Solutii de proiectare, executie si reabilitare a unor structuri portuare fundate pe coloane, amplasate pe sectorul maritim al Dunarii (II)

(Continuare din numarul 117)

CHEU VERTICAL DANA 23 PORT BRAILA LA DUNARE

Lucrarile de executie a portului au inceput, in zona km 170 pe Dunare, in anul 1886, sub coordonarea ing. Anghel Saligny. In final, ca urmare a unor studii ingineresti de specialitate, s-a realizat un bazin cu suprafata de 6 ha, prevazut cu cheuri verticale in lungime de cca. 500 ml, pereuri pe cca. 950 ml, ma­gazii si silozuri de cereale. Ulterior, s-au mai executat pereuri la Dunare in aceasta zona, pe cca. 460 ml si in incinta bazinului, pe cca. 838 ml.

In prezent, portul Braila se intin­de pe cca. 3 km lungime, avand urmatoarele sectoare portuare:

• cheuri pereate din piatra bruta amonte de gara fluviala pe cca. 1 km lungime;
• dane de pasageri amenajate cu cheuri pereate pe cca. 200 ml;
• dane plutitoare prevazute cu pontoane si paserele pe 500 ml lungime;
• dana din vecinatatea pescariei in lungime de 100 ml amenajata cu cheu vertical pentru operare cereale si laminate;
• dane fluvial-maritime, in amonte de accesul in bazin pe cca. 500 ml;
• bazinul Docuri care dispune de cheuri in lungime totala de 1.075 ml, din care cheuri tip estacada pe latura adiacenta silozului de 525 ml;
• cheuri mixte pe cca. 300 ml in aval de bazin si debarcaderul de trecere;
• danele aval (L = 500 ml), cu cheuri verticale tip estacada, fundate pe coloane vibrate f2,00 m.

La danele 23, 24 si 25 (fig. 5) isi desfasoara activitatea diversi operatori portuari, care, in ultimii ani, si-au dezvoltat foarte mult volumul si tipurile de marfuri operate. Pentru proiectarea in faza de studiu de feza­bilitate a danei 23, care reprezinta o extindere spre amonte a danei 24, s-au utilizat elementele principale constructive ale cheului vertical fundat indirect existent.

Conditii geotehnice

Studiile geotehnice efectuate in amplasament au relevat o stratificatie tipica pentru zona sedimentara a luncii Dunarii, si anume un strat de praf nisipos intre cota terenului si cota -3,10, urmata de prezenta unor straturi de argila pana la cota -20,70, apoi straturi de nisip pana la cota -30,70. Sub aceasta cota s-a semnalat prezenta pietrisului.

Lucrari proiectate

Cheul din dana 23 se va realiza prin executia unui cheu vertical tip estacada, in lungime de 100,00 m, in amonte de cheul vertical existent in dana 24.

Infrastructura (fig. 6) este reali­zata din urmatoarele elemente:

• Spre apa, un rand de coloane f2,00 m din beton armat prefabricat, introduse prin vibrare, la distanta (longitudinal cheului) de 12,50 m interax. Lungimea coloa­nelor este de 38,50 m. Cota superioara a capului coloanei executate este 6,35 m etiaj local, ajungand, dupa spar­gerea primilor 0,50 m de la partea superioara, la 5,85 m etiaj local. Cota de fundare a coloanei este -32,15 m etiaj local.
• Spre uscat, doua randuri de piloti din beton armat, f = 0,80 m, introdusi prin forare sau vibrare,
  asezati in sah la distanta (longitudinal cheului) de 4,00 m si transversal cheului de 1,80 m interax. Lungimea pilotilor este de 31,00 m. Cota superioara a capului pilotilor executati este 6,35 m etiaj local, ajungand, dupa spargerea primilor 0,50 m de la partea superioara, la 5,85 m etiaj local. Cota de fundare a pilotilor este -24,65 m etiaj local.

Distanta intre axul randului de coloane dinspre apa si axul celor doua randuri de piloti dinspre uscat este de 10,875 m, distanta la care se vor pozitiona grinzile de rulare longitudinale pentru macarale portic de 16 tf x 32 m. In grinzile de rulare se incorporeaza sinele CF pentru fila de rulare macara.

Suprastructura cheului, intre filele macaralei, se va realiza cu grinzi transversale prefabricate cu sectiune T peste care se va turna o placa de monolitizare din beton armat.

LOC MONTAJ PENTRU DISPOZITIVUL VROS PE CALA DE TRANSFER NAVE LA SANTIERUL NAVAL TULCEA

Constructia Santierului Naval Tulcea a inceput in anul 1977. Primele lucrari cu profil hidrotehnic au constat din: syncrolift, cala de transfer nave, cala de reparatii nave cu patru locuri de lucru, cheuri de armare in bazin, de dezarmare si probe predare la Dunare, hala de montaj. Ulterior, santierul s-a extins, la obiectele construite anterior adaugandu-se cala de montaj, cargouri de 15.000 t, cu doua locuri de lucru. De asemenea, a fost marit acvatoriul bazinului, a fost prelungit cheul de armare din bazin si cheul probe predare la Dunare.

Pentru montarea dispozitivelor VROS la navele produse in santierul naval Tulcea s-a proiectat o cuva cu dimensiunile interioare finite in plan (6,32 x 4,50) m si inaltime libera sub grinzile de trecere h = 3,20 m (sau H = 4,20 m de la partea superioara). Cuva este amplasata pe cala de transfer nave din incinta santierului naval, in vecinatatea podului de legatura cu syncroliftul. Lucrarile au fost finalizate in 2010.

Conditii geotehnice

Studiile anterioare executiei syncroliftului de la santierul Naval Tulcea, existente in baza de date IPTANA SA (cota teren natural +2,94 ÷ 3,15 MN Sulina), au pus in evidenta urmatoarea stratificatie: strat vegetal -0,30 m; complex prafos – nisipos pana la cota -15,00 MNS; complex nisipos pana la cota -42,00 MNS; nisipuri neuniforme cu pietrisuri pana la cota -64,00 MNS. Caracte­risticile acestor orizonturi analizate au fost urmatoarele: pentru complexul prafos-nisipos: unghi de frecare interna f = 10 ÷ 120 si coeziune c = 0,10 ÷ 0,15 daN/cm2; pentru complexul nisipos: unghi de frecare interna f = 22 ÷ 240 si coeziune c = 0.

Complexul prafos-nisipos cuprinde urmatoarele orizonturi (cota in MN Sulina): argila prafoasa, galben-rugi­nie plastic consistenta pana la cota +0.80; nisip prafos, vanat-cenusiu, mare, saturat pana la cota -0,20; praf argilos, vanat cenusiu, plastic moale pana la cota -2,70; nisip fin-prafos cu rare lentile de argila prafoasa saturat si indesat, refulant pana la cota -12,70; argila variata, plastic-consistenta pana la cota -14,0; argila prafoasa, praf argilos, cenu­siu, plastic consistenta pana la cota -15,50; nisip fin vanat-cenusiu, saturat si indesat. Nivelul apei subterane este la suprafata fiind legat de nivelul variabil al Dunarii.

Lucrari proiectate

Cuva proiectata (fig. 7) este axata pe linia mediana a syncroliftului si intercepteaza filele 1’, 2, 3 si 4’ din cala de transfer nave. Avand in vedere conditiile naturale de ampla­sare (geo-topo), apropierea de Dunare si sarcinile de exploatare de pe filele caii de transfer, solutia de proiectare pentru elementele principale ale cuvei a fost urmatoarea:

• perete perimetral din coloane forate f600 mm secante (pe 15 – 20 cm) cu fisa de 14,00 ml. Sirul primar de coloane este realizat din beton simplu aditivat (conform tehnologie constructor) cu bentonita (bentonita / ciment = 10%), pentru sporirea lucrabilitatii si gradului de etansare.

Sirul secundar de coloane este rea­lizat din beton armat, elementele geometrice fiind similare cu o
secantare pe toata fisa lor de minimum 15 cm si maximum 20 cm, pentru realizarea conditiilor de rezistenta si etanseitate;

• grinda perimetrala din beton armat la partea superioara a coloa­nelor secante. Grinda perimetrala are sectiunea transversala variabila si anume (0,60 x 1,25) m pe axele 1 si 4 si (0,80 x 1,25) m pe axele A si B. In zona de reazem a grinzilor metalice de trecere, la intersectia axelor 2 si 3 cu A si B s-a propus o evazare locala a grinzilor de (2,20 x 1,25) m, rezemata pe doua coloane forate suplimentare similare cu celelalte;
• radier din beton armat la baza cuvei, cu grosimea de 60 cm si dimensiuni in plan finite (6,32 x
  4,50) m, similare cu cele ale cuvei. Radierul este incastrat in peretii de coloane secante, prin practicarea unei nise perimetrale si utilizarea unor ancore chimice. Radierul este realizat pe un beton de egalizare cu grosimea de 10 cm si este prevazut cu o basa (60 x 60 x 60) cm pentru
  colectarea apelor pluviale;
• peretii cuvei s-au obtinut prin finisarea peretelui de coloane secante cu jet de apa sub presiune
  (2000 bari) si suprabetonare cu beton autonivelant armat cu fibre metalice la adapostul unei tole
  metalice pierdute cu grosimea de 5 mm. Tola metalica a fost fixata la pozitie cu ancore chimice de care s-a sudat, devenind fata finita a cuvei. In mod similar radierul este placat cu acelasi tip de tola metalica;
• grinzile de trecere metalice (2 buc.) in lungul axelor 2 si 3 au fost realizate din elemente sudate (tabla groasa si otel lat) si rezemand in axul peretilor perimetrali la o distanta d = 5,10 m.

Inaltimea grinzilor de trecere este de 1,00 m in camp si 0,65 m pe reazeme. De asemenea, au fost proiectate in conformitate cu tema de proiectare accesoriile cuvei.

In figura 8 sunt prezentate foto­grafii din timpul executiei cuvei.

ELEMENTE PRIVIND MODELAREA SI CALCULUL STRUCTURILOR DE REZISTENTA

Tinand seama de complexitatea geometriei si alcatuirii structurilor, s-a urmarit realizarea unor modele de calcul cu elemente finite care sa poata fi abordate din punct de vedere al calculului numeric (avand in vedere numarul mare de grade de libertate), dar care, in acelasi timp, sa conduca la rezultate in concordanta cu modul real de raspuns al structurii la actiunile din exploatare, exceptionale si seismice. Pentru evaluarea raspunsului structurii sub influenta actiunilor considerate, s-a realizat, pentru fiecare caz in parte, un model discret spatial cu elemente finite, considerandu-se dimensiunile si geometria reala a structurii.

In cazul cheurilor, elementele fisate care formeaza infrastructura au fost reprezentate utilizand elemente finite de bara dreapta cu doua noduri. Interactiunea dintre structura si teren a fost modelata prin intermediul unor resorturi dispuse in planuri orizontale, pe doua directii ortogonale, in fiecare dintre nodurile de discretizare ale elementelor de bara ce modeleaza pilotii. Caracte­risticile de rigiditate ale resorturilor orizontale au fost stabilite pe baza unei legi de variatie ce se schimba in functie de stratul de teren traversat de pilot. Legea tine seama de natura terenului, de distanta dintre resorturi in lungul pilotului, de diametrul pilotului si de distanta intre randurile de piloti.

In modelul de calcul, ansamblul structural format din grinzile prefabricate si placa de suprabetonare (suprastructura cheurilor) care sus­tine cele doua cai ferate si calea de rulare a macaralelor a fost modelat utilizand elemente finite de bara dreapta in spatiu, avand activate 6 grade de libertate pe nod (trei translatii si trei rotiri) si elemente finite plane, cu patru noduri, cu comportare de placa si membrana, avand activate la noduri atat gradele de libertate tip translatie (cate 3 pe nod), cat si cele tip rotire (cate 3 pe nod). Caracteristicile geometrice ale sectiunilor transversale ale grinzilor au fost stabilite pe baza dimensiunilor si geometriei acestora.

Din punct de vedere al ipotezelor de calcul, pentru structura cheurilor s-au considerat 3 ipoteze principale:

• Ipoteza 1 normala (greutate proprie structura de rezistenta; doua convoaie feroviare tip P10; doua macarale cu greutatea de 260 tf fiecare; suprasarcina de 4 tf/m2 pe o lungime de 7,50 m spre uscat; impingere pamant);
• Ipoteza 2 exceptionala (serpuire macara cca. 26 tf si tractiune la bolard cca. 30 tf);
• Ipoteza 3 seismica. Actiunea seismica a fost considerata in ana­lizele efectuate pe baza spectrului de proiectare existent in P100-2006 si prevederilor SR-EN 1998-2, SR-EN 1998-2/A1, SR-EN 1998-2/NA. Valoarea de varf a acceleratiei in amplasament a rezultat considerand un factor de comportare q = 1,5 conform SR-EN 1998-2. Eforturile pe sectiunile transversale ale elementelor structurale au rezultat prin combinarea directionala a raspunsurilor.

CONSOLIDARE COLOANE INFRASTRUCTURA SYNCROLIFT TULCEA

Executia lucrarii a fost finalizata in decembrie 2012 si a constat in consolidarea coloanelor forate f118 cm (27 bucati) din randul median al sectiunii transversale a cheului dinspre uscat al syncroliftului din santierul naval Tulcea.

Solutia de proiectare prevedea camasuirea coloanelor existente cu un strat de beton armat cu fibre me­talice, cu cofraj metalic pierdut in zona imersa a coloanelor. Operatiunile s-au realizat dupa curatarea suprafetei laterale a coloanelor cu scafandri in zona imersa si indepartarea betoanelor degradate cu jet de apa si aer sub presiunea de 2.000 bari.

Consolidarea coloanelor s-a efectuat intre cotele -3,60 (in urma saparii in jurul coloanelor cu scafandri) si cota +3,46 (intrados capitel – coloana), rezultand o fisa totala a coloanei care s-a consolidat de cca. 7,06 m.

Suprafata imersa laterala a coloanelor forate a fost curatata de scafandri cu mijloace manuale. Ulterior, scafandrii au procedat la saparea in taluz in jurul coloanelor forate, pana la cota -3,60, pentru a putea permite pozitionarea cofrajului. Coloanele forate au fost verificate intre cota -3,60 si cota +1,50 (cota considerata a nivelului de lucru).

In jurul coloanelor forate scafandrii au executat o platforma plana de 30 cm grosime din saci umpluti cu mortar uscat, cu rolul de a permite pozitionarea si fixarea cofrajului, dar si de a crea un dop la baza coloanei, care sa impiedice pierderea betonului turnat.

Elementele de cofrare au fost aduse la coloana forata pe minipontoane plutitoare, dupa care au fost ridicate cu palane. Elementele au fost sudate intre ele la pozitie formand tronsoanele cofrajului.

CONCLUZII

Elementele fisate de tip coloane forate/vibrate reprezinta elementele principale de infrastructura care pot transmite, in conditii optime, sarci­nile mari (verticale sau orizontale) proprii structurilor portuare la tere­nurile de fundare preponderent slabe caracteristice amplasamen­telor situate pe Dunarea maritima.

Evolutia practicilor de proiectare este permanenta, aceeasi tendinta fiind necesara si in domeniul teh­nologiilor de executie a cheurilor cu echipamente plutitoare.

Urmarirea comportarii in timp a structurilor realizate in ultimele trei decenii este obligatorie si trebuie sa conduca si la identificarea unor solutii creative pentru reabilitari si consolidari.

BIBLIOGRAFIE

1. IPTANA Bucuresti (2011), Cheu vertical Dana 31 – Port Bazin Docuri Galati, documentatie de proiectare in faza PT + DE;
2. IPTANA Bucuresti (2011), Lucrari de infrastructura portuara – Dana 23 si 25 partial din portul Braila, documentatie de proiectare in faza SF;
3. IPTANA Bucuresti (2009), Loc montaj pentru dispozitivul VROS pe cala de transfer nave in vecinatatea podului de legatura cu syncroliftul din santierul naval Stx Ro Offshore Tulcea, documentatie de proiectare in faza PT + DE;
4. IPTANA SA (2009), Solutie de remediere si consolidare coloane fo01rate sir median platforma de la uscat syncrolift din santierul naval Aker Tulcea, documentatie de pro­iectare in faza PT + DE.

Autori:
ing. Victor Dumitrescu,
ing. Carmen Popescu,
ing. Dan Ivascu – SC IPTANA SA Bucuresti

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 118 – septembrie 2015, pag. 44