C. Ionescu, R. Scnteie

T Reabilitarea podurilor din beton cu ajutorul plcilor de suprabetonare de P. I. Radu, F. Burtescu, C. Chiotan

ISSN 1582-3024Intersections/Intersecii, Vol.1, Nr.7r, 2004 2


Lumea podurilor

Metode de determinare a starii tehnice a podurilor

Christian TRIDON1, Rodian SCNTEIE2 1 Director, GETEC Company, France

2 Dr, Sef Divizie Ooduri, CESTRIN Bucuresti, Scinteie Rodian, e-mail [email protected]

Rezumat Podurile reprezint structuri critice n cadrul reelei rutiere. Starea de viabilitate a podurilor susine sau limiteaz desfurarea unui trafic n concordan cu necesitile societii moderne, bazat pe mobilitatea persoanelor, bunurilor i serviciilor.

Autorii fac o comparaie ntre dou sisteme de evaluare a strii de defectare a podurilor i aduc n discuie diferenele de apreciere i factorii care unesc aceste dou metode.

Articolul este structurat n urmtoarele seciuni:Introducere; Metode de evaluare a podurilor;Concluzii.

Meninerea n stare de funcionare a podurilor presupune o cunoaterea i analiza strii tehnice a acestora pentru a putea decide asupra celor mai potrivite strategii de ntreinere, reparare, reabilitare, nlocuire.

Pe plan mondial, dei se urmrete acelai scop i se respect n linii mari aceleai principii, nu exist o metod unic de determinare a strii tehnice a podurilor. Fiecare ar, uneori fiecare comunitate, i-a ales propriul sistem de notare i determinare a degradrii structurale i a disfucionalitii podurilor.

Cele dou metode prezentate au fost utilizate pentru a inspecta i evalua un eantion de poduri de pe drumurile naionale din Romnia n cadrul unui studiu la care au participat, pe de o parte specialiti din CESTRIN i pe de alt parte specialitii firmei GETEC din Frana. n cadrul unei convenii de colaborare au fost inspectate un numr de peste 1000 de poduri de pe drumurile naionale din Romnia.

Acest proiect s-a desfurat n cadrul programelor europene de pre-aderare la Uniunea European i a cuprins, n principiu, lucrrile de art aflate pe cele dou coridoare pan-europene aflate pe teritoriul Romniei i care se regsesc sub cupola TINA (Transport Infrastructure Needs Assessment Evaluarea Necesitilor Infrastructurii Transporturilor).

ISSN 1582-3024 Artiocl nr.26r, Intersections/Intersecii, Vol.1, 2004, No.7r, Lumea podurilor 3


Lumea podurilor

Aspecte statistice privind degradarea structurilor de poduri

Rodian SCNTEIE1, Christian TRIDON2, 1 Dr.., Sef Departament Poduri, CESTRIN Bucuresti, e-mail: [email protected]

1 Director, GETEC Company, France

Rezumat Analiza strii tehnice a podurilor presupune evidenierea defectelor constatate n urma inspeciei vizuale i evaluarea n conformitate cu o scal de punctare stabilit prin norme tehnice recunoscute de ctre specialiti.

n lucrarea de fa s-a realizat o comparaie a rezultatelor statistice obinute ca urmare a aplicrii la acelai set de poduri a dou sisteme diferite de evaluare. Presupunnd, pentru structuri similare, o anumit similaritate a defectelor aprute, cu variaii cauzate de condiiile de trafic, de clim i de hidrologie autorii au fcut o trecere n revist a defectelor ntlnite pentru un eantion reprezentativ de poduri considernd rezultatele inspeciilor realizate din teren pentru un numr de peste 700 de poduri.

Articolul este structurat n urmtoarele seciuni: Introducere, Date generale, Frecvena de apariie a defectelor, Defecte ntlnite. Starea de degradare a unui pod este, n ambele sisteme, evaluat prin identificare defectelor i acordarea unei note conform cu algoritmul predefinit. Pentru datele obinute n urma inspeciilor analizat procentul de defecte aa cum sunt ele codificate de cele dou sisteme. Lista lor i modalitatea de notare difer lucru ce se reflect ntr-o distribuie diferit.

Totodat modalitatea de calcul a valorii totale a degradrii este diferit pentru cele dou sistem. De aici rezult o diferen n distribuia podurilor pe baza strii de degradare. Pentru o mai uoar comparaie n text s-a realizat o aducere la aceeai scal a valorilor degradrii prin utilizarea unor coeficieni astfel nct la ambele intervalul de valori s fie ntre 0 i 9 (0 degradare minim, 9 degradare maxim).

Rezultate obinute pot fi utilizate n analiza corectitudinii actualelor normative i instruciuni de stabilire a strii tehnice i pentru viitoare calibrri ale scalei de evaluare.

ISSN 1582-3024 Article no.27r, Intersections/Intersecii, Vol.1, 2004, No.7r, Lumea podurilor 4


Lumea podurilor

Analiza comportarii dinamice sub actiunea incarcarilor din trafic a unui vechi pod metalic reabilitat

Bogdan BOLDUS1, Dorel BOLDUS2, Radu BNCIL3 1 Ing. M.Sc-Student, POLITEHNICA University of Timisoara, Romania, [email protected]

1 Ass.-Prof., Ph.D.Eng, POLITEHNICA University of Timisoara, [email protected] 1 Prof., Ph.D.Eng, POLITEHNICA University of Timisoara, [email protected]

Rezumat Pe teritoriul de azi al Banatului, dar si in restul Romaniei, se gasesc inca un insemnat numar de poduri metalice, atat de cale ferata cat si de sosea, construite in perioada de la sfarsitul secolului al XIXlea si primele decade ale secolulyui al XXlea cand tinutul se afla sub administratie austro-maghiara.. Avand in vedere vechimea acestor structuri cat si conditiile actuale de exploatare, mult mai severe decat cele avute in vedere la proiectarea si executia lor, a devenit imperios necesara o verificare amanuntita a capacitatii lor portante pentru cunoastere si luarea masurilor necesare pentru mentinerea lor in exploatare in conditii acceptabile de siguranta. O situatie aparte o reprezinta podul de sosea peste Mures de la Savarsin. Acest pod situat pe drumul judetean DJ 707A, la km. 1+271, a fost construit in anul 1897 iar in anul 1997, in urma unei expertize tehnice neconcludente, a fost inchis circulatiei publice, in prezent fiind permisa doar circulatia pietonala si a autoturismelor usoare, structura metalica nebeneficiind de intretinerea curenta regulamentara. Aceasta stare de fapt creeaza serioase dificultati traficului rutier in zona dar mai ales activitatii economice din agricultura deoarece majoritate terenului agricol al comunei Savarsin se gaseste situat pe malul opus al Muresului iar cel mai apropiat punct de trecere al raului se gaseste la o distanta de 40 km. Imposibilitatea finantarii reconstructiei unui pod nou a condus la ideea reabilitarii suprastructurii podului existent pentru cerinte minime. Un astfel de demers a fost efectuat de colectivul de poduri metalice de la Universitatea Politehnica din Timisoara si s-a finalizat in anul 2000 cu un proiect tehnic de consolidare a podului cu urmatoarele solutii: inlocuirea caii actuale pe profile Zors cu o placa din beton armat sustinuta de tabla cutata si in conlucrare cu grinzile caii, inlocuirea lonjeronilor marginali si consolidare directa a celor intermediari, consolidarea directa si indirecta a antretoazelor si a grinzilor principale, inlocuirea contravantuirii superioare deteriorate. In colaborare cu catedra de Mecanica constructiilor de la TU Muenchen, s-a efectuat si o analiza cu MEF, utilizand programul Nastran-MSC, a comportarii dinamice a podului reabilitat si simularea trecerii unui camion cu o anumita viteza. Principalele aspecte si concluziile rezultate sunt prezentate in lucrarea de fata.

ISSN 1582-3024 Articol nr.29r, Intersections/Intersecii, Vol.1, 2004, No.7r, Lumea podurilor 5


B. Boldus, D. Boldus, R. Bncil

Lumea podurilor

1, INTRODUCERE

Pe teritoriul de azi al Banatului, dar si in restul Romaniei, se gasesc inca un insemnat numar de poduri metalice, atat de cale ferata cat si de sosea, construite in perioada de la sfarsitul secolului al XIXlea si primele decade ale secolulyui al XXlea cand tinutul se afla sub administratie austro-maghiara. Desi dupa reglementarile actuale durata normata de exploatare a unui astfel de pod este limitata la 100 de ani, multe dintre acestea nu au putut fi inlocuite la timp cu structuri noi, in principal din motive financiare, si ca urmare se afla inca in exploatare. Avand in vedere vechimea acestor structuri cat si conditiile actuale de exploatare, mult mai severe decat cele avute in vedere la proiectarea si executia lor, a devenit imperios necesara o verificare amanuntita a capacitatii lor portante pentru cunoastere si luarea masurilor necesare pentru mentinerea lor in exploatare in conditii acceptabile de siguranta. O situatie aparte o reprezinta podul de sosea peste Mures de la Savarsin. Acest pod situat pe drumul judetean DJ 707A, la km. 1+271, a fost construit in anul 1897 iar in anul 1997, in urma unei expertize tehnice neconcludente, a fost inchis circulatiei publice, in prezent fiind permisa doar circulatia pietonala si a autoturismelor usoare, structura metalica nebeneficiind de intretinerea curenta regulamentara.

4 x 39,80 m; Ltot = 175,0 m Figura 1. Elevatie pod Savarsin

Figura 2. Structura de rezistenta a vechiului pod

ISSN 1582-3024 Articol nr.29r, Intersections/Intersecii, Vol.1, 2004, No.7r, Lumea podurilor 6 Aceasta stare de fapt creeaza serioase dificultati traficului rutier in zona dar mai ales activitatii economice din agricultura deoarece majoritate terenului agricol al


Analiza comportarii dinamice unui pod metalic reabilitat

Lumea podurilor

comunei Savarsin se gaseste situat pe malul opus al Muresului iar cel mai apropiat punct de trecere al raului se gaseste la o distanta de 40 km.

2. STRUCTURA DE REZISTENTA A SUPRASTRUCTURII

Concrete Bc20 (B250)

N it 19x65 STAS 797-80P-208

P -103

12x200...190P-203

5x190

280

40

C onnectors 19 la 100 m mP-213

R ivet 19x65 STAS 797-80P208

12x98...190 P -204

11

L 90x90x9

H EB 260...200 P -302

P-303 G useu CV in f.

14x200...6646 P -201 (TIE M EM BER !)

N it 19x55 STAS 797-80P209L80x80x8

10x260

P-109 L80x80x8P-110

12x190...200 P -203

5x190

P-107

P-102

P-103

P-108

160

12x98...190P-204

P-208

10x600P -110P-109

40 80

Asphaltic concrete layer

10x260...6000P-202

U 26T IE

Figura 3. Detaliu de alcatuire antretoaza

780

Hm

in 4

.30

Concrete slab

Asphaltic concrete layer

1600780

Connectors

1600 1600

Waterproofing

Figure 4. Bridge cross section



B. Boldus, D. Boldus, R. Bncil

Lumea podurilor

3. REABILITAREA PODULUI

Imposibilitatea finantarii reconstructiei unui pod nou a condus la ideea reabilitarii suprastructurii podului existent pentru cerinte minime. Un astfel de demers a fost efectuat de colectivul de poduri metalice de la Universitatea Politehnica din Timisoara si s-a finalizat in anul 2000 cu un proiect tehnic de consolidare a podului cu urmatoarele solutii: inlocuirea caii actuale pe profile Zors cu o placa din beton armat sustinuta de tabla cutata si in conlucrare cu grinzile caii, inlocuirea lonjeronilor marginali si consolidare directa a celor intermediari, consolidarea directa si indirecta a antretoazelor si a grinzilor principale, inlocuirea contravantuirii superioare deteriorate.

4. ANALIZA DINAMICA A STRUCTURII REABILITATE

In colaborare cu catedra de Mecanica constructiilor de la TU Muenchen, s-a efectuat si o analiza cu MEF, utilizand programul Nastran-MSC, a comportarii dinamice a podului reabilitat si simularea trecerii unui camion cu o anumita viteza. Principalele aspecte si concluziile rezultate sunt prezentate in lucrarea de fata.

XY

Z

Figura 5. Modelarea structurii de rezistenta a suprastructurii


XY

Z

0.00341

0.00319

0.00298

0.00277

0.00256

0.00234

0.00213

0.00192

0.0017

0.00149

0.00128

0.00106

0.000852

0.000639

0.000426

0.000213

0.

V1L2C1

Output Set: Case 1 Mode 4.256157 HzDeformed(0.00341): Total TranslationContour: Total Translation

Figura 6. Modul propriu fundamental de vibratie

ISSN 1582-3024


Analiza comportarii dinamice unui pod metalic reabilitat

Articol nr.29r, Intersections/Intersecii, Vol.1, 2004, No.7r, Lumea podurilor 9

Lumea podurilor

References 1. *** Contract 645/1999: Consultanta privind reabilitarea suprastructurii podului peste raul Mures de la Savarsin, pe DJ 707A, prin intocmirea proiectului tehnic , Universitatea Politehnica Timisoara, 2000. 2. Boldus, B.C., Studium und dynamische Verhalten der Brcke ber die Marosch in Savarsin, Diplomarbeit, Wissenschafliche Betreuers: Prof.Dr.-ing. Harry Grundmann, Dr.-Ing. Stefan Lutzenberger, Lehrstuhl fr Baumechanik-TU Mnchen, Prof.Dr.Ing. Radu Bancila-UP Timisoara, Mnchen-Timisoara, 2003. 3. Schffer, H.G., MSC/NASTRAN Primer, Static und Normal Modes Analysis Schffer Analysis, Inc., 1979. 4. Baumgrtner, W., Fritsch, U., Fahrt eines Fahrzeuges ber eine Brcke: FEM-Berechnung-Dynamische Messung, Beitrag zur Tagung Finite Elemente in der Praxis Universitt Stuttgart, 1995. 5. Kessler, K., Analysis of measured and simulation data with respect to truck load identification, Lehrsthl fr Baumechanik-TUM & Department of Civil, Structural&Environmental Engineering-Trinity College Dublin, 1997.


10

Lumea podurilor

Influena diferitelor sisteme de tirani asupra stabilitii laterale a podurilor metalice cu arce

Ionu Radu RCNEL ef lucr. univ. dr.ing., Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, Facultatea de Ci Ferate,

Drumuri i Poduri, e-mail: [email protected]

Rezumat Pe baza rezultatelor analizelor efectuate se poate afirma c, datorit dispunerii raionale a arcelor metalice, structura dispune de suficient rigiditate n sens transversal chiar fr legturi ntre arce, lucru atestat i de valorile relativ mari ale factorilor de ncrcare, att pentru vehivulele A30 ct i pentru vehiculele V80.

Se poate observa, urmrind prima form proprie de pierdere a stabilitii, c tendina general de flambaj lateral a arcelor este aceea cu o singur semiund, dar nesimetric. Din analiza valorilor factorilor de ncrcare rezultai din analizele la valori proprii, respectiv geometric neliniare se confirm ideea c, analiza la valori proprii nu este suficient pentru stabilirea valorilor ncrcrilor critice de flambaj.

Poziia ncrcrii pe structur pentru cazul ncrcrii cu vehicule A30 este simetric doar n raport cu axa transversal a structurii, n timp ce pentru vehiculul V80, poziia aleas pentru analiz este cea simetric pe ambele direcii. Urmrind alura curbelor P-, se poate observa c, n prima situaie (vehicule A30), paradoxal sistemul Langer de dispunere a tiranilor ofer cea mai bun comportare din punct de vedere al stabilitii arcelor. n ceea ce privete ncrcarea cu vehiculul V80 se poate vedea c n acest caz cea mai rigid structur se obine prin dispunerea unor tirani nclinai ce se intersecteaz. Se poate concluziona deci c, poziia ncrcrii pe structur are o influen major asupra comportrii arcelor avnd sisteme diferite de tirani i n special asupra sistemelor de tirani nclinai. Acest lucru se poate explica prin faptul c, pe msur ce ncrcarea crete, o parte din tirani ies din lucru (fiind comprimai) ei nemaiavnd nici un aport n procesul de "redresare" al arcelor care flambeaz.

Urmrind valorile coeficientului de rigiditate i ale pivotului minim din matricea de rigiditate a structurii, se poate concluziona c, n ambele cazuri de ncrcare i pentru toate sistemele de tirani, punctul singular gsit n curbele P- este un "punct limit", n preajma acestui punct att coeficientul de rigiditate, ct i pivotul minim avnd valori negative. Pentru situiile considerate deci, pierderea de stabilitate a arcelor se produce prin deformare continu.

ISSN 1582-3024 Articol no.30r, Intersections/Intersecii, Vol.1, 2004, No.7r, Lumea podurilor


Influena tiranilor asupra stabilitii podurilor metalice cu arce

Lumea podurilor

INTRODUCERE. DESCRIEREA PODULUI DE LA MEDGIDIA

Podul peste canalul navigabil Dunre eagr la Medgidia se compune din viaductele de acces (viaductul Tortompeste canal.

Viaductul Tortomanu are 9 deschideriPetera are 6 deschideri i lungimea to

Podul propriuzis peste canal are o sinm. Deschiderea teoretic a tablierului

Suprastructura este realizat dintr-un sistem Langer i platelaj din beton ucelor dou arce n plan orizontal escontinu i au o sageat maxim de 20

Tiranii de susinere sunt realizai dinDimensiunile principale ale podului an

n figura 1b este prezentat o seciuneprin arcele metalice i este prezentat darce.

F

ISSN 1582-3024 Articol no.30r, Intersections/Intersecii, Vol.1,

-Marea N11

anu i viaductul Petera) i podul propriuzis

i lungimea total de 337,58 m, iar viaductul tal de 220,03 m.

gur deschidere n lungimne total de 131,00 podului principal este de 130,00 m.

tablier metalic cu arce i grinzi de rigidizare or, armat, cu conlucrare. Distana ntre axele te de 17,00 m. Arcele urmresc o parabol ,00 m, coarda subntins fiind de 130,00 m.

bare de oel rotund cu diametrul de 120 mm. alizat n lucrare sunt prezentate n figura 1a.

transversal prin tablierul podului propriuzis, e asemenea modul de prindere al tiranilor de

Figura 1a

igura 1b

2004, No.7r, Lumea podurilor


I. R. Rcnel

12

Lumea podurilor

Ipoteze considerate. Modelul discret al structurii analizate.

Podul a fost analizat lund n considerare, pe lng sistemul de tirani existent de tip Langer, nc dou moduri de dispunere a tiranilor: un sistem Nielsen, cu tirani nclinai formnd un sistem triunghiular i un al doilea sistem cu tirani nclinai ce se intersecteaz. Structura a fost modelat discret spaial innd seama de dimensiunile reale ale elementelor structurale i de caracteristicile geometrice rezultate pe baza acestor dimensiuni. Avnd n vedere c tablierul podului are plac de beton la partea superioar s-au utilizat pentru determinarea caracteristicilor geometrice coeficienii de echivalen. Ipotezele considerate sunt:

- s-a neglijat efectul excentricitilor de prindere ale elementelor structurale la noduri

- au fost considerate dou situaii de ncrcare: prima lund n considerare mai multe iruri de vehicule A30, iar cea de-a doua considernd un vehicul special V80, n ambele situatii urmrindu-se regulile existente n STAS 3221-86

- n vederea efecturii analizelor geometric neliniare s-a considerat ca deformaie iniial n sens transversal a arcelor metalice cea rezultat n urma efecturii analizelor elastic liniare

- materialul din care este realizat structura a fost considerat cu comportare liniar elastic, avnd urmtoarele caracteristici: E = 2.1 107 tf/m2 i = 0.3

X

Y

Z

X

Y

Z

X

Y

Z

X

Y

Z

X

Y

Z

X

Y

Z

a). b).

Figura 2 - a) ncrcarea cu vehicule A30; b) ncrcarea cu vehicule V80




13

Lumea podurilor

Schema de ncrcare a structurii pentru toate cele trei sisteme de tirani i cele dou tipuri de convoaie este prezentat n figurile 2, a i b.

Podul a fost modelat spaial, tablierul fiind considerat ca o reea de grinzi, format din grinzile de rigidizare, lonjeroni i antretoaze, utiliznd programul cu elemente finite LUSAS. Pentru discretizarea arcelor i elementelor de tablier au fost utilizate elemente finite de bar cu 3 noduri (BS4), tip Kirchoff, n timp ce pentru tiranii de susinere au fost considerate elemente de bar rectilinii BRS2 ce pot prelua numai efort axial. n cazul arcelor numrul de elemente finite considerate a fost mai mare pentru acurateea rezultatelor, innd seama de faptul c arcele sunt elemente comprimate ale structurii.

XY

Z

XY

Z

XY

Z

XY

Z

a) b)

Figura 3 - a) Forma deformat (n plan) a structurii din ncrcarea cu vehicule A30 b) Forma deformat (n plan) a structurii din ncrcarea cu vehicule V80

Analize efectuate

Pentru determinarea ncrcrii critice ce corespunde flambajului general al arcelor metalice s-au efectuat mai multe tipuri de analize i anume:

- o analiz liniar elastic, forma deformat a structuriii fiind utilizat mai apoi ca form iniial pentru realizarea analizelor geometric neliniare. Vederile n plan ale formelor deformate pentru cele trei sisteme de tirani i cele dou tipuri de convoaie rezultate n urma analizelor statice liniar elastice sunt prezentate n figura 3.

o analiz liniar de flambaj (valori proprii de flambaj) pentru stabilirea ncrcrii minime la care apare fenomenul de pierdere stabilitii arcelor.


Ca procedeu de calcul s-a utilizat metoda subspaiului Jacobi, fiind determinate primele 3 forme proprii de pierdere a stabilitii i implicit, valorile ncrcrii critice minime (ce corespund primei forme proprii) la care apare fenomenul de flambaj al arcelor. Factorii de ncrcare prezentai reprezint valoarea cu care trebuie multiplicat ncrcarea iniial de pe structur pentru a aprea fenomenul de flambaj general al arcelor. Vederile n plan ale primei forme de flambaj pentru cele trei sisteme de tirani considerate i pentru cele dou tipuri de ncrcri utilizate n analiz, precum i valorile ncrcrilor minime sunt prezentate n figura 4.

XZ

ISSN 1582-3024


I. R. Rcnel

Articol no.30r, Intersections/Intersecii, Vol.1, 2004, No.7r, Lumea podurilor 14

Lumea podurilor

Figura 5 Curbe P- i factori de ncrcare a) Vehicule A30 b) Vehicule V80

XY

Z

Y

Factor de ncrcare = 16.5812 Factor de ncrcare = 153.175

Z

Y X XYZ

Factor de ncrcare = 16.5710 Factor de ncrcare = 151.944 a) b)

Figura 4 - Prima form proprie de pierdere a stabilitii: a) ncrcare cu vehicule A30 b) ncrcare cu vehicule V80

Este cunoscut faptul c o analiz liniar pentru determinarea valorilor proprii de flambaj nu este suficient pentru aprecierea valorii reale a ncrcrii la care structura (n ansamblul ei) sau un element structural i pierde stabilitatea, de regul astfel de analize oferind valori ale ncrcrilor critice sensibil mai mari dect cele reale. innd seama de faptul c, n situaia structurii analizate, arcele nefiind contravntuite i pot pierde stabilitatea flambnd lateral, influena forelor de compresiune din arce, ca urmare a ncrcrilor exterioare aplicate, asupra momentelor ncovoietoare devine semnificativ i nu mai poate fi neglijat. Datorit acestui fapt s-au efectuat i o serie de analize geometric neliniare. Ca urmare a efecturii acestor analize s-au obinut curbe complete P- (ncrcare-deplasare) pe baza crora a putut fi apreciat direct ncrcarea real de flambaj general a arcelor metalice.

Curbe P-

0

5

10

15

20

-1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0

Deplasare [m]

Facto

r de i

ncar

care

FI=16.08 Langer

FI=15.83 Nielsen 1

FI=15.812 Nielsen 2

Curbe P-

020406080100120140160

-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0Deplasare [m]

Facto

r de i

ncar

care

FI=136.71 LangerFI=147.23 Nielsen 1FI=151.40 Nielsen 2

a) b)

ntruct arcele au seciunea transversal mult dezvoltat pe orizontal (tocmai datorit faptului c nu exist legturi transversale), pentru a efectua analizele



15

Lumea podurilor

geometric neliniare s-a considerat ca poziie de pornire, deformata structurii obinut n urma analizelor statice liniare efectuate. n cadrul analizelor geometric neliniare ncrcarea a fost incrementat n pai, utiliznd metoda metoda lungimii arcului a lui Criesfield pentru depirea eventualelor puncte singulare aprute pe curba P-. Alura curbelor precum i valorile factorilor de ncrcare corespunztori fiecrei siuaii sunt prezentate n figura 5.

CONCLUZII

Pe baza rezultatelor analizelor efectuate se poate afirma c, datorit dispunerii raionale a arcelor metalice, structura dispune de suficient rigiditate n sens transversal chiar fr legturi ntre arce, lucru atestat i de valorile relativ mari ale factorilor de ncrcare, att pentru vehivulele A30 ct i pentru vehiculele V80.

Se poate observa, urmrind prima form proprie de pierdere a stabilitii, c tendina general de flambaj lateral a arcelor este aceea cu o singur semiund, dar nesimetric. Din analiza valorilor factorilor de ncrcare rezultai din analizele la valori proprii, respectiv geometric neliniare se confirm ideea c, analiza la valori proprii nu este suficient pentru stabilirea valorilor ncrcrilor critice de flambaj.

Poziia ncrcrii pe structur pentru cazul ncrcrii cu vehicule A30 este simetric doar n raport cu axa transversal a structurii, n timp ce pentru vehiculul V80, poziia aleas pentru analiz este cea simetric pe ambele direcii. Urmrind alura curbelor P-, se poate observa c, n prima situaie (vehicule A30), paradoxal sistemul Langer de dispunere a tiranilor ofer cea mai bun comportare din punct de vedere al stabilitii arcelor. n ceea ce privete ncrcarea cu vehiculul V80 se poate vedea c n acest caz cea mai rigid structur se obine prin dispunerea unor tirani nclinai ce se intersecteaz. Se poate concluziona deci c, poziia ncrcrii pe structur are o influen major asupra comportrii arcelor avnd sisteme diferite de tirani i n special asupra sistemelor de tirani nclinai. Acest lucru se poate explica prin faptul c, pe msur ce ncrcarea crete, o parte din tirani ies din lucru (fiind comprimai) ei nemaiavnd nici un aport n procesul de "redresare" al arcelor care flambeaz.

Urmrind valorile coeficientului de rigiditate i ale pivotului minim din matricea de rigiditate a structurii, se poate concluziona c, n ambele cazuri de ncrcare i pentru toate sistemele de tirani, punctul singular gsit n curbele P- este un "punct limit", n preajma acestui punct att coeficientul de rigiditate, ct i pivotul minim avnd valori negative. Pentru situiile considerate deci, pierderea de stabilitate a arcelor se produce prin deformare continu.


ISSN 1582-3024


I. R. Rcnel

Articol no.30r, Intersections/Intersecii, Vol.1, 2004, No.7r, Lumea podurilor 16

Lumea podurilor

Referine bibliografice 1. LUSAS: Finite Element System, Theory Manual 1 si 2, FEA Ltd. 2. Y. B. Yang, S. R. Kuo: Theory & amalysis of nonlinear framed structures, Prentice Hall, 1994 3. Crisfield M. A: Non-linear finite element analysis of solids and structures, Vol.1, Essentials, John Wiley&Sons, 1991 4. OPA N.: Particulariti privind stabilitatea lateral a arcelor de rigidizare la tablierele de poduri tip "LANGER", Buletinul tiinific al U.T.C. Bucureti, nr. 2/1995


17

17Lumea podurilor

Consideraii privind integrarea calculatorului electronic n ingineria podurilor

Constantin IONESCU1, Rodian SCINTEIE2 1 Prof.univ. Dr.ing., Facultatea de Construcii Iai, e-mail [email protected]

2 Dr.ing., ef Secie, CESTRIN Bucureti,

Rezumat Ingineria sistemului pod (Ingineria podurilor) se poate defini i prin intermediul unui proces secvenial, care cuprinde patru importante subsisteme: proiectarea, realizarea (construirea podului), faza operaional (exploatarea i mentenana podului) i evaluarea podului.

Sistem ingineresc deosebit de complex, amplasat ntr-un mediu dinamic cu caracteristici aleatoare, podul trebuie s fac fa unor solicitri diverse pe perioade foarte lungi de timp. Deoarece experimentele de acumulare de informaii prin urmrirea n timp ar fi prea costisitoare (problem de o generaie), pentru proiectarea optimal se impune folosirea calculatorului.

Analiza paralel a particularitile tehnice ale unui pod i cele ale unui calculator, ne conduce, firesc, la concluzia c cele dou sisteme sunt extrem de diferite. Totui conform Teoriei sistemelor, imaginarea unui sistem complex pod calculator nu este imposibil dac ne gndim la definiia dat de unii specialiti sistemului. De exemplu, se identific un sistem ori de cte ori se pune n eviden o relaie ntre minimum dou mrimi sau obiecte [1]. Vom defini, pentru a soluiona problemele complexe ale Ingineriei podurilor, un sistem alctuit din dou entiti fundamentale: podul i calculatorul electronic.

Aceasta presupune dezvoltarea de modele comportamentale i de proceduri de simulare care prin rulare pe calculator s poat evidenia capacitatea, viabilitatea i evoluia n timp a structurii.

Pentru o decizie corect se impune studierea n diferite variante i alegerea soluiei optimale tehnic i economic. Trei aspecte principale se impun a fi serios studiate i efectele lor evideniate: volumul i compoziia traficului; soluii alternative de proiectare a structurii; comportamentul materialelor n condiiile concrete de mediu.

ISSN 1582-3024 Articol nr.42r, Intersections/Intersecii, Vol.1, 2004, No.7r, Lumea podurilor


C. Ionescu, R. Scinteie

18

Lumea podurilor

1. INTRODUCERE

Realizarea total a unui pod, proces secvenial fundamental n Ingineria podurilor, presupune soluionarea unor aspecte multiple de natur tehnic, economic, tehnologic, social, ambiental etc.

Pentru aceasta Ingineria podurilor se asociaz cu Ingineria sistemelor, care cont n aplicarea metodelor tiinifice pentru a defini, proiecta, verifica, dezvolta i evalua un sistem tehnic.

Identificnd podul cu o structur de mulimi, cu un sistem, se creeaz premizele necesare studierii acestui tip de construcie, cu ajutorul metodelor i tehnicilor proprii Teoriei sistemelor, Ingineriei sistemelor, Teoriei fiabilitii i Informaticii.

Ingineria sistemului pod (Ingineria podurilor) se poate defini i prin intermediul unui proces secvenial, care cuprinde patru importante subsisteme: proiectarea, realizarea (construirea podului), faza operaional (exploatarea i mentenana podului) i evaluarea podului.

Ingineria podurilor, abordat n modul sugerat mai sus, capt un pronunat caracter pragmatic, deoarece i propune s amelioreze proiectarea funcional i structural, astfel nct sistemul (podul) s devin optim din punct de vedere cost-eficien, de-a lungul ntregii sale perioadei de exploatare.

Analiza paralel a particularitile tehnice ale unui pod i cele ale unui calculator, ne conduce, firesc, la concluzia c cele dou sisteme sunt extrem de diferite. Totui conform Teoriei sistemelor, imaginarea unui sistem complex pod calculator nu este imposibil dac ne gndim la definiia dat de unii specialiti sistemului. De exemplu, se identific un sistem ori de cte ori se pune n eviden o relaie ntre minimum dou mrimi sau obiecte [1]. Vom defini, pentru a soluiona problemele complexe ale Ingineriei podurilor, un sistem alctuit din dou entiti fundamentale: podul i calculatorul electronic.

La o prim analiz aceast asociere pare, poate, nefireasc dac nu lum n considerare scopul pe care l urmrim, i anume, rezolvarea problemelor fundamentale legate de realizarea i meninerea parametrilor de calitate ai podului la nivelul exigenelor de performan de natur structural i funcional.

Exigenele de calitate de refer la evitarea cedrii unui elemente de construcie sau a structurii n ansamblu, iar cele funcionale n exploatare privesc evitarea unor deformaii i deschideri excesive de fisuri.


Sigurana structural implic exigene privind rezistena (capacitatea portant a seciunilor elementelor, degradarea caracteristicilor de rezisten ale materialelor


Integrarea calculatorului electronic in ingineria podurilor

19

Lumea podurilor

etc.), stabilitatea (cedarea general a podului ca urmare a unor aciuni care modific n timp structura) i ductilitatea (n special, n cazul aciunilor seismice).

Dezvoltarea n timp a Ingineriei podurilor, numrul mare de poduri, aflat n

exploatare i diversitatea tipurilor de structuri, a creat o complexitate tiinific i tehnic greu de controlat prin metodologiile clasice i de aceea, pentru a nelege i a stpni mai bine comportarea n exploatare a unui pod, este necesar s se apeleze la noiunea de sistem i la metodele Teorie sistemelor.

n acest sens, pentru administrarea informatizat a comportrii podurilor este necesar s imagineze un sistem tehnic alctuit din trei subsisteme, i anume: podul, aparatura de msur (constituind un lan electronic de msur), prin intermediul creia se colecteaz datele privind comportarea n exploatare a podului i calculatorul electronic, necesar n diverse etape de existen a podului, pentru stocarea i transformarea datelor i conducerea sistemului informatic creat.

2. ANALIZA SOLUIEI DE PROIECTARE I SIMULARE A STRUCTURII

Sistemele moderne de calcul permit modelarea structurii i analiza diverselor soluii constructive. Pe modelele rezultate se pot efectua simulri pentru evidenierea comportamentului viitoarei structuri. n mare msur, actualele programe de proiectare asistat de calculator beneficiaz de algoritmi de analiz bazai pe metoda elementului finit. Avantajul acestei metode este dat de flexibilitate i generalitate, ea putnd fi utilizat practic n orice domeniu, de la calculul structurilor de poduri pn la analize electromagnetice sau studiul fluidelor.

Dezavantajul principal al metodei elementului finit este reprezentat de faptul c precizia rezultatelor depinde ntr-o foarte mare msur de experiena i pregtirea celui care efectueaz analiza. Acest lucru nu se regsete i n alte metode de calcul (cum ar fi de exemplu metoda elementului de frontier), deci, spre deosebire de alte metode, utilizarea metodei elementului finit presupune o anumit specializare i experien.

Exist o mare varietate de programe de element finit (bazate pe metoda elementelor finite), variante sau nouti aprnd pe pia foarte repede. Nu se va prezenta aici o niruire de nume deoarece acestea nu au nici o relevan iar oferta pieei poate fi accesat foarte uor prin INTERNET. Se consider mai util o prezentare a clasificrii acestor programe precum i a modului de alegere a unui anumit pachet software.




20

Lumea podurilor

Este bine de tiut c dezvoltarea programelor soft pe baza MEF s-a realizat n dou direcii:

- prim direcie este aceea de generalizare a aplicaiei, astfel nct s poat fi rezolvat o gam ct mai variat de probleme; avantajul ar fi acela c, cu un singur program s-ar rezolva foarte multe probleme din domenii diverse i deci operatorul nu mai este nevoit s tie n programe pentru a rezolva n probleme, durata specializrii personalului fiind mai redus; s-a constatat ns c generalizarea prezint dou dezavantaje majore: etapele simulrii sunt mai numeroase iar posibilitatea realizrii unor biblioteci de date de ctre firma productoare de software este redus deoarece este foarte greu de acoperit un numr mare de tipuri de probleme cu baze de date (creterea preului ar fi prohibitiv); dintre pachetele software cu caracter general putem aminti COSMOS, ALGOR, NASTRAN, ANSIS etc.

- a doua direcie o reprezint realizarea unui software ct mai specializat, dedicat unui domeniu sau chiar unei felii dintr-un anumit domeniu, fiind posibil astfel scurtarea duratei modelrii sistemului i existena unor baze de date specifice; dezavantajul major al acestei direcii de dezvoltare l reprezint fenomenul de rigiditate n realizarea modelului deoarece nu se poate iei n afara feliei cunoscute de program; n plus, pentru n probleme diferite trebuiesc folosite n programe diferite ceea ce face s creasc durata specializrii i preul pachetelor software; dintre pachetele dedicate putem aminti ROBOT, AXIS VM, ETABS, PROKON etc.

Prezent mai jos un exemplu de modelare a unei structuri de pod n diverse modaliti:

Fig. 1 Modelarea plan a podului


ISSN 1582-3024




Lumea podurilor

Fig. 2 Modelarea tridimensional cu elemente plane

Odat stabilit modelul, se poate efectua simularea efectelor sarcinilor ce apar n conformitate cu traficul real i de perspectiv pornind de la datele de trafic analizate n capitolul precedent. Trebuie avut n vedere i faptul c adesea c n realitate traficul poate avea caracteristici care s depeasc limitele prescrise n

Fig. 3 Modelarea tridimensional cu elemente de volum

standarde i normative. De asemenea n procesul de proiectare trebuie luate n calcul i analiza eventualele defecte ce pot aprea pentru a asigura structurii o redundan suficient. n baza de date trebuie s existe date privind frecvena de apariie a defectelor pentru a putea simula cele mai importante dintre ele [4].

Simularea strii de deformaii i de tensiune ce apare, n regim static, ntr-o structur este prezentat n fig. 4 iar un exemplu de simulare a comportamentului dinamic este prezentat n fig. 5. Simularea a fost fcut utiliznd un program bazat pe elemente finite.

ISSN 1582-3024




Lumea podurilor

Fig. 4 Tensiunile echivalente n modelarea 3D cu elemente de volum

3. SIMULAREA COMPORTAMENTULUI MATERIALELOR

n proiectarea podurilor este important de cunoscut i comportamentul materialelor constitutive n condiiile concrete de mediu. De aceea trebuie fcute analize ale agresivitii chimice i fizice a atmosferei i apei i evaluarea aciunii asupra materialului. Se poate evalua aciunea prin simularea pe modele matematice. Un exemplu de astfel de simulare poate fi studiere procesului de difuzie a unui agent corodant pentru a afla timpul de iniiere a coroziunii.

Fig. 5 Mod propriu de vibraie



23

Lumea podurilor

Pornind de la legea de difuzie a lui Fick: ( ) ( )x

txcc

Dt

txc2

,2,

=

,

pentru betonul armat, se poate calcula momentul de iniiere a corodrii armturii

metalice cu ioni de clor: 2

14

2

=

SCCRCSCerf

cDX

CT ,

unde: TC reprezint timpul de iniiere a corodrii;

X - stratul de acoperire de beton;

DC - coeficient de difuzie;

CS - concentraia de echilibru a ionilor de clor la suprafaa betonului;

CCR - concentraia critic la suprafaa metalului de la care ncepe coroziunea;

erf-1 - este inversa funciei erorilor erf: ( ) = z dttez0

22

erf.

Experiena a dovedit c toi parametrii implicai sunt valori aleatoare. Pentru studiul lor s-au utilizat diferite funcii de distribuie a probabilitii: X determinist, DC, CS, CCR distribuie normal [6] sau X, DC, CS, CCR distribuie log-normal [7].

Simularea este legat de modelul adoptat i poate conine incertitudini generate de erori conceptuale. Apropiate n valoare de realitate funciile de distribuie a probabilitii utilizate conin uneori presupuneri implicite nerealiste. De exemplu, utilizarea distribuiei normale pentru X sau DC presupune posibilitatea unor valori negative ceea ce este, evident, imposibil. Utilizarea distribuiei log-normale pentru CS, CCR presupune existena unor concentraii mai mari de 100% ceea ce iari este ilogic.

De aceea, n studiul efectuat am utilizat urmtoarele funcii de distribuie a probabilitii:

a) X - distribuie log-normal cu media 5cm i deviaia standard 1; b) DC - distribuie log-normal cu media 1 cm2/an i deviaia standard 0,1; c) CS - distribuie Beta cu media 0,1% i deviaia standard 0,01; d) CCR - distribuie Beta cu media 0,045% i deviaia standard 0,0045.

Rezultatul simulrii prin metoda Monte-Carlo pentru 200 de iteraii cu 3000 de eantioane fiecare este prezentat n figura urmtoare (norul de puncte).




24

Lumea podurilor

Fig. 6 Funcia de distribuie a timpului de iniiere a coroziunii

Interesant este faptul c distribuia timpului de iniiere a coroziunii, aa cum rezult din simulare, poate fi, n medie, modelat printr-o distribuie log-normal (linia continu) cu media i deviaia standard a eantionului rezultat din simulare.

Prin evaluarea condiiilor concrete de agresivitate a mediului n care podul trebuie s lucreze i pe baza proprietilor betonului, se poate alege acel strat de acoperire care s asigure protecie corespunztoare pentru perioada normat. Prin analize repetate pentru diferite tipuri de material se poate obine varianta economic optimal.

4. CONCLUZII

Sistem ingineresc deosebit de complex, amplasat ntr-un mediu dinamic cu caracteristici aleatoare, podul trebuie s fac fa unor solicitri diverse pe perioade foarte lungi de timp. Deoarece experimentele de acumulare de informaii prin urmrirea n timp ar fi prea costisitoare (problem de o generaie), pentru proiectarea optimal se impune folosirea calculatorului.

Aceasta presupune dezvoltarea de modele comportamentale i de proceduri de simulare care prin rulare pe calculator s poat evidenia capacitatea, viabilitatea i evoluia n timp a structurii.


Pentru o decizie corect se impune studierea n diferite variante i alegerea soluiei optimale tehnic i economic. Trei aspecte principale se impun a fi serios studiate i efectele lor evideniate: volumul i compoziia traficului; soluii alternative de

ISSN 1582-3024




Lumea podurilor

proiectare a structurii; comportamentul materialelor n condiiile concrete de mediu.

Bibliografie 1. Ionescu, C., Scnteie, R., Considerations on bridge reliability; Buletinul Institutului Politehnic Iai, Iai, Decembrie 2001; 2. Ionescu, C., Scnteie, R., About the Concept of Uncertainty and Methods to Reduce Uncertainty; Ovidius University Annals of Constructions, Ovidius University Press, Constanta, Aprilie 2002. 3. Ionescu, C., Scnteie, R., Asupra evalurii fiabilistice a podurilor prin metode de simulare; n volumul Concepte moderne asupra proiectrii, construciei i ntreinerii infrastructurii n transporturi, publicat de Academia Romn, Filiala Timioara, Comitetul pentru Infrastructuri n transporturi, Editura MIRTON Timioara, 1997; 4. Ionescu, C., Scnteie, R., On statistical modeling of defecting phenomenon in bridges; Buletinul Institutului Politehnic Iai, Iai, Mai 2002; 5. - COSMOS/M User Guide, S.R.A.C., 2001. 6. Thoft-Cristianse Palle, Lifetime Reliability Assessment of Concrete Slab Bridges, in Frangopol Dan (editor) Optimal Performance of Civil Infrastructure Systems, SEI, ASCE, Reston, Virginia SUA, 1997. 7. Enright Michael P., Frangopol Dan M., Probabilistic analisys of resistance degradation of reinforced concrete beams under corrosion, Engineering Structures, Vol.20, No.11, Elsevier Science Ltd., 1998.


26

Lumea podurilor

Reabilitarea podurilor din beton cu ajutorul placilor de suprabetonare

Petre Ionel RADU1, Florian BURTESCU2, Corina CHIOTAN3 1 Prof.univ. dr.ing., Facultatea de Ci Ferate, Drumuri i Poduri, Bucureti 1 Prof.univ. dr.ing., Facultatea de Ci Ferate, Drumuri i Poduri, Bucureti

1 ef lucrri dr.ing., Facultatea de Ci Ferate, Drumuri i Poduri, Bucureti, e-mail chiotanc.cfdp.utcb.ro

Rezumat O msur necesar mririi capacitii portante a structurii de rezisten prin plci de suprabetonare este asigurarea conlucrrii ntre betonul vechi i cel nou prin prevederea de conectori fixai n structura veche cu rin sau past de ciment.

Soluia de reabilitare folosind plci de suprabetonare se poate aplica la poduri dalate din beton armat sau beton precomprimat, poduri pe grinzi din beton armat sau beton precomprimat, grinzi simplu rezemate, grinzi continui, cadre executate monolit sau prefabricat, poduri pe arce sau boli din zidrie, beton simplu, beton armat sau precomprimat.

Calculul conectorilor se face pentru preluarea lunecrilor care apar la suprafaa de contact dintre structura veche i placa de suprabetonare, din aciunile ce intervin asupra structurii de rezisten dup ce s-a ntrit betonul din placa de suprabetonare. Se recomand executarea conectorilor din bare de oel PC 52 cu diametrul de 8-20 mm, amplasai la o distanta de 10-50 cm. Ancorarea barelor n betonul vechi se face folosind rini sau past de ciment. Tehnologia de fixare a conectorilor cu rini prevede forarea unor guri cu diametrul mai mare cu 3-5 mm dect diametrul conectorului i cu adncimea de aproximativ 10 diametre, n care se introduc fie capsule cu rin, fie rin preparat separat prin amestecul celor 2 componente de baz. innd seama de tehnologia complicat de fixare a conectorilor cu rin se poate adopta i soluia de fixare cu ajutorul pastei de ciment n care s-a adugat nisip cuaros.

n determinarea ariei conectorilor trebuie s se in seama de efectul contraciei i al curgerii lente n placa de suprabetonare. Trebuie avut n vedere i faptul c n placa de suprabetonare acioneaz curgerea lent, care are ca efect redistribuirea eforturilor interioare (reducerea eforturilor n placa de suprabetonare i creterea solicitrilor n suprastructura veche). Luarea n considerare a efectului curgerii lente poate fi precizat n manier empiric prin introducerea unui modul de elasticitate fictiv al betonului din placa de suprabetonare 3bbf EE = .




27

Lumea podurilor

INTRODUCERE

n prezent, n Romnia, se deruleaz un program dens de reabilitare a podurilor, att pe drumurile naionale, ct i pe cele judeene sau comunale. Suprabetonarea podurilor vechi este o soluie folosit pe larg n ara noastr dar i n strintate, deoarece asigur att sporirea capacitii portante a structurii existente ct i creterea limii prii carosabile i a trotuarelor. n figura 1 este prezentat aceast soluie, care permite execuia sub circulaie.

201.007.00/29.40/2

251.

00

7.80/21.0020

SECTIUNE TRANSVERSALA

15

2%2,5%

2010.60/2

Rostde betonare

Placa de suprabetonare

POD REABILITATSECTIUNE TRANSVERSALA

SITUATIE EXISTENTA

35

Fig. 1 Soluia de reabilitare a podurilor prin plac de suprabetonare

Soluia de reabilitare folosind plci de suprabetonare se poate aplica la poduri dalate din beton armat sau beton precomprimat, poduri pe grinzi din beton armat sau beton precomprimat, grinzi simplu rezemate, grinzi continui, cadre executate monolit sau prefabricat, poduri pe arce sau boli din zidrie, beton simplu, beton armat sau precomprimat.

Asigurarea conlucrrii dintre placa de suprabetonare i structura existent

Chiar dac exist ideea c nu sunt necesare msuri speciale pentru asigurarea conlucrrii ntre cele dou betoane, realizarea plcii de suprabetonare cu scopul creterii capacitii portante a suprastructurii vechi trebuie s se fac obligatoriu folosind conectori. Suprabetonarea fr conectori poate ndeplini numai rolul unui beton de pant sau al stratului suport al hidroizolaiei, fr a se lua n considerare la calculul capacitii portante a structurii.


Se recomand executarea conectorilor din bare de oel PC 52 cu diametrul de 8-20 mm, amplasai la o distanta de 10-50 cm. Ancorarea barelor n betonul vechi se face folosind rini sau past de ciment. Tehnologia de fixare a conectorilor cu rini prevede forarea unor guri cu diametrul mai mare cu 3-5 mm dect diametrul conectorului i cu adncimea de aproximativ 10 diametre, n care se introduc fie capsule cu rin, fie rin preparat separat prin amestecul celor 2 componente de baz. innd seama de tehnologia complicat de fixare a conectorilor cu rin se poate adopta i soluia de fixare cu ajutorul pastei de ciment n care s-a adugat


P. I. Radu, F. Burtescu, C. Chiotan

28

Lumea podurilor

nisip cuaros. Conectorii se execut sub form de bare izolate fixate vertical sau nclinat sau sub form de bucl (figura 2). Cei realizai sub form de bare izolate vor fi prevzui la unul din capete cu cioc iar la cellalt se vor executa fr cioc.

Fig. 2. Detaliu de fixare a conectorilor de tip bucl cu rini epoxidice

Pentru proiectarea legturii dintre o suprastructur veche i o plac de suprabetonare, n STAS 10111/2-87 [2] exist un paragraf care poate fi adoptat. Astfel la pct. 6.3.9 se prevede c n planul de contact dintre betoane turnate n etape diferite, de exemplu ntre un element prefabricat i stratul superior turnat ulterior, se prevd conectori, sub form de etrieri (fig. 3), iar suprafaa prefabricatului n planul de contact se execut rugoas sau profilat. Ramurile etrierilor trebuie s ptrund n stratul de suprabetonare pe o lungime egal cu cel puin 30 d (d = diametrul etrierilor).

A-A

Etrieri (conectori)

hh1

B

h2

30 d B

hh1

Beton turnat initial (prefabricat)

Beton turnat ulterior

h2

A

B-Beta A

Etrieri (conectori) Fig. 3 Asigurarea conlucrrii ntre betoane turnate n etape diferite, conform STAS

10111/2-87


Aria seciunii tuturor ramurilor unui etrier se calculeaz cu relaia:



29

Lumea podurilor

a

eet hR

aQA8,0= (1)

n care Q este fora tietoare din seciunea considerat, produs de ncrcrile cu valori limit. Se recomand s se respecte condiia:

Q 2 b h Rt (2)

De fapt aceast ultim condiie limiteaz efortul unitar la valoarea 2Rt. Se consider c ntreaga lunecare este preluat de etrieri neinnd cont de faptul c o parte din lunecare este preluat prin aderena dintre cele dou betoane.

Dimensionarea conectorilor se face pentru a prelua lunecrile care apar la suprafaa de contact dintre structura veche i placa de suprabetonare, din aciunile ce intervin asupra structurii de rezisten dup ce s-a ntrit betonul din placa de suprabetonare, respectiv greutatea cii, a trotuarelor, parapeilor i ncrcrilor utile (vehicule i oameni).

Modul de preluare al lunecrilor pe suprafaa de contact [1] este prezentat n figura 4 c, d pentru cele dou variante de dispunere a conectorilor i anume perpendicular respectiv nclinat fa de planul de lunecare. n aceste condiii lunecarea Lcap ce poate fi preluat n lungul planului de lunecare este :

)sin(cos)N( faaiaacfcap RARAL +++= (3) unde s-a notat: Aac - aria conectorilor dispui perpendicular pe planul de lunecare;

Aai - aria armturilor nclinate ntinse care strbat planul de lunecare;

- unghiul dintre barele nclinate i planul de lunecare; N - efortul de compresiune normal pe planul de lunecare, efort ce provine din

greutatea plcii i a straturilor cii; f - coeficient echivalent de frecare egal cu : - 1,4 pentru asperitati 5 mm - 1,0 pentru asperitati 25 mm


- 0,7 dac nu se iau msuri de sporire a rugozitii. Armaturi

Suprafata de lunecareprefisurata

L L

L

A Rai a A R sinai aaai A R sinf

aaiA R cosd)

a) b) c)

aac fL= A R tg = Rac a

ISSN 1582-3024




Lumea podurilor

Fig.4 Preluarea lunecrilor pe suprafaa de contact ntre dou betoane diferite

O confirmare a acestor prevederi se regsete n EUROCODE 2, ENV 1992-1, Proiectarea structurilor din Beton , Partea 1, Prevederi generale i prevederi pentru construcii[3]. n articolul 6.2.5. sunt prezentate prevederile pentru preluarea eforturilor de lunecare la interfaa dintre dou betoane turnate n perioade diferite. Astfel, condiia de verificare pentru lunecare este:

ef cap (4)

ef este valoarea de proiectare a efortului de lunecare i are expresia: ef = Q / (z bi) (5)

unde:

- raportul ntre fora longitudinal din betonul nou i fora longitudinal total (M / z), calculate pentru seciunea considerat;

Q - fora tietoare, cu valoare de proiectare;

z - braul de prghie al seciunii compuse;

bi - limea suprafeei de contact;



31

Lumea podurilor

*tR - rezistena de calcul la ntindere a betonului;

cap este valoarea de proiectare a rezistenei la lunecare i are expresia: ( ) ** 5.0cossin cantcap RRRc +++= (6)

unde: c, - factori care depind de rugozitatea suprafeei de contact;

n - efortul unitar normal pe suprafa, produs de fora normal exterioar, cu valoare minim, care acioneaz simultan cu fora tietoare (se consider cu valori pozitive dac este compresiune i cu valori negative, dac este ntindere). Efortul unitar normal n < 0.6 . Dac n este ntindere c*cR *tR trebuie considerat 0;

= Aa / Ai; Aa - aria de armtur ce trece prin suprafaa de contact, avnd lungime de

ancorare suficient de ambele pri ale acesteia (inclusiv armtur nclinat, dac exist);

Ai - suprafaa de contact;

- unghiul de nclinare al armturilor ce trec prin suprafaa de contact, este definit n figura 5, i trebuie limitat ntre 45 i 90.

=

250

16.0 ckR , Rck fiind rezistena caracteristic la compresiune a

betonului, msurat pe cilindru la 28 de zile.

Suprafeele de contact se clasific, din punct de vedere al rugozitii, n urmtoarele categorii:

Foarte netede (suprafee de contact cu metal, plastic sau beton turnat n cofraje speciale din lemn): c = 0.025 i = 0.5;

Netede (suprafee de contact cu beton turnat n cofraje glisante sau cu suprafa liber, fr tratament dup vibrare): c = 0.35 i = 0.6;

Rugoase (suprafee de contact cu asperiti de cel puin 3mm nlime, la aproximativ 40mm, obinute prin rzuire sau sablare): c = 0.45 i = 0.7;

Zimate (suprafee de contact cu asperiti de cel puin 5mm nlime, conform figurii 5): c = 0.50 i = 0.9;




33

Lumea podurilor

Cazuri speciale

Pentru suprastructurile de poduri avnd ca schem static grinzi continue sau cadre [5], la care n placa de suprabetonare se prevede armtur de rezisten pentru sporirea capacitii portante n zona momentelor negative (fig. 7), planul de lunecare este amplasat n zona ntins a seciunii elementului iar fora de lunecare se asociaz capacitii armturii ntinse AaRa.

B C DA

Fig. 7. nfurtoarea momentelor ncovoietoare pentru o grind continu

n aceste situaii aria conectorilor este:

=conecta

aaconecta R

RAA , (7)

i acetia se dispun pe o lungime cuprins ntre reazem - zona momentului maxim - i zona momentului nul din nfurtoarea de momente (fig. 8).

M

Aa

A = A R /Ra conectori a conectoriaa

Fig. 8. Dispunerea conectorilor n cazul grinzilor continui

O rezolvare similar se va adopta i n cazul plcilor n consol [5] (fig 9) la care mrimea consolei pentru lrgirea prii carosabile rezult destul de important n unele cazuri peste 3.00 m - i la care exist riscul lunecrii plcii de suprabetonare peste suprastructura veche.


La podurile pe cadre situate n zone seismice periculoase (A i B) pe poriunile marginale supuse momentelor negative transmiterea forei de lunecare de la armturile ntinse "flotante" din placa de suprabetonare la structura veche numai

ISSN 1582-3024




Lumea podurilor

prin conectori este incert. Din aceast cauz se recomand ca dac la interfaa dintre cele 2 straturi de beton depete 2Rt, o parte a armturii orizontale ce preia ncovoierea de la partea superioar, situat n placa de suprabetonare, s fie sudat de barele nclinate situate n grinda suprastructurii vechi.

Aa

A = A R /Ra conectori a conectoriaa

Fig. 9. Dispunerea conectorilor n cazul plcilor n consol

CONCLUZII

O msur necesar mririi capacitii portante a structurii de rezisten prin plci de suprabetonare este asigurarea conlucrrii ntre betonul vechi i cel nou prin prevederea de conectori fixai n structura veche cu rin sau past de ciment. Calculul conectorilor se face pentru preluarea lunecrilor care apar la suprafaa de contact dintre structura veche i placa de suprabetonare, din aciunile ce intervin asupra structurii de rezisten dup ce s-a ntrit betonul din placa de suprabetonare. n determinarea ariei conectorilor trebuie s se in seama de efectul contraciei i al curgerii lente n placa de suprabetonare, deoarece fenomenele reologice ale betonului din structura la care se execut suprabetonarea, s-au consumat aproape n totalitate, podurile reabilitate realizndu-se cu ani n urm.

Bibliografie 1. R. Agent, D. Dumitrescu, T. Postelnicu., ndrumator pentru calculul i alctuirea elementelor structurale de beton armat, Ed. Tehnic, 1992. 2. STAS 10111/2-87, Poduri de cale ferat i osea. Suprastructuri din beton, beton armat i beton precomprimat. 3. EN 1992-1, Eurocode 2: Design of concrete structures Part 1: General rules and rules for buildings, oct. 2001. 4. C149-87, Instruciuni tehnice privind procedeele de remediere a defectelor pentru elementele de beton i beton armat. 5. AND 578-2002, Normativ pentru execuia suprabetonrii sub trafic.

carte poduri

Documents