UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI, IAI FACULTATEA DE CONSTRUCII I INSTALAII MASTER: INGINERIE STRUCTURAL

STRUCTURI MIXTE CU CONLUCRARE (OELBETON) UTILIZATE

LA CONSTRUCIA PODURILOR RUTIERE

MASTERAND: CIOLTAN IRINA

STRUCTURI MIXTE CU CONLUCRARE (OELBETON) UTILIZATE LA CONSTRUCIA PODURILOR RUTIERE

Lucrarea prezint cteva poduri construite n Romania folosind soluii de structuri mixte. Soluiile cu structuri mixte pot fi aplicate tuturor tipurilor de poduri, precum: tabliere simplu rezemate; tabliere continue pe dou, trei sau mai multe deschideri; cadre; arce cu grinzi de rigidizare; poduri hobanate. Sunt prezentate exemple de poduri construite n Romnia pentru fiecare tip de structur enumerat, subliniindu-se avantajele folosirii soluiilor de structuri mixte.

Introducere Structurile mixte cu conlucrare sau structurile compozite sunt definite pe plan

internaional sunt construcii inginereti realizate prin conlucrarea a dou sau mai multe materiale cu proprieti fizico-mecanice diferite. Principiul de baz al alctuirii acestor structuri l constituie poziionarea materialelor componente, astfel nct proprietile lor fizico-mecanice s fie folosite optim.

O alta condiie important pentru alctuirea acestui tip de structur const n realizarea unei legturi intime ntre materialele componente, astfel nct structura format s se comporte ca un element unitar.

n domeniul construciilor, cele mai des utilizate materiale pentru alcatuirea structurilor mixte cu conlucrare sunt pe de o parte betonul, respectiv betonul armat sau betonul precomprimat i pe de alt parte oelul sub forma de confecie metalic. Legatura dintre cele dou tipuri de materiale se realizeaz prin intermediul unor elemente metalice denumite conectori, care n principiu sunt de doua categorii: flexibili i rigizi avnd forme i alctuiri diverse. Conectorii se prind fest (de regul prin sudur) pe feele confeciilor metalice n contact cu betonul i se nglobeaz n masa acestuia n cursul procesului de realizare a structurii compozite.

Podurile sunt structuri inginereti care se preteaz foarte bine la alctuiri compozite, mai ales n ceea ce privete suprastructura acestora. Avantajele principale ale podurilor alctuite cu suprastructuri compozite sunt n esen urmatoarele: - reducerea substanial a ncrcrilor permanente i implicit a celor seismice; - reducerea timpului de execuie a investiiei; - posibilitatea realizarii unor soluii de structuri mult mai diversificate; - posibilitatea realizarii unor deschideri mari i foarte mari;

n cele ce urmeaz vor fi prezentate cteva exemple de lucrari de poduri alcatuite cu structuri mixte cu conlucrare.

Tipuri de structuri mixte cu conlucrare pentru poduri

Din punct de vedere al schemei statice a construciei se pot distinge urmatoarele categorii de structure mixte cu conlucrare utilizate pentru alctuirea lucrrilor de poduri: - tabliere independente (simplu rezemate); - tabliere continue pe dou sau mai multe deschideri; - cadre cu stlpi verticali sau nclinai; - tabliere cu arce i grinzi de rigidizare; - structuri hobanate.

Pentru fiecare categorie n parte exist o mare diversitate de tipuri de structuri, depinznd de marimea, alcatuirea si configuraia obstacolului ce trebuie traversat, dar mai ales de imaginaia proiectantului care concepe lucrarea.

Exemple de lucrari de arta cu structuri mixte cu conlucrare

1. Poduri cu tabliere independente

Structurile compozite cu tabliere independente sunt alctuite din grinzi metalice simplu rezemate n conlucrare cu platelajul din beton armat care susine calea pe pod. Un exemplu de astfel de lucrare este podul peste rul Cmpinia la Lunca Cornului n judeul Prahova.

Podul are suprastructura alcatuit dintr-un tablier independent avnd structura de rezisten cu alctuire mixt cu conlucrare, compus din grinzi metalice n conlucrare cu platelajul din beton armat prin intermediul conectorilor flexibili. Tablierul independent al suprastructurii are o lungime de 40 m (Fig. 1a).

Fig. 1 Pod nou peste rul Cmpinia la Lunca Cornului. a)Elevaie;

Fig. 1 Pod nou peste rul Cmpinia la Lunca Cornului. b) Seciune transversal

n seciune transversal sunt 6 grinzi principale aezate la o distana de 1,50 m interaxe. Calea pe pod este prevazut cu o parte carosabil cu laimea de 7,80 m (pentru dou benzi de circulaiei) i cu dou trotuare pietonale cu laimea de cte 1 m fiecare (Fig. 1b).

Soluia de structur mixt cu conlucrare a fost adoptat pentru a avea o nalime de construcie mai redus, ceea ce a permis meninerea cotei iniiale a cii, nemaifiind afectate astfel rampele de acces.

Adoptarea unei singure deschideri pentru pod a permis eliminarea cauzei care a condus la

prabuirea podului, prin mbunatairea substanial a condiiilor de scurgere a apei sub pod. Podul cu aceast alctuire a nlocuit un pod mai vechi, care s-a prbusit n timpul inundaiilor la civa ani dup ce fusese reabilitat i lrgit (Fig. 2).

Fig. 2 Imagini cu podul peste rul Cmpinia la Lunca Cornului

a) Podul vechi reabilitat si largit dupa prbuire;

Fig. 2 Imagini cu podul peste rul Cmpinia la Lunca Cornului b) Podul nou cu tablier independent mixt cu conlucrare

2. Poduri cu tabliere continue

Varianta de ocolire a municipiului Piteti realizat cu profil de autostrad a necesitat

execuia a 12 lucrri de art, dintre care trei poduri peste rul Arge i un pod peste rul Doamnei avnd suprastructurile alctuite cu structuri mixte cu conlucrare. Tablierele podurilor peste rul Arge sunt continue pe cte trei deschideri de 50 m + 70 m + 50 m (Fig. 3).

Fig. 3 Pod peste rul Arge pe varianta de ocolire Nord a municipiului Piteti. Elevaie

Diferena dintre cele trei poduri peste Arge const n oblicitatea cu care fiecare

traverseaz rul. Podul peste rul Doamnei are suprastructur alcatuit din dou tabliere continue pe cte trei deschideri egale de cte 60 m fiecare (2 tabliere x 3 x 60 m). Podul este continuat cu un pasaj superior cu lungimea de aproape 2 km, avnd suprastructura alcatuit din tabliere cu grinzi prefabricate precomprimate.

n seciune transversal, toate cele patru poduri menionate sunt alcatuite cu cte dou grinzi principale semicasetate pentru fiecare cale a podului cu platelajele din beton armat.

La cele patru poduri menionate s-a ales alctuirea suprastructurii cu tabliere mixte cu conlucrare continue, pentru a avea o nalime de construcie ct mai redus, n scopul diminuarii nlimii i lungimii rampelor, dar i pentru faciliti de execuie i aspect architectural. (Fig. 5).

Fig. 4 Pod peste rul Arge la Piteti Fig. 5 Aspect al podului peste rul Arge la Piteti Seciune transversal

3. Poduri cu structuri cadre

Structurile mixte cu conlucrare sunt mai puin folosite la alctuirea cadrelor, din cauza necesitii existenei unui teren bun de fundare, dar i a anumitor dificulti de execuiei. Totusi, n cazuri justificate, pentru a obine nalime de construcie ct mai redus i o comportare mai bun la seism, este justificat i utilizarea unor astfel de structuri.

Fig. 6 Plan de situaie pasaj peste DN 1 la Cmpina

Din aceast categorie de lucrari poate fi exemplificat pasajul rutier denivelat

peste DN1 la Cmpina. Acest pasaj a aprut din necesitatea de a elimina blocajele rutiere i riscul major de accidente la intersecia dintre DN1 i calea de acces n municipiul Cmpina. De o mare importan pentru aceast lucrare a fost conceperea traseului, menit s rezolve n mod optim fluena traficului n zona interseciei (Fig. 6).

Soluia adoptat pentru realizarea acestui pasaj consta n 5 cadre successive cu cte 3 deschideri a cte 30 m lungime fiecare, totaliznd lungimi ale pasajului de 360 m pe calea 1 i respectiv 361 m pe calea 2 (Fig. 7).

Fig. 7 Dispozie general pasaj denivelat peste DN 1 la Cmpina

Cadrele reazem independent unul pe celalalt n dreptul pilelor pe banchete de rezemare tip Gerber (Fig. 8).

Fig. 8 Rigla cu console de rezemare tip Gerber pentru pile cu diametrul de: a) 1,50 m; b) 2,00 m

n seciune transversal, structura de rezisten a suprastructurii are o alcatuire mixt cu conlucrare ntre tablierele metalice i platelajul din beton armat. Legatura dintre cele dou elemente componente se face prin intermediul conectorilor rigizi.

Deosebit de important i interesant n acelai timp la tablierele metalice ale acestei structuri este curbarea inimilor grinzilor conform traseului foarte complicat al cii rutiere (Fig.9).

Fig. 9 Imagini ale pasajului peste peste DN 1 la Cmpina

4. Tabliere cu arce si grinzi de rigidizare Tablierele cu arce i grinzi de rigidizare sunt structuri deosebit de avantajoase

din punct de vedere economic, deoarece pot acoperi deschideri mari i foarte mari cu un consum redus de material metalic i cu o nalime foarte mica n raport cu deschiderea.

La aceste tabliere, platelajul cii poate fi realizat din beton armat sau beton precomprimat n conlucrare cu elementele metalice (grinzile tirant rigide, antretoazele i eventual longeronii structurii dac exist). Tablierele cu arce i grinzi de rigidizare pot fi de tip Langer (cu tirani verticali) sau Nielsen (cu tirani nclinai).

Un exemplu de lucrare a crui suprastructura este alctuit dintr-un tablier mixt cu conlucrare tip Langer l constituie podul peste Canalul Dunare Marea Neagra de la Medgidia, realizat n cadrul lucrrilor canalului primul pod de acest gen din Romnia. Podul are o deschidere peste canal care este acoperit cu un tablier independent cu structura mixt cu conlucrare tip Langer cu lungimea de 131m (Fig.10).

Fig. 10 Pod peste Canalul Dunare Marea Neagr la Medgidia. Elevaie

n seciune transversal, tablierul metalic care susine platelajul cii are dou grinzi principale cu inima plin, doi longeroni principali i trei longeroni secundari. Podul susine o cale alcatuit dintr-o parte carosabil cu limea de 14,80 m pentru 4 benzi de circulaie i dou trotuare laterale cu limea util de cte 1,50 m fiecare (Fig.11). Toate aceste elemente, inclusiv antretoazele metalice, conlucreaz cu platelajul din beton precomprimat pe care l susin prin intermediul conectorilor flexibili. O asemenea structur, pe lnga avantajele tehnico-economice menionate, se evideniaz i prin aspectul estetic deosebit caracteristic ce nu trebuie neglijat la conceperea lucrarilor de arta (Fig.12).

Fig. 11 Poduri cu arce si grinzi de rigidizare mixte cu conlucrare. Seciuni transversale

Alte lucrri similare, realizate n

cadrul lucrarilor Canalului Poarta Alb Midgidia-Navodari, pot fi amintite podurile peste acest Canal de la Poart Alb i de la Ovidiu, cu deschiderea teoretic de calcul de 110 m, avnd calea cu partea carosabil de 14,80 m lime, pentru 4 benzi de circulaie.

Fig.12 Imagini ale podului peste Canalul Dunare Marea Neagr la Medgidia

5. Structuri hobanate Structurile hobanate sunt construcii ingineresti speciale, concepute pentru

acoperirea unor deschideri mari i foarte mari. n cazuri bine justificate, acest tip de structur poate fi aplicat i n cazul unor deschideri medii.

Structurile hobanate aplicate la construcia podurilor devin avantajoase din punct de vedere tehnico-economic, dac se aplic procedeul conlucrrii dintre tablierul metalic care susine calea i platelajul din beton armat sau beton precomprimat al cii. Avantajul tehnic principal rezult din sporirea rigiditaii tablierului prin conlucrarea acestuia cu platelajul din beton armat, iar avantajul economic este datorat reducerii consumului de oel din confeciile metalice ale tablierului.

Fig.13 Pod existent peste Canalul Dunare Marea Neagra la Agigea. Elevaie

Un exemplu de pod remarcabil cu structur hobanat mixt cu conlucrare l constituie podul peste Canalul DunareMarea Neagr de la Agigea pe DN 39

Constana Mangalia, construit n cadrul lucrarilor Canalului primul pod hobanat cu cabluri din Romnia. Podul este nesimetric, cu un singur pilon amplasat pe malul stng alcanalului, spre Constana. Podul are 4 deschideri, dintre care dou laterale egale de cte 40,50 m lungime fiecare pe malul stng, o deschidere lateral de 23,00m lungime pe malul drept i o deschidere principal de162,00m peste canal (Fig.13). n seciune transversal, suprastructura podului este prevzut cu dou grinzi principale casetate mixte cuconlucrare, legate ntre ele cu antretoaze metalice n conlucrare cu platelajul din beton armat care susine calea (Fig.14). Calea pe pod este prevazut cu o parte carosabil cu limea de 14,80 m (pentru 4 benzi de circulaie) i cu dou trotuare laterale cu limea util de cte 1,50m fiecare. Fig. 14 Pod existent peste Canalul Dunare Marea Neagra la Agigea. Seciune transversal

Un alt pod hobanat este n construcie peste Canalul Dunare Marea Neagr n zona portului Constana, n localitatea Agigea. Acest pod are trei deschideri, dintre care dou laterale de cte 80 m lungime fiecare i una central cu lungimea de 200 m, fiind cea mai mare deschidere de pod hobanat din ar. Caracteristica principal a podului o constituie alctuirea hibrida a suprastructurii (parial din tabliere de beton precomprimat n deschiderile laterale pe lungimi de cca 47 m pe malul stng i respectiv de cca 46 m pe malul drept i parial din tablier mixt cu conlucrare n deschiderea central i restul lungimii tablierului n deschiderile laterale) (Fig.15).

Fig. 15 Pod nou peste Canalul Dunare Marea Neagra la Agigea. Elevaie

Calea pe pod este format dintr-o parte carosabil cu limea de 14,80m pentru 4 benzi de circulaie i dou trotuare laterale cu limea de cte 1.00m fiecare (Fig. 16). n seciune transversal, structura de rezisten asupra structurii care susine calea este format dintr-un tablier compus din dou grinzi principale casetate i antretoaze simple

sau duble, care leag grinzile principale ntre ele pentru mbuntirea repartiiei transversale a aciunilor utile. Pe zona de structur compozit, grinzile principale i antretoazele conlucreaz cu platelajul din beton armat prin conectori flexibili, sudai pe feele superioare ale elementelor structurale metalice n contact cu betonul. Prin alctuirea compozit a structurii de rezistena a suprastructurii se obin aceleai avantaje tehnico-economice i la podurile hobanate ca i la celelalte tipuri de poduri descriese anterior. Fig.16 Pod nou peste Canalul Dunare Marea Neagra la Agigea.Seciune transversal

n plus, la podurile cu structuri hibride, avantajele economice devin notabile prin posibilitatea reducerii substaniale a deschiderilor laterale n raport cu deschiderea central (n cazul structurilor continue pe trei deschideri), ceea ce conduce la reducerea lungimii totale a podului, dar i prin reducerea consumului de oel confecionat n pe ansamblul lucrrii.

Fig. 17 Imagini din execuie la podul nou peste Canalul Dunare Marea Neagr la Agigea

Concluzii

Structurile mixte cu conlucrare (otel beton) utilizate la construcia podurilor constituie un pas nainte i un success pe calea mbuntirilor n acest domeniu deosebit de important. mbinarea armonioas dintre cele dou materiale principale de construcie conduce la avantaje tehnico-economice importante precum:

- sporirea rigiditii structurilor n raport cu cele realizate integral din metal; - reducerea substanial a aciunilor permanente i implicit a celor seismice care

acioneaz asupra structurilor de rezisten compozite n raport cu cele realizate din beton sub diferitele lui forme cu efecte favorabile asupra alctuirii infrastructurii n general si a fundaiilor n mod special;

- reducerea timpului de execuie prin realizarea confeciilor metalice n uzin concomitent cu lucrrile din antier ale infrastructurii;

- posibilitatea realizrii unor deschideri mari i foarte mari pentru traversarea unor obstacole importante sau evitarea lucrrilor dificile n ap;

- reducerea costului total al lucrrilor rezultat din obinerea avantajelor tehnice - posibilitatea realizarii unor structuri mult mai diversificate cu aspecte estetice

superioare - prin aplicarea concomitent a alcatuirii compozite a structurii n seciune

transversal i a celei hibride n lungul acesteia se obin avantaje tehnico-economice notabile prin amplasarea celor dou tipuri de materiale de construcie n locurile cele mai potrivite pentru exploatarea optim a caracteristicilor lor fizico-mecanice.

BIBLIOGRAFIE - Tendine actuale n ingineria structurilor metalice

Lucrrile celei de-a XIII-a Conferine Naionale de Construcii Metalice Bucureti, 21-22 noiembrie 2013 Editori: Daniel BTC, Paul IOAN

Articol: Victor Popa- vicepresedinte S.C. CONSITRANS S.R.L., membru corespondent al Academiei de Stiin_e Tehnice din Romnia - Ponts mixtes acier-bton, Guide de conception durable, Stra (Service dEtudes Techniques

des Routes et Autoroutes), septembre 2010

- Jean-Claude Badoux, Conception des Structures Mtalliques, Partie D Dimensionnement des Ponts, Ecole Polytechique Fdrale de Lausanne , 1982

- IPTANA 50 de ani, Monografie, Partea a III-a, Poduri, Pasaje denivelate, Viaducte,

Bucureti, 2003

- Eurocodes 3 and 4, Application to Steel-Concrete Composite Road Bridges, Stra (Service

dEtudes Techniques des Routes et Autoroutes), july 2007

- Jean-Paul Lebet et Manfred A. Hirt, Pont en Acier, Conception et dimensionnement des

ponts metalliques et mixtes acier bton, Trait de Gnie Civil de lEcole Polytechique Fdrale

de Lausanne, Volume 12, 2009

-. SR EN 1992-2, Eurocod 2: Proiectarea structurilor de beton, Partea 2: Poduri de beton

Proiectare i prevederi constructive , Asociaia de Standardizare din Romnia, Bucureti, 2006 - Eurocodes 0 and 1, Application aux ponts routes et passerelles, Stra (Service dEtudes

Techniques des Routes etAutoroutes), fvrier 2010

- Jean Morel, Calcul des Structures Mtalliques selon lEurocode 3, Eyrolles, 2008