Inlocuire pod existent, degradat, cu un pod nou peste raul Crasna

Podul care face obiectul reabilitarii se afla peste raul Crasna, in localitatea Pericei. Are o lungime totala de 37 m dintr-o singura deschidere (fig. 1) si este compus din 4 grinzi metalice I cu inaltimea de 800 mm x 350 mm. Grinzile sunt rigidizate pe verticala pentru a nu flamba cu platbande de otel 700 mm x 150 mm. Pentru asigurarea stabilitatii veritcale au fost prevazute contravantuiri in forma de X din teava rotunda. Imbinarile sunt realizate cu suruburi tip M10, 68 bucati pe sectiune. Calea de rulare este realizata din grinzi de lemn intr-o stare de continua degradre.

Din cauza ca acest pod nu corespunde clasei E de incarcare, se impune realizarea unui pod nou care sa corespunda normativelor in vigoare din tara noastra cat si euronormelor.

Podul nou proiectat este realizat in varianta de pod cu structura compusa otel beton, cu o singura deschidere de 40 m, avand sectiunea transversala realizata din 4 grinzi metalice cu inima plina alcatuite sudat, cu dala de beton armat la partea superioara si antretoaze din profile laminate. Grinzile principale sunt realizate cu sectiune variabila. Grinda din dreptul reazemelor este realizata compus din 2 talpi egale cu latimea B1, B2 = 500 mm si t1, t2 = 50 mm si o inima H_w = 1.400 mm, t_w = 20 mm. Aceasta sectiune se uneste sub forma parabolica cu sectiunea de grinda care incepe de la 8 m fata de reazem. Grinda din camp este realizata compus din din 2 talpi egale cu latimea B1, B2 = 500 mm si t1, t2 = 50 mm si o inima H_w = 1.000 mm, t_w = 20 mm. Antretoazele se vor realiza din profile C cu laturi egale avand inaltimea H_w = 500 mm, t_w = 10 mm si talpile B1, B2 = 100 mm, t_w1, t_w2 = 10 mm. Conlucrarea intre grinzile metalice si dala de beton armat se realizeaza prin intermediul conectorilor de tip dorn cu cap (gujon) cu diametru de 16 mm, lungimea 125 mm din otel S235 J2 + C450. Latimea totala a podului este de 10,80 m, care include o parte carosabila de 7,80 m si doua trotuare a cate 1,50 m si grinzile de parapet 2 m x 0,25 m. Dala de beton armat este prevazuta cu hidroizolatie, iar sistemul rutier este realizat din beton asfaltic modificat cu polimeri in doua straturi de 4+4 cm. Sunt prevazute parapete pietonale si de siguranta metalice, precum si dispozitive de acoperire a rosturilor de dilatatie la capetele tablierului, care asigura continuitatea suprafetei de rulare si deplasarea libera a tablierului, in dreptul reazemului mobil. Suprastructura reazema pe culei din beton armat avand o inaltime de 5 m si latime de 1,2 m. Aceastea sunt incastrate indirect cu ajutorul unor piloti avand diametrul de 1.080 mm, la o adancime de 15 m.

Caracterul vital al unor lucrari de pod care sa le faciliteze locuitorilor din zona accesul in regim de urgenta al pompierilor, ambulantei si altor factori de importanta cruciala devine evident cand este vorba de salvarea unor vieti sau unor bunuri gospodaresti. Modernizarea accesului le ofera riveranilor si avantaje economice, ca de exemplu reducerea timpului parcurs de fiecare om in parte pana la obiectivele de interes, deci in consecinta si a consumabilelor aferente vehiculelor de transport. Confera avantaj si atrage investitorii in zonele modernizate etc.

Date de baza

Parametrii geotehnici utilizati in calcul in vederea realizarii lucrarilor aferente executiei podului s-au adoptat avand la baza studiile geotehnice puse la dispozitie de catre o firma atestata in domeniu (fig. 2) astfel rezultand:

• Argila in amestec cu nisip argilos 0,00 – 1,00 m;
• Nisip cu pietris si bolovanis in amestec cu nisip argilos, culoare cafeniu brun 1,00 – 10,5 m;
• Marna argiloasa de culoare cafenie cu intercalatii ruginii si gri, plastic vartoasa 10,5 – 16,00 m.

Solutia adoptata

Varianta optima de fundare pentru pila noua este de fundare indirecta cu piloti forati prin intermediul a 4 coloane de diametru 1,08 m si o lungime de 15,00 m. Culeea nou executata din beton armat C30/37 va avea dimensiunile de 10,50 m x 1,20 m, iar conlucrarea dintre acesta si fundatia pilei se va asigura prin intermediul armaturii, care se va darama pe lungimea de 2,00 m din capul pilotului iar de aici se va porni cu elevatia culeei (fig. 3 – 6).

Schema statica aferenta podului nou proiectat (fig. 7) este cea de grinda simplu rezemata iar reazemele folosite aferente pilotilor sun reazeme elastice, introduse conform STAS 2561-4.

Evaluarea incarcarilor

Evaluarea incarcarilor s-a facut in conformitate cu EN 1991-2 „Actions on structures – Part 2: Traffic loads on bridges” sectiunea 4, respectiv SR EN 1191-2:2005. Actiunile din trafic se definesc prin Modele de Incarcari. Modelele de incarcari din euronorma si regulile asociate lor nu descriu trafic real; ele au fost alese si calibrate astfel incat efectele lor (cu amplificarea dinamica inclusa), sa acopere toate situatiile normale de trafic previzibile pentru a fi considerate in proiectare, precum si efectele traficului real si de perspectiva. Pentru incaracrea utila se va folosi modelul de incarcare LM1. LM 1 acopera situatiile curente de trafic aglomerat sau blocari de trafic cu un inalt procent de vehicule grele. Evaluarea incarcarilor α_Q,Q_ik, α_Q ≤ 1 (sistem tandem – TS), care circula centrat in lungul axei benzii de circulatie, un singur tandem pe o banda de circulatie si incarcare uniform distribuita LM 1 consta din doua sisteme partiale: tandem (doua axe) de forte concentrate cu o incarcare uniform distribuita (UDL) avand o intensitate pe metru patrat α_qq_ik (α_q q_rk pe suprafata zonelor ramase), α_q ≤ 1. Valoarea coeficientilor α_Q si α_q se recomanda a fi 1 (fig. 8).

Pentru modelul de incarcare la oboseala s-au considerat, conform EN 1991-2:2003, respectiv SR EN 1991-2:2005, la punctul 4.6: Convoaie de calcul pentru oboseala, 5 convoaie de calcul si sunt precizate situatii de utilizare a acestora. In cazul podurilor de sosea cu structura mixta compusa otel beton, conform EN 1994-2, pct. 6.8.4, pentru verificarile la oboseala s-a folosit Modelul de incarcare la oboseala 3. Modelul este alcatuit din 4 osii, incarcarea pe fiecare osie fiind de 120 kN/m.

Pentru aglomerarile din oameni pe trotuar s-a recurs la o incarcare conform eurocod de 5.000 N/m2 (5 kN/mp) reprezentand aglomeratii de oameni. Coeficientii partiali de siguranta folositi sunt y_G = 1,35 pentru greutati proprii iar pentru y_Qi = 1,5 actiuni variabile conform EC 1. Pentru actiuni din vant s-au folosit Ψ₀ = 0,3; Ψ₁ = 0,2; Ψ₂ = 0, 0;

Evaluarea incarcarilor s-a facut printr-un program de calcul automat si in urma unor combinatii de incarcari. S-a realizat o simulare in toate etapele de lucru aferente constructiei podului. Etapele de calcul sunt prezentate in figurile 9 – 20.

Dimensionarea elementelor

In urma evaluarii momentelor si deformatiilor se va realiza un pod nou avand la baza urmatoarele lucrari:

• Grinda din dreptul reazemelor este realizata compus din 2 talpi egale cu latimea B1, B2 = 500 mm si t1, t2 = 50 mm si o inima H_w = 1.400 mm t_w = 20 mm. Aceasta sectiune se uneste sub forma parabolica cu sectiunea de grinda care incepe de la 8 m fata de reazem.
• Grinda din camp este realizata compus din 2 talpi egale cu latimea B1, B2 = 500 mm si t1, t2 = 50 mm si o inima H_w = 1.000 mm t_w = 20 mm.
• Antretoazele se vor realiza din profile C cu laturi egale avand inaltimea H_w = 500 mm, t_w = 10 mm si talpile B1, B2 = 100 mm, t_w1, t_w2 = 10 mm.
• Conlucrarea intre grinzile metalice si dala de beton armat se realizeaza prin intermediul conectorilor de tip dorn cu cap (gujon) cu diametru de 16 mm, lungimea 125 mm din otel S235 J2 + C450.
• O placa de suprabetonare cu grosimea de 25 cm din beton armat C35/45.
• Suprastructura reazema pe culei din beton armat avand o inaltime de 5 m si latime de 1,2 m.
• 4 bucati de piloti pe culee la o adancime de 15 m avand diametrul de 1.080 mm.

CONCLUZII

In urma realizarii calculelor cu ajutorul programului de calcul structural putem trage urmatoarele concluzii:

• Deplasarile in zona culeelor nu cresc proportional cu incarcarea. Acestea sunt direct proportionale cu impingerile din presiunea datorata pamantului din spatele acestora. Diferenta din etapa I unde δ_I = 3,73 cm fata de etapa IV unde δ_IV = 3,94 cm nu este semnificativa, neaducand deplasari suplimentare insemnate in urma convoiului LM1+LM3, oameni, parapet si a diferentelor de temperatura.
• Desi deplasarile sunt nesemnificative intre etapa I si etapa IV momentele cresc considerabil intre etape si anume momentul maxim pozitiv M_maxI = 21,56 kN·m pe cand in etapa IV M_maxIV = 605,47 kN·m este net superior. Este de notat faptul ca desi momentele pozitive cresc considerabil momentele negative la baza culeei se pastreaza M_maxI- M_maxIV = -100,14 kN·m.
• In etapa I la nivelul culei momentul maxim este realizat din impingeri si este la baza culeei si in centrul acesteia iar in urma incarcarilor din etapa IV acestea creste exponential si se muta in varful culeei, valorile fiind enuntate anterior.
• In etapa II elemtele cele mai solicitate sunt pilotii forati, in apropierea culeelor avand un moment maxim pozitiv/negativ M_maxII = 1.438,05 kN·m pe cand in etapa IV cand intervin si celelalte incarcari puse in cel mai defavorabil mod momentul maxim pozitiv M_maxIV = 2.774 kN·m si cel negativ M_maxIV = -1.345,53 kN·m. De notat ca in etapa IV momentul maxim negativ scade in comparatie cu cel din etapa II. De asemenea in etapa IV cele mai solicitate elemente sunt grinzile principale in mijlocul deschiderii si pilotii de la culeea din stanga podului.

BIBLIOGRAFIE

1. MOGA, Petru, GUTIU, Stefan, I., MOGA, Catalin, DANCIU, Alexandra D., SUCIU, Mircea: „Poduri, Ghid de proiectare”, Suprastructuri metalice si compuse otel–beton, editia II;
2. EUROCODE 1. Actions on structures. EN 1991;
3. EUROCODE 3. Part 1. Design of Steel Structures. EN 1993:2003;
4. EUROCODE 3. Part 2. Steel Bridges. EN 1993-2:2005;
5. SR EN 1993-1-5/2006. Eurocod 3: Proiectarea structurilor de otel. Partea 1-5: Elemente din placi plane solicitate in planul lor;
6. SR EN 1993-2/2007. Eurocod 3. Proiectarea structurilor de otel. Partea 2: Poduri de otel;
7. SR EN 1993-1-9/2006. Eurocod 3: Proiectarea structurilor de otel. Partea 1-9: Oboseala;
8. Normativ privind prescriptiile generale de proiectare. Verificarea prin calcul a elementelor de constructii metalice si a imbinarilor acestora. Indicativ NP 042-2000. Buletinul constructiilor vol. 19-20.2001.

Autori:

ing. Cristian Antal,
ing. Ardelean Gligan,
prof. dr. ing. Gavril Kollo – Universitatea Tehnica Cluj-Napoca, Facultatea de Constructii, Departamentul de Cai Ferate, Drumuri si Poduri

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 172 – august 2020, pag. 56