Pod rutier suspendat la Portile de Fier II. Solutii tehnice

Primul pod suspendat din Romania, peste bratul Dunarea Mica, este in exploatare cu rezultate dintre cele mai bune dupa incercarea cu succes in situ a lucrarii.

Cu deschiderea sa de 240 m, podul depaseste recordul de 190 m, detinut pana la aceasta data de podurile autohtone dunarene de la Fetesti – Cernavoda (fig. 1).

Podul este destinat realizarii unui acces mai facil si rapid catre insula Ostrovul Mare pentru angajatii sistemului hidroenergetic si de navigatie „Portile de Fier II“, dar si pentru circulatia publica din zona, reducand distanta cu circa 40 km.

Ideea realizarii unui pod suspendat peste bratul Dunarea Mica (denumit si bratul Gogosu) a apartinut chiar beneficiarului. Acesta a solicitat proiectarea unui pod la care sa se foloseasca o serie de cabluri ramase de la constructia SHEN „Portile de Fier I“.

Prima solutie de pod suspendat a apartinut reputatului inginer Nicolae Dumitrescu de la Iptana SA, care a intocmit studiul tehnico-economic pentru un pod cu suprastructura alcatuita din doua grinzi metalice cu inima plina in sectiune transversala, cu placa ortotropa, avand trei deschideri (95,00 m + 170,00 m + 95,00 m = 360,00 m). Pilonii podului cu stalpi verticali erau prevazuti a fi fundati pe piloti forati de diametru mare, executati de pe platforme plutitoare „De Long“. Costul ridicat (circa 15 mil. dolari) al pilotilor forati, executati prin acest procedeu, l-a determinat pe beneficiar sa renunte la lucrare.

Doi ani mai tarziu, s-a propus o noua solutie de pod suspendat cu trei deschideri (60,00 m + 240,00 m  + 60,00 m = 360,00 m) si supra­structura hibrida (beton precomprimat in deschiderile laterale si metal in deschiderea centrala), avand o sectiune casetata inchisa si folosind aceleasi cabluri ca in prima solutie (cabluri existente in posesia beneficiarului).

Sectiunea casetata inchisa asi­gura o comportare mai buna la vant si in special la fenomenul „flutter“ (vant in rafale). Pentru  o mai buna stabilitate la vant, s-au adoptat si stalpi inclinati in V, cu rigla la partea superioara, ceea ce contribuie si la sporirea aspectului estetic general al podului.

O asemenea solutie permitea executarea coloanelor forate la piloni de pe umpluturi de pamant, care se puteau realiza cu usurinta in apropierea malurilor, evitandu-se astfel utilizarea platformelor plutitoare costisitoare.

In aceasta solutie, costul total al podului a fost de circa 10 mil. dolari, ceea ce l-a determinat pe beneficiar sa reia investitia, iar in anul 1988 sa inceapa lucrarile de executie.

In perioada 1990–1996, lucrarile au avut un ritm deosebit de redus. Au fost reluate insa „in forta“ dupa 1997, astfel ca, in toamna anului 2003, podul a fost dat in folosinta, prin efortul comun al firmelor Hidroconstructia SA si Energomontaj SA.

Descrierea solutiei constructive

Suprastructura podului este alcatuita dintr-un tablier suspendat continuu pe trei deschideri de 60,00 m + 240,00 m + 60,00 m = 360,00 m (fig. 2). Zona centrala a tablierului pe o lungime de 220,00 m este executata dintr-o grinda metalica casetata cu placa ortotropa, care continua in cele doua deschideri laterale cu tabliere din beton armat precomprimat cu o lungime de cate 70,00 m pe fiecare parte.

Calea de rulare are o parte carosabila cu latimea de 4,80 m, pentru o singura banda de circulatie. Circulatia este semaforizata.

Infrastructura podului este alca­tuita din cei doi piloni din albia minora si doua culei de pe maluri, care contin si dispozitivele de ancorare a cablurilor de suspendare.

Sistemul constructiv adoptat pentru podul rutier este unicat pentru tara noastra. Pana in prezent au mai fost realizate unele pasarele suspendate (Craiova, Calimanesti, Valea Larga, Slanic Prahova, Medias, Scornicesti etc.), dar numai pentru circulatia pietonala si de dimensiuni relativ mici.

Sistemul de suspendare

Sistemul de suspendare a supra­structurii podului se compune din cablurile de suspendare, tirantii de suspendare, dispozitivele de ancorare a cablurilor in culei si dispozitivele de rezemare a cablurilor pe piloni.

Cablurile de suspendare sunt alcatuite din cate patru cabluri portante inchise cu diametrul de 60 mm fiecare, grupate prin legaturi in dreptul tirantilor, la dispozitivele de ancorare si la dispozitivele de rezemare pe piloni.

Cele doua grupe de cabluri de suspendare a suprastructurii sunt dispuse in planuri inclinate in sens transversal cu circa 4 inci (fig. 3).

Tirantii de suspendare sunt alcatuiti din otel rotund cu diametrul de 50 mm, avand lungimile necesare rezultate din geometria structurii si sunt dispusi in cele doua planuri inclinate ale cablurilor de suspendare.

In profil longitudinal, tirantii sunt verticali si se dispun la distante de 10,00 m interax.

Prinderile tirantilor de cablurile de suspendare s-au realizat cu articulatii duble (in sens longitudinal si in sens transversal), iar prinderile tirantilor de tablier cu articulatii in sens longitudinal si cu dispozitive de reglare a lungimii tirantilor cu circa ±100 mm pentru corectarea geometriei structurii in caz de necesitate.

Dispozitivele de ancorare a cablurilor de suspendare in culei sunt alcatuite astfel incat exista posibilitatea reglarii lungimii cablurilor de suspendare cu circa ±150 mm, pentru corectarea geometriei structurii in caz de necesitate.

Dispozitivele de rezemare a cablurilor de suspendare pe piloni sunt constructii metalice speciale, amplasate la capetele superioare ale pilonilor. Ele permit deplasarea nestingherita cu circa ±300 mm a cablurilor de suspendare pe reazeme, pentru a fi eliminate solici­tarile suplimentare in piloni din incarcarea diferentiata a suprastructurii.

Suprastructura metalica

Tablierul metalic al suprastructurii in lungime totala de 221,00 m (inclusiv zonele de continuizare cu tabli­erele din beton armat precomprimat de 2 x 0,50) este alcatuit in sectiune transversala  dintr-o grinda cu placa ortotropa casetata, avand inaltimea constanta, egala cu 2.230 mm in axul caii.

Latimea casetei la intrados este de 5.500 mm, iar latimea grinzii la nivelul caii este de 6.000 mm (fig. 4a).

Conturul exterior al grinzii casetate metalice se racordeaza perfect cu conturul exterior al tablierelor din beton armat precomprimat. Acestea au aceeasi inaltime (2.230 mm), constanta pe toata lungimea, precum si aceleasi latimi la intrados si la nivelul caii.

Tablierul metalic a fost conceput pentru a se fabrica in subansamble cu greutati si gabarite dimensionate astfel incat sa permita transportul integral pe trailerele existente.

Asamblarea tronsoanelor in uzina si pe santier s-a facut integral prin sudura.

Suprastructura din beton precomprimat

Structura din beton armat precomprimat este o grinda casetata (ca si structura metalica), care continua cu structura metalica prin conectori si prin precomprimare.

Necesitatea continuarii tablierului pe intreaga lungime (structura meta­lica – structura din beton), precum si asigurarea stabilitatii constructiei la torsiune au impus realizarea unei sectiuni casetate, pentru care nu sunt tipizate grinzi prefabricate din beton.

In sectiune transversala (fig. 4b), structura din beton armat precomprimat se compune din doua grinzi in forma de U, care se monolitizeaza intre ele prin placa inferioara cu grosimea de 24 cm si prin placa superioara avand grosimea variabila de la 24 cm la 26 cm (realizand si pantele transversale ale caii), precum si prin 5 diafragme (2 pe reazeme si 3 in camp), care sporesc rigiditatea la torsiune a structurii.

In sens longitudinal, fiecare grinda in forma de U este alcatuita din cate 3 tronsoane prefabricate, cu lungimea de cate 23,00 m fiecare.

Grosimea inimii grinzilor prefabricate este de 37 cm.

Precomprimarea structurii s-a facut cu fascicule drepte 24 f7 SBP I.

Infrastructura podului

Infrastructura podului se compune din cele doua culei de la capetele constructiei si cei doi piloni din albia minora.

Atat pilonii, cat si culeele au fundatii indirecte pe coloane forate.

Pilonii se compun din fundatia alcatuita din coloane forate si radiere, din corpul inferior al elevatiei si din stalpii de pilon, care au functia de a sustine cablurile de suspendare prin intermediul dispozitivelor de rezemare a lor.  Inaltimea totala a eleva­tiilor pilonilor este de 54,00 m (fig. 5).

Stalpii de pilon sunt realizati din beton armat si au alcatuirea in forma de V, cu rigla de legatura la partea superioara. Ei au sectiunea casetata si peretii cu grosime variabila. Inaltimea stalpilor de pilon este de 41,00 m. Golul din stalpii de pilon are sectiunea dreptunghiulara constanta, cu dimensiunea de 2,00 m in lungul podului si de 1,00 m in sens transversal acestuia.

Rigla dintre stalpii de la partea superioara este realizata din beton armat si are sectiunea in forma de T cu inaltimea de 1,85 m. Ea are functia de a rigidiza pilonul si de a servi in exploatare pentru vizualizarea cablurilor de suspendare la zonele de rezemare pe piloni. Platforma de pe rigla cu o latime de 2,00 m este prevazuta cu un parapet de protectie pietonala.

Accesul la platforma de pe rigla pilonului se realizeaza prin golul din interiorul stalpilor unde se amenajeaza o scara de acces.

Pentru acces in interiorul casetei fiecarui stalp de pilon, sunt preva­zute cate doua usi: una la partea inferioara, la nivelul partii carosabile si alta la partea superioara, la nivelul platformei de pe rigla pilonului.

Elevatiile culeelor sunt casetate si sunt alcatuite din beton armat. In interiorul casetelor sunt prevazute dispozitivele de ancorare a cablurilor de suspendare.

Constructia podului

Realizarea podului suspendat peste bratul Dunarea Mica (Gogosu) a constat in mai multe faze de executie si anume:

• executia infrastructurii;

• executia suprastructurii din beton armat precomprimat;

• montajul sistemului de suspendare;

• montajul tablierului metalic;

• conexiunea dintre tablierul metalic si tablierele din beton armat precomprimat;

• executia caii pe pod;

• executia lucrarilor de iluminare, semaforizare, balizare, marcare si semnalizare.

Executia infrastructurii

Executia coloanelor forate pentru fundatii s-a facut cu instalatia FA 12 in cazul coloanelor cu diametrul de 1,27 m si cu instalatia Mitsubishi in cazul coloanelor cu diametrul de 1,50 m.

Elevatiile culeelor s-au executat din beton armat, turnat monolit in cofraje metalice. Exceptie a facut plafonul carosabil al culeelor, pentru realizarea caruia s-au utilizat grinzi prefabricate precomprimate cu goluri.

Elevatiile pilonilor s-au executat din beton armat turnat monolit in cofraje metalice. Pentru realizarea stalpilor de piloni casetati, s-au utilizat cofraje cataratoare executate dupa un proiect romanesc la pilonul de pe malul drept, (fig. 6) si cofraje cataratoare PERI la pilonul de pe malul stang. Cofrarea interioara a casetei stalpilor de piloni s-a realizat cu un cofraj metalic pierdut, inglobat in structura din beton armat a acestor elemente (fig. 8).

Executia tablierelor din beton precomprimat

Suprastructura casetata a tablie­relor laterale din beton precomprimat s-a realizat din tronsoane preturnate, avand lungimi cuprinse intre 19,5 m si 22 m (fig. 9), care s-au montat in amplasament cu ajutorul macaralelor, dupa care s-au turnat etapizat placile inferioara si superioara, precum si antretoa­zele, pe masura esalonarii fazelor de precomprimare.

Montarea sistemului de suspendare

Cablurile sistemului de suspendare au fost asamblate pe o platforma speciala, amenajata in apro­pierea podului, de unde au fost transportate in amplasamente pe carucioare cu role deplasate pe cai cu sine meta­lice amenajate la sol sau pe elemente plutitoare (in cazul traversarii cablurilor peste apa). Asamblarea cablurilor de suspen­dare s-a facut cu piese speciale de prindere, care sustin si tirantii de suspendare. Tirantii de suspendare care sustin tablierul metalic sunt alcatuiti din bare de otel rotund de calitate superioara (OL 52). Ei au lungimi variabile, in functie de geometria structurii. Distanta dintre tirantii de sustinere este de 10 m in sens longitudinal podului. Montarea tirantilor s-a facut cu ajutorul macaralelor amplasate pe o gabara plutitoare.

Cablurile de suspendare au fost montate succesiv cu ajutorul maca­ralelor de mare capacitate mai intai pe un pilon, apoi pe celalalt, dupa care s-a procedat la prinderea si fixarea capetelor cablurilor preva­zute cu ancoraje in dispozitivele de ancorare din corpul culeelor.

Montarea tablierului metalic

Suprastructura metalica cu placa ortotropa din deschiderea centrala s-a executat din 11 tronsoane uzinate, care au fost transportate pe santier pe cai rutiere. Montarea s-a realizat cu cate 2 macarale de mare capacitate, aflate pe o gabara plutitoare de 1000 tdw.

Imbinarea dintre tronsoanele meta­lice s-a facut prin sudura, dupa asi­gurarea geometriei tablierului, folo­sindu-se dispozitive speciale de corectare si fixare prevazute prin proiect (fig. 10).

Conexiunea dintre tablierele din beton precomprimat si tablierul metalic

Conectarea tablierului metalic cu tablierele laterale din beton armat precomprimat s-a realizat cu conectori speciali si prin precomprimare, prin intermediul unei antretoaze monolite din beton armat si al unei diafragme metalice cu goluri. Dupa realizarea continuizarii structurii, s-a procedat la descintrarea tablierului din beton armat precomprimat.

Executia caii pe pod

Calea pe pod s-a executat din hidroizolatie tip SERVIDEK + SERVIPAK (fig. 11), din imbracaminte asfaltica de 5 cm grosime, dispozitive de evacuare a apei de pe cale din tabla de aluminiu, dispozitive de acoperire a rosturilor de racordare din elemente elastomerice extensibile.

Concluzii

Podul suspendat peste bratul Gogosu la Ostrovul Mare (Portile de Fier II) este primul pod suspendat din Romania, fiind in acelasi timp si podul cu cea mai mare deschidere din tara la ora actuala.

Totodata, a condus la reducerea substantiala a consumului de otel si implicit a costului de investitie. Solutia adoptata a permis apropierea pilonilor de malurile fluviului, conducand astfel la executia mai eficienta a coloanelor forate pentru fundatii de pe umpluturi de pamant realizate langa maluri si nu de pe platforme plutitoare foarte costisitoare in albia minora.

Podul a fost dat in folosinta in noiembrie 2003, dupa incercarea in situ, care a demonstrat o comportare excelenta a structurii si o concordanta perfecta a datelor obtinute din masuratori cu cele rezultate din calcul.

Executia podului peste bratul Gogosu la Portile de Fier II demonstreaza capacitatea de creatie a inginerilor romani in domeniul infrastructurii rutiere.

Prin forma sa supla, armoni­zarea dimensiunilor si a culorilor, podul suspendat Gogosu este o lu­crare de referinta in domeniu (fig. 12).

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 26 – mai 2007