«

»

Poduri cu structuri hibride realizate in Romania

Share

Structurile hibride sunt constructii compuse din mai multe tipuri de materiale, pe anumite zone din lungimea sau suprafata lor. Aceste structuri sunt deosebit de eficiente in domeniul podurilor datorita unor certe avantaje tehnico-economice, precum economie de materiale costisitoare, cresterea raportului dintre deschiderea principala si deschiderile laterale in cazul structurilor continue (foarte necesara in unele cazuri), reducerea timpului de executie a constructiei si altele.

Structurile de poduri care se preteaza cel mai bine la o alcatuire hibrida sunt grinzile continue pe trei deschideri sau structurile hobanate cu trei deschideri si respectiv cu doi piloni.

Avantajul principal rezulta din posibilitatea maririi deschiderii principale in detrimentul celor laterale. Acest lucru este posibil prin utilizarea unor materiale mai usoare in deschiderea principala (spre exemplu metalul sau o structura mixta cu conlucrare metal – beton armat) si a unor materiale mai grele in deschiderile laterale (spre exemplu, betonul armat sau betonul precomprimat).

In cele ce urmeaza vor fi prezentate cateva poduri cu structuri hibride realizate in Romania, explicandu-se avantajele pentru care au fost concepute astfel.

 

Podul suspendat peste bratul Dunarea Mica (Gogosu) la Ostrovul Mare, in cadrul lucrarilor SHEN PF II

In cadrul complexului hidroenergetic si de navigatie Portile de Fier II a fost necesara realizarea unui pod suspendat peste bratul Dunarea Mica, denumit si bratul Gogosu, cu scopul asigurarii unui acces rutier mai usor si rapid intre continent si insula Ostrovul Mare, in zona hidrocentralei principale de pe Dunare (fig. 1).

Podul peste bratul Dunarea Mica (Gogosu) asigura traversarea pietonilor si biciclistilor, dar si a vehiculelor usoare cu greutatea pana la 3,5 tone (autoturisme, autosanitare, microbuze etc.). Podul are o singura banda de circulatie, cu latimea de 4,80 m, traficul auto fiind semaforizat.

Podul a fost verificat teoretic si la un vehicul izolat pe pod cu greutatea de 30 tf, care a constituit si incarcarea de testare a podului. In practica, insa, nu se admite circulatia vehiculelor grele, neexistand un sistem de control si coordonare a traficului care sa impuna doar existenta unui singur vehicul greu pe pod.

 

Solutia constructiva

Initial s-a proiectat un pod suspendat cu trei deschideri de 95 m + 170 m + 95 m si lungimea totala de 360 m, cu doi piloni amplasati in albia minora a fluviului (fig. 2).

Suprastructura acestui pod consta intr-o caseta metalica cu placa ortotropa continua pe cele trei deschideri mentionate mai sus.

Pentru executia fundatiilor pilonilor era necesara platforma plutitoare De Long, inchiriata cu un cost deosebit de mare, care a ridicat costul investitiei la o valoare neacceptata. In aceste conditii, investitia a fost stopata.

Ulterior s-a propus o noua solutie: pod suspendat cu structura hibrida (beton precomprimat in deschiderile laterale si placa ortotropa in deschiderea centrala), cu trei deschideri de 60 m + 240 m + 60 m si lungimea totala tot de 360 m, ca si in solutia initiala.

Costul investitiei scazand substantial, a fost acceptata si executata aceasta varianta. Solutia adoptata deci pentru realizarea traversarii peste bratul Dunarea Mica (Gogosu) este aceea de pod suspendat, folosind pentru sistemul de suspendare o serie de cabluri inchise ramase disponibile de la funicularul prevazut pentru Sistemul Hidroenergetic si de Navigatie „Portile de Fier I”.

Suprastructura acestui pod este alcatuita dintr-un tablier suspendat continuu pe trei deschideri de 60,00 m + 240,00 m + 60,00 m = 360,00 m (fig. 3). Zona centrala a acestui tablier, pe o lungime de 220,00 m, este alcatuita dintr-o grinda metalica casetata cu placa ortotropa, care se continuizeaza in cele doua deschideri laterale cu tabliere din beton armat precomprimat pe lungimea de cate 70,00 m de fiecare parte.

  • 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 cca. 4º (fig. 4).

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 se realizeaza cu articulatii duble (in sens longitudinal si in sens transversal), iar prinderile tirantilor de tablier se realizeaza cu articulatii in sens longitudinal si cu dispozitive de reglare a lungimii tirantilor cu cca. ±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 cca. ±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, care permit deplasarea nestingherita cu cca. ±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 m = 1,00 m), este alcatuit in sectiune transversala dintr-o grinda cu placa ortotropa casetata, avand inaltimea constanta, egala cu 2,23 m in axul caii.

Latimea casetei la intrados este de 5,50 m, iar latimea grinzii la nivelul caii este de 6,00 m (fig. 4a).

Conturul exterior al grinzii casetate metalice se racordeaza perfect cu conturul exterior al tablierelor din beton armat precomprimat, care au, de asemenea, aceeasi inaltime (2,23 m), constanta pe toata lungimea, precum si aceleasi latimi la intrados si la nivelul caii.

Tablierul metalic a fost conceput astfel incat sa se uzineze in subansamble cu greutati si gabarite care sa permita transportul integral pe calea ferata. Asamblarea tronsoanelor in uzina si pe santier s-a facut integral prin sudura.

  • Suprastructura din beton armat/precomprimat

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

Necesitatea continuizarii 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 avand 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 printr-o serie de 5 diafragme pe reazeme si 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 24Ø7 SBP I.

  • Infrastructura podului

Infrastructura podului se compune din cele doua culee 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 cablurilor de suspendare. Inaltimea totala a elevatiilor pilonilor este de 54,00 m (fig. 6).

Stalpii de pilon sunt realizati din beton armat si au alcatuirea in forma de V cu rigla de legatura la partea superioara. Stalpii de pilon 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. Aceasta rigla 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, avand latimea de 2,00 m, este prevazuta cu 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 ale cablurilor de suspendare.

 

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, acest pod este primul pod suspendat cu structura hibrida din lume. Aplicarea acestei solutii a condus la reducerea substantiala a consumului de otel si implicit a costului de investitie. Pe de alta parte, 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 si posibilitatile de mobilizare ale inginerilor romani in domeniul infrastructurii rutiere.

Forma sa supla, armonizarea dimensiunilor si culorilor fac ca podul suspendat Gogosu sa se constituie ca o lucrare de referinta in domeniu.

 

Podul hobanat peste Valea Rea la Cornu, jud. Prahova

Conditiile grele de circulatie pe timp de iarna in zona podului peste Valea Rea din comuna Cornu, judetul Prahova, datorate unui traseu sinuos si cu pante foarte mari, de pana la 15%, au impus reamenajarea traversarii si implicit realizarea unui pod nou peste valea sus-mentionata. Traseul vechi al drumului in zona traversarii era in profil longitudinal concav (covata), cu pante de 15% spre Campina si 11% spre Breaza, iar in plan fiecare rampa a podului era formata din curbe si contracurbe cu raze reduse, ceea ce conducea la dificultati de circulatie din lipsa vizibilitatii si ca urmare a geometriei necorespunzatoare, cu deosebire in timpul iernii, cand se produceau dese accidente, iar pe vreme cu polei era practic imposibil de parcurs acest traseu.

Podul existent era o bolta dublu incastrata cu deschiderea de 20,50 m si latimea partii carosabile de 4,40 m.

Noul pod a fost impus doar din motive de imbunatatire a traseului drumului in zona traversarii vaii si nu din motive hidraulice sau de stare tehnica a podului. Astfel, a fost studiat un traseu al caii care sa elimine pantele mari si curbele multiple existente. Rezolvarea acestei situatii a condus la ridicarea liniei rosii cu cca. 8 m si deci la extinderea lungimii podului.

S-au studiat 4 solutii pentru realizarea noului pod. Cea mai eficienta solutie s-a dovedit aceea de pod hobanat cu structura hibrida (tablier din beton armat in deschiderile laterale si tablier mixt cu conlucrare pe o zona de 20 m lungime din deschiderea centrala (fig. 8).

Podul are trei deschideri de 15,00 m + 42,00 m + 15,00 m si o lungime totala a suprastructurii de 72,00 m (masurata in axul caii).

Raportul mare dintre deschiderea principala de 42,00 m si deschiderile laterale de 15,00 m a fost posibil prin imbinarea judicioasa dintre structura metalica mai usoara, amplasata in zona mediana a deschiderii centrale, si structura din beton armat mai grea, amplasata in deschiderile laterale si zonele adiacente din deschiderea centrala.

 

Pasajul hobanat pe autostrada A3 Bucuresti – Ploiesti peste DN1 la Barcanesti, jud. Prahova

Realizarea tronsonului Bucuresti – Ploiesti al autostrazii A3 Bucuresti – Brasov a necesitat executia unui pasaj hobanat peste DN 1 la Barcanesti.

Proiectul initial al acestei lucrari consta intr-un pasaj cu 8 deschideri de cate 40,00 m lungime fiecare si o amenajare de sens giratoriu pentru acces din DN 1 la autostrada, amplasata sub pasaj, la intersectia dintre cele doua cai.

Suprastructura pasajului era constituita din 8 tabliere independente alcatuite din grinzi prefabricate precomprimate simplu rezemate cu lungimea de 40,00 m.

Infrastructura pasajului consta din cele doua culei duble de la capete si 7 pile duble intermediare. Toate elementele de infrastructura erau prevazute a fi fundate indirect pe piloti forati cu diametrul de 1,08 m. Pila centrala a pasajului era amplasata in mijlocul sensului giratoriu amenajat dedesubt.

Pe parcursul executiei pasajului, beneficiarul a dispus mutarea amplasamentului acceselor la autostrada in alta zona si s-a renuntat astfel la amenajarea sensului giratoriu de sub pasaj. In aceasta situatie, nu mai era posibila amplasarea unei pile in zona intersectiei. Insasi mentinerea solutiei pasajului nu mai era posibila, chiar daca s-ar fi incercat o translatie a infrastructurii in lungul traseului autostrazii, deoarece oblicitatea mare dintre cele doua cai impunea ca deschiderea necesara pentru traversarea DN 1 sa depaseasca cu mult valoarea deschiderilor proiectate (fig. 10).

Solutia noua care s-a adoptat la acest pasaj trebuia sa respecte linia rosie initiala a caii si implicit inaltimea de constructie a suprastructurii, pentru a asigura gabaritul de libera trecere sub pasaj si pentru a se utiliza pe cat posibil pilotii forati deja executati.

Pentru respectarea acestor conditii propuse, proiectantul a adoptat o solutie inovatoare de pasaj hobanat cu structura hibrida, cunoscut in literatura de specialitate sub denumirea de „extradosed structure”.

Pasajul peste DN 1 de la Barcanesti are o structura hobanata cu 3 deschideri de 40,50 m + 80,00 m + 40,50 m = 161,00 m.

Pentru suprastructura pasajului, din motive de eficienta economica, s-a adoptat o structura hibrida compusa din tabliere casetate din beton precomprimat acoperind deschiderile laterale de 40,50 m lungime si cate 9,00 m din deschiderea centrala, si din tablier casetat mixt cu conlucrare pe zona mediana de 62,00 m a deschiderii centrale de 80,00 m lungime (fig. 11).

Infrastructura pasajului este alcatuita din cei doi piloni cu pile adiacente duble si cele doua culei duble de la capete, fundate indirect pe piloti forati cu diametrul de 1,08 m, prin intermediul radierelor din beton armat.

In sectiune transversala, fiecare cale de autostrada avand latimea partii carosabile de 12 m reazema pe cate un tablier cu doua grinzi principale casetate, ancorate cu hobane amplasate in planul median dintre cai (fig. 12).

Tablierele din beton precomprimat din deschiderile laterale sunt constituite din cate doua grinzi principale casetate precomprimate, legate intre ele cu antretoaze si placa de sustinere a caii din beton armat (fig. 13).

Tablierele mixte cu conlucrare au tot cate doua grinzi principale casetate in sectiune transversala, cu aceleasi dimensiuni exterioare ca si grinzile din beton precomprimat (fig. 14).

 

Podul hobanat peste Canalul Dunare – Marea Neagra in Portul Constanta, la Agigea

Executia canalului Dunare – Marea Neagra a impartit portul Constanta in doua zone, respectiv zona de Nord si zona de Sud. Circulatia intre cele doua zone se facea cu multa dificultate pe un traseu ocolitor, care traversa municipiul Constanta, apoi pe DN 39, traversand Canalul pe podul hobanat de la Agigea, realizat in anul 1983 in cadrul lucrarilor de executie a cailor navigabile din zona.

Dupa foarte mult timp (aproape 30 de ani) s-a reusit relansarea executiei unei traversari a Canalului chiar in zona portului, care sa realizeze o legatura facila si rapida intre cele doua zone ale portului, cu scopul de a descongestiona traficul in municipiul Constanta si pe DN 39 intre Constanta si Mangalia.

Solutia propusa pentru traversarea Canalului a fost un pod principal hobanat cu trei deschideri de 120 m + 180 m + 120 m avand lungimea de 420 m si doua viaducte de acces cu cate 4 deschideri de 60 m lungime fiecare, lungimea totala a lucrarii fiind de 903,30 m (fig. 16).

 

Elevatie si vedere plana

Tablierul podului principal si ale viaductelor de acces erau propuse a se executa cu structuri mixte cu conlucrare. La executie, s-au propus o serie de modificari ale solutiei licitate in vederea simplificarii construirii si a eficientizarii din punct de vedere economic.

Principalele modificari au constat in:

  • inlocuirea suprastructurii viaductelor de acces cu tabliere din grinzi prefabricate precomprimate cu deschideri cuprinse intre 30 si 40 m in locul celor cu structuri mixte cu conlucrare cu deschideri de 60 m lungime (fig. 17);
  • marirea deschiderii centrale a podului principal de la 180 m la 200 m, pentru ca pilonii sa fie executati complet de pe malurile Canalului si micsorarea deschiderilor laterale de la 120 m la 80 m, in vederea reducerii cantitatilor de confectii metalice si implicit a costurilor (fig. 18).

Rezultatul acestor modificari a condus in final la cresterea costului investitiei cu peste 50% si nicidecum la reducerea acestuia, ceea ce a impus sistarea lucrarilor.

Cauzele principale care au dus la cresterea exagerata a costului lucrarii au fost urmatoarele:

  • descoperirea, in timpul executiei, ca terenul de fundare avea o varietate foarte mare a caracteristicilor fizico-mecanice, caracterizata printr-o diminuare drastica a capacitatii portante in majoritatea amplasamentelor elementelor de infrastructura, ceea ce a condus la o crestere substantiala a numarului si lungimii pilotilor forati, determinatasi prin dublarea elementelor de infrastructura datorata reducerii lungimii deschiderilor de la viaductele de acces si a celor laterale ale podului principal;
  • dezechilibrarea structurii prin reducerea substantiala a deschiderilor laterale ale podului principal in raport cu deschiderea principala, fara masuri de contrabalansare a hobanelor, ceea ce a condus la o crestere importanta a cantitatii de confectii metalice in tablierul podului principal, in loc de reducerea acesteia;
  • adoptarea unor solutii costisitoare de montaj al tablierului metalic al podului principal.

Pentru a fi reluata executia s-a impus efectuarea unei expertize tehnice privind proiectul si lucrarile deja executate si gasirea unei solutii menite sa reduca valoarea de cost.

Solutiile de imbunatatire a lucrarii au constat in principal in urmatoarele:

  • introducerea in deschiderile laterale ale podului principal a structurilor din beton armat precomprimat mai grele decat cele cu metal din zonele dinspre viaductele de acces, de cca 47 m si respectiv 46 m lungime, tinand cont ca tronsoanele metalice din zonele pilonilor erau deja uzinate si in concluzie trebuiau folosite (fig. 19);
  • imbunatatirea alcatuirii tablierului metalic al podului principal din deschiderea centrala, care nu era uzinat;
  • imbunatatirea tehnologiilor de montaj al tablierului metalic si de executie a podului in ansamblu.

Prin aceste masuri, costul investitiei a scazut cu cca 30%, ceea ce a facut posibila reluarea lucrarilor.

Aspecte ale podului finalizat sunt prezentate in figura 20.

 

CONCLUZII

Structurile hobanate sunt constructii ingineresti care se aplica in cazul podurilor cu deschideri mari si foarte mari. Avantajele incontestabile rezultate prin utilizarea acestor tipuri de structuri la alcatuirea podurilor au condus la proliferarea exploziva pe plan mondial a acestora, acoperind deschideri incredibil de mari si forme deosebit de atractive.

Aplicarea structurilor hobanate la poduri constituie si un imbold pentru stimularea creativitatii si inventivitatii in acest domeniu fascinant al conceptiei podurilor.

Unele dezavantaje legate de complexitatea calculelor si sporirea atentiei la executia unor detalii mai delicate sunt compensate de dezvoltarea impetuoasa a tehnicii de calcul si a tehnologiilor de executie.

Un plus de valoare poate fi dat podurilor prin folosirea structurilor hibride atat in cazul grinzilor continue pe trei deschideri cat si a podurilor sau pasajelor hobanate cu doua sau trei deschideri.

Avantajele principale ale acestor structuri sunt urmatoarele:

  • costuri mai reduse prin reducerea lungimii totale a podului si a ponderii materialelor deficitare;
  • reducerea timpului de executie prin posibilitatea executiei concomitente a celor doua tipuri de structuri componente;
  • posibilitatea maririi deschiderii centrale in raport cu deschiderile laterale, favorizand traversarea unor obstacole mai largi;
  • asigurarea unui aspect estetic deosebit al lucrarii.

 

Autor:
ing. Victor POPA, Membru titular al Academiei de Stiinte Tehnice din Romania, Presedinte CNCisC

 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 180 – mai 2021, pag. 30

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: https://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2021/05/01/poduri-cu-structuri-hibride-realizate-in-romania/

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa de email nu va fi publicata.