Podurile rutiere peste canalele navigabile – o cotitura radicala in conceptia acestor tipuri de lucrari

Podurile sunt lucrari de arta cu alcatuiri structurale complexe, care necesita un efort investitional deosebit de ridicat. Complexitatea acestor lucrari se explica prin aceea ca, spre deosebire de alte constructii (cladirile, spre exemplu), care sunt solicitate preponderent la compresiune sau compresiune excentrica, podurile sunt solicitate in principal la incovoiere sau incovoiere cu torsiune.

Pe de alta parte, lucrarile de poduri sunt expuse mai mult factorilor climatici si de mediu (vant puternic, ploi abundente, inghet-dezghet, seism, loviri din trafic etc.). In acelasi timp, podurile sunt deosebit de necesare pentru asigurarea continuitatii cailor de comunicatie terestre peste nenumaratele si diversele obstacole intalnite pe traseele acestora (cursuri de apa, vai adanci, alte cai de comunicatie etc.).

In Romania au existat din cele mai vechi timpuri ingineri de un inalt profesionalism si spirit creator. Dovada o fac marii nostri ingineri constructori Anghel Saligny, Elie Radu, Emil Prager, Gogu Constantinescu si multi altii, care au fost si pionierii ingineriei romanesti, lasand in urma lor lucrari durabile de mare valoare: complexul de poduri feroviare peste bratele Dunarii intre Fetesti si Cernavoda; cai ferate si drumuri cu podurile, garile si toate celelalte servituti aferente; porturi maritime si fluviale cu toate constructiile anexe necesare bunei functionari; silozuri si depozite de cereale si diverse materiale; cladiri edilitare, administrative, culturale si sociale etc. Toate acestea au fost realizate in folosul societatii, contribuind la industrializarea si modernizarea tarii si in final la prosperitatea oamenilor.

Si in comunism s-a construit mult, desi lucrarile nu erau de prea buna calitate, tinand cont ca era stare de necesitate dupa ororile razboiului, fiind nevoie sa se construiasca repede si fara un control riguros al executiei. S-a construit dupa sabloane nu prea bine gandite, bazandu-se mult pe prefabricare, cu sanse reduse de creativitate. Totusi inginerimea romana si-a inteles menirea si s-a straduit si in aceasta perioada sa fie la inaltime, realizand lucrari de anvergura deosebit de utile pentru progresul economiei nationale. Ar fi de amintit aici podul peste Dunare la Giurgeni – Vadu Oii; podurile combinate de cale ferata dubla si autostrada adiacente podurilor lui Saligny la Fetesti peste bratul Borcea si la Cernavoda peste Dunare; canalele navigabile Dunare – Marea Neagra si Poarta Alba – Midia, Navodari, cu toate lucrarile aferente: porturi, cheiuri de asteptare si de dirijare, ecluze, poduri rutiere si feroviare, excavatii si umpluturi, statii si canale de irigatii si aductiune etc.; metroul bucurestean; amenajarea Dambovitei in municipiul Bucuresti; Casa Poporului (actualmente Palatul Parlamentului); centralele hidro-energetice si de navigatie PF1 si PF2 etc. Inginerii romani au avut un rol primordial in crearea tuturor acestor valori de patrimoniu, prin mintea si abnegatia lor, mobilizate de menirea de care au dat dovada cand si-au inceput activitatea pentru care au fost pregatiti.

Realizarea canalelor navigabile din Romania (Dunare – Marea Neagra si Poarta Alba – Midia, Navodari) a condus la o mobilizare extraordinara a tuturor fortelor de productie materiale si umane din tara, dandu-se libertate deplina gandirii creatoare in conceperea tuturor tipurilor de lucrari necesare.

O asemenea libertate a existat si in conceperea podurilor rutiere peste aceste canale, care a constituit o cotitura radicala pentru realizarea acestor tipuri de lucrari.

PODURILE RUTIERE PESTE CANALELE NAVIGABILE DIN ROMANIA

Asigurarea traversarii rutiere a canalului Dunare -Marea Neagra s-a realizat initial prin intermediul a patru poduri: podul combinat de cale ferata si sosea peste uvrajele ecluzei de la Cernavoda pe DJ 223C Cernavoda – Saligny; podul de sosea de la Medgidia pe DJ 222 Mihail Kogalniceanu – Pietreni; podul de sosea de la Basarabi (Murfatlar) pe DN3 Bucuresti – Calarasi – Constanta; podul de sosea de la Agigea pe DN 39 Constanta – Mangalia.

Ulterior, peste canalul Poarta Alba – Midia, Navodari s-au mai realizat trei poduri rutiere: la Poarta Alba pe DN 22C Cernavoda – Medgidia- Constanta, la Ovidiu pe DN 2A Urziceni – Harsova – Constanta si la Navodari pe drum local 86.

Podurile rutiere necesare pentru traversarea celor doua canale navigabile s-au realizat in solutii moderne, in premiera in tara noastra, deschizandu-se astfel calea catre abordarea unor structuri eficiente, estetice si durabile, asa cum se va arata in cele ce urmeaza.

Podul combinat de cale ferata si sosea peste uvrajele ecluzei de la Cernavoda

Pentru podul combinat de la Cernavoda s-a adoptat solutia de grinda metalica cu zabrele spatiala, continua pe patru deschideri, totalizand o lungime de 256 metri (deschiderea maxima fiind de 85 m), avand caile suprapuse (calea rutiera deasupra caii ferate). Podul este oblic fata de traseul canalului, mentinandu-se traseul caii ferate magistrale existente Bucuresti – Constanta. Intreaga suprastructura metalica cu o masa de 2.200 de tone s-a asamblat pe mal, paralel cu calea ferata existenta, iar apoi s-a montat in amplasament prin procedeul de lansare in consola, sprijinindu-se pe infrastructurile deja executate.

Podul rutier cu doua benzi de circulatie aflat la partea superioara s-a continuat cu viaducte de acces avand suprastructura alcatuita din grinzi cu goluri prefabricate precomprimate cu lungimea de 18 m, pentru a urma traseul rutier al DJ 223C (fig. 1 si 2).

Podul de sosea de la Medgidia pe DJ 222

Descrierea lucrarii

Canalul Dunare – Marea Neagra are o latime de 120 m in zona intersectiei cu DJ 222 si este prevazut cu ziduri de sprijin cu parament vertical pe ambele maluri. Traseul drumului este oblic cu cca. 86° in zona traversarii fata de axul canalului.

Pentru podul rutier peste acest canal s-a impus o deschidere teoretica de calcul de 130 m. Solutia adoptata pentru suprastructura podului principal peste canal este aceea de tablier cu arce metalice si grinzi de rigidizare legate intre ele cu tiranti verticali, cunoscuta in literatura de specialitate ca structura Langer. Grinzile de rigidizare preiau impingerile produse in arce din incarcarile verticale, astfel incat tablierul se comporta ca o grinda independenta exterior din punct de vedere static. Acest mod de alcatuire explica eficienta extraordinara a acestor tipuri de structuri. Se pot acoperi deschideri de pana la 150 de metri cu eficienta economica deosebita, prin limitarea lungimii structurii principale la minimul strict necesar. Aplicarea conlucrarii dintre grinzile metalice de rigidizare ale structurii si dala carosabila din beton armat precomprimat pe care este asezata calea sporeste si mai mult eficienta economica.

Lungimea totala a tablierului principal de suprastructura este de 131 m.

Podul rutier peste canalul Dunare – Marea Neagra este compus din trei parti, si anume: podul principal peste canal, care acopera senalul navigabil; viaductul de acces de pe malul stang; viaductul de acces de pe malul drept. Lungimea totala a podului este de 668,68 m, masurata intre fetele interioare ale culeelor de capat (fig. 3).

Podul principal peste canal consta din suprastructura tip Langer cu lungimea de 131,00 m, si infrastructura pe care reazema tablierul independent cu arce, grinzi de rigidizare si tiranti verticali. Suprastructura podului principal se compune din structura de rezistenta sub forma de tablier tip Langer si din calea pe pod. Structura de rezistenta este alcatuita din arce metalice, grinzi de rigidizare si antretoaze in conlucrare cu dala carosabila din beton armat precomprimat si din tiranti metalici verticali. Arcele tablierului au o curbura in forma de parabola in sens longitudinal cu sageata teoretica de 20,00 m, iar in sectiune transversala au o forma dreptunghiulara cu latimea de 2.000 mm si inaltimea constanta de 1.030 mm (fig. 4).

Tirantii de legatura dintre arce si grinzile de rigidizare sunt confectionati din bare rotunde de otel cu diametrul de 120 mm si sunt prinsi de arce cu buloane SIRP si cu bolt cu diametrul de 200 mm la imbinarea cu grinzile de rigidizare.

Tinand cont ca suprastructura podului principal tip Langer era folosita in premiera in tara noastra, s-au facut analize complexe cu un program de calcul spatial original, care furniza tensiuni atat la nodurile dintre bare cat si la mijlocul barelor, practic in toate sectiunile structurii, pentru toate ipotezele de incarcare si tipurile de actiuni. Programul scria cu rosu rezultatele care depaseau valorile admisibile, astfel incat era deosebit de simplu sa se intervina in redimensionarea acestor sectiuni.

Totodata, s-au efectuat doua tipuri de testari pe modele la INCERTRANS (Institutul de Cercetari in Transporturi) din cadrul Ministerului Transporturilor. Primul tip de testari s-a efectuat in tunel aerodinamic, la Institutul de Studii Aerodinamice, la actiuni transversale din vant, pe un model la scara 1:65 confectionat la INCERTRANS (fig. 5).

Testarea s-a facut pentru doua solutii de alcatuire a tablierului, si anume: cu si fara contravantuiri superioare.

Aceasta testare ne-a ajutat sa stabilim dimensiunile corecte ale arcelor si alcatuirea structurii fara contravantuiri superioare, conducand la economii substantiale de confectii metalice si un aspect mai estetic al lucrarii.

Al doilea tip de testari s-a efectuat tot la INCERTRANS, acolo unde s-a executat si modelul la scara 1:6,5, confectionat din aceleasi materiale ca si lucrarea in situ, dar la o scara redusa. Testarea s-a facut pana la distrugerea modelului pentru ipoteza cea mai defavorabila de incarcare, respectiv aceea echivalenta cu aglomerare de oameni pe partea carosabila si trotuare, aplicabila la podurile din localitati. Este de mentionat faptul ca aceasta incarcare a podului chiar s-a produs la inaugurarea canalului Dunare – Marea Neagra.

Aspectul modelului din hala de incercari a INCERTRANS este prezentat in figurile 6 si 7.

Rezultatele incercarilor pe acest model au confirmat pe de o parte valabilitatea programului utilizat pentru calculul structurii, iar pe de alta parte robustetea acesteia ca structura de pod fara contravantuiri superioare.

Calea pe pod este prevazuta cu o parte carosabila avand latimea de 14,00 m (pentru patru benzi de circulatie) si doua trotuare laterale cu latimea de cate 4,50 m fiecare (fig. 8).

Infrastructura podului principal este compusa din cele doua pile de pe malurile canalului, pe care reazema atat suprastructura independenta a tablierului tip Langer, cat si suprastructurile adiacente ale viaductelor de acces.

Elevatiile pilelor pricipale ale podului sunt alcatuite din beton armat si au o sectiune dreptunghiulara triplu casetata in plan orizontal. Pe fetele laterale, pilele podului sunt prevazute cu scari de acces la trotuarele pietonale de pe calea podului.

Fundatiile acestor pile sunt alcatuite din cate 20 de piloti forati cu diametrul de 1,50 m fiecare, legati la capetele superioare cu radiere din beton armat cu grosimea de 3,00 m. Fisa pilotilor forati este de 25 de metri. Dimensiunile in plan orizontal ale radierelor sunt: lungimea L = 25,00 m si latimea l = 9,50 m.

Sustinerea malurilor canalului in parament vertical in zonele pilelor podului este realizata cu ajutorul unor pereti mulati din elemente prefabricate (solutie inovatoare), incastrate la capetele superioare in radierele din beton armat ale pilelor podului. Fisa peretilor mulati este de 12 m. Alcatuirea pilelor podului este prezentata in figura 9.

Elevatiile pilelor de pod erau prevazute prin proiect a se executa in doua etape, corelate cu tehnologia de ridicare a tablierului metalic la nivelul banchetelor de rezemare (fig. 10).

Deoarece montarea tablierului metalic era intarziata, s-au executat pilele podului in etapa finala, fara a se tine cont de etapizarea corelata cu ridicarea tablierului de pod, proiectantul fiind obligat sa conceapa o alta solutie de ridicare, asa cum se va vedea in cele ce urmeaza.

Viaductul de acces de pe malul stang are 9 deschideri cu lungimi variabile cuprinse intre 36,62 m si 37, 90 m, cauzate de o corectura a pozitiei canalului dupa executia culeelor podului. Tablierele de viaduct sunt continuizate pe cate trei deschideri la nivel de dala carosabila, in vederea reducerii rosturilor de dilatatie si imbunatatirii confortului rutier la trecerea peste rosturile de dilatatie.

Suprastructura viaductului este compusa din structura de rezistenta constituita din grinzi prefabricate precomprimate tronsonate cu inaltimea de 2,00 m, antretoaze si fasii de dala carosabila din beton armat, care asigura monolitizarea elementelor intr-un tot unitar. Deschiderea a 4-a a viaductului constituie si pasaj superior pentru traversarea magistralei de cale ferata Bucuresti – Constanta.

Infrastructura acestui viaduct este compusa din culeea masiva de pe malul stang si cele 8 pile de viaduct din beton armat in forma de T cu fruct invers la elevatii. Consolele pilelor cu lungimea de 5,50 m au fost precomprimate etapizat cu fascicule din SBPø5 mm.

Viaductul de acces de pe malul drept are 6 deschideri cu lungimi de 36,65 m fiecare.

Aspectul pilelor de viaduct este prezentat in figura 11. Tablierele de viaduct sunt continuizate pe cate trei deschideri la nivel de dala carosabila, ca si la viaductul de acces de pe malul stang.

Suprastructura viaductului este compusa din structura de rezistenta constituita din grinzi prefabricate precomprimate tronsonate cu inaltimea de 2,00 m, antretoaze si fasii de dala carosabila din beton armat, care asigura monolitizarea elementelor intr-un tot unitar.

Infrastructura acestui viaduct este compusa din culeea masiva de pe malul stang si cele 5 pile de viaduct din beton armat in forma de T cu fruct invers la elevatii. Consolele pilelor cu lungimea de 5,50 m au fost precomprimate etapizat cu fascicule din SBPø5 mm.

Calea pe viaductele de acces are o parte carosabila cu latimea de 14,00 m si doua trotuare laterale cu latimea de cate 2,25 m fiecare (fig. 11).

Tehnologii de executie

Pilotii forati cu diametrul de 1,00 m, folositi pentru fundarea infrastructurii viaductelor de acces, au fost executati cu instalatia Bade (inovatie a sectiei de mecanizare din cadrul centralei de constructie a canalului Dunare – Marea Neagra), exceptand pilotii forati cu diametrul de 1,10 m de la pila P4 din vecinatatea rambleului de cale ferata, care s-au executat cu noua instalatie Mitsubishi importata din Japonia pentru lucrarile specifice de la canal. Pilotii forati cu diametrul de 1,50 m de la fundatiile pilelor de pod au fost executati tot cu instalatia Mitsubishi.

Transeele pentru peretii mulati ai sustinerilor in parament vertical ale malurilor canalului in zonele pilelor podului au fost sapate cu instalatia de tip Kelly ESGH 30. Pentru realizarea acestor sustineri s-au folosit elemente alcatuite si montate dupa o tehnologie inovatoare, care a permis obtinerea unor certe avantaje tehnico-economice si un grad sporit de crestere a productivitatii muncii.

Radierele din beton armat ale fundatiilor s-au executat in incinte excavate in general fara sprijiniri, exceptand sapatura de la pila P4 din apropierea rambleului caii ferate, care s-a executat in cheson deschis.

Elevatiile cu fruct invers ale pilelor de viaduct au fost executate tot in conformitate cu o tehnologie noua, cu ajutorul unor cofraje cataratoare rabatabile, proiectate special intr-o solutie inovatoare pentru aceasta lucrare. Folosirea acestor cofraje a asigurat o calitate deosebita a lucrarilor si sporirea substantiala a productivitatii muncii.

Armarea elevatiilor pilelor s-a prevazut a se realiza cu carcase sudate montate cu macarale corespunzatoare.

Montarea grinzilor prefabricate avand greutati de 84 tf si respectiv 86 tf si lungimi de pana la 37,88 m s-a facut cu ajutorul a doua macarale tip LINK BELT cu capacitatea de 90 tf, exceptand montarea grinzilor peste calea ferata, care s-a facut cu macaraua cf EDK-125 cu capacitatea de 125 tf, ajutata de doua macarale LINK BELT pentru asezarea pe reazemele corespunzatoare.

Tehnologii speciale cu caracter inovator au fost aplicate la asamblarea si montarea tablierului metalic tip Langer. Astfel, tablierul a fost proiectat sub forma de subansambluri transportabile pe calea ferata. In vederea asamblarii si montarii acestui tablier a fost conceputa o platforma speciala de asamblare pe malul drept al canalului, in vecinatatea viaductului de pe acest mal. Platforma a fost prevazuta cu blocuri de beton fundate corespunzator pentru sustinerea subansamblurilor de grinzi principale si ale turnurilor metalice provizorii in sectiunile de imbinare a arcelor metalice, cu cai de rulare echivalente cu cele de cale ferata, cu carucioare de rulare cu capacitatea de 300 tf, cu troliu electric de 20 tf pentru tragerea tablierului si sisteme de cabluri formand palane cu multiplicarea fortei de tragere a troliului de trei ori.

Imbinarile de santier s-au executat prin sudare la elementele mai importante (arce, grinzi de rigidizare, antretoaze casetate de capat, console de ridicare a tablierului in vederea schimbarii aparatelor de reazem) si cu suruburi de inalta rezistenta (SIRP) la celelalte elemente (antretoaze intermediare, longeronii principali si secundari, tirantii verticali la imbinarea cu arcele).

Conectorii pentru realizarea conlucrarii dintre elementele metalice si platelajul din beton armat precomprimat s-au sudat automat cu ajutorul unui dispozitiv special de sudat bolturi.

Pentru montarea tablierului metalic pe aparatele de reazem au fost efectuate urmatoarele operatiuni:

• lansarea tablierului metalic peste canal;
• rotirea si riparea tablierului la nivelul solului cu cca 4 grade pentru a ajunge paralel cu axul longitudinal al podului;
• ridicarea tablierului metalic la nivelul banchetelor de rezemare de pe pilele podului;
• riparea tablierului la nivelul banchetelor de rezemare ale pilelor podului;
• asezarea tablierului pe aparatele de reazem.

Pentru lansarea tablierului avand o masa totala de aproape 1.200 tone (inclusiv cofrajele si armaturile pentru turnarea platelajului din beton armat) peste canalul cu latimea de 120 m s-a proiectat o platforma plutitoare din 24 de pontoane militare KS3 (fig. 12).

Pentru a putea sprijini tablierul pe malul opus, acesta a fost prevazut la capatul anterior cu doua console metalice provizorii de lansare cu lungimea de 10,00 m, sudate de capetele grinzilor de rigidizare. Cand platforma de lansare a atins malul stang, tablierul a fost tras in continuare pana cand consolele provizorii au ajuns pe mal, unde au fost rezemate si fixate pana la operatiunea urmatoare. Pentru deplasarea tablierului s-a folosit un troliu electric cu capacitatea de 20 tf ancorat pe radierul pilei de pe malul stang. Lansarea tablierului peste canal a durat 2 ore. Dupa lansarea tablierului peste canal s-a efectuat riparea si rotirea tablierului la nivelul solului pentru a ajunge langa pilele podului, folosindu-se cai de rulare pentru ripare si un reazem pivotant special conceput pentru rotirea tablierului cu cca. 4 grade, cat este oblicitatea axului longitudinal al podului fata de axul canalului.

Deoarece elevatiile pilelor de pod erau executate la data lansarii podului peste canal, a trebuit sa fie conceput un alt procedeu de ridicare, diferit de cel propus initial. Astfel, s-a conceput o structura metalica provizorie cu turnuri din elemente de inventar tip UIKM si tabliere provizorii din grinzi metalice de inventar (fig. 13 si 14).

In vederea ridicarii tablierului, consolele provizorii de lansare anterioare s-au taiat la jumatatea lungimii si s-au sudat la capetele opuse ale grinzilor de rigidizare.

Pentru ridicarea tablierului cu greutatea totala de 1.200 tf s-au folosit 4 trolii electrice cu capacitatea de cate 20 tf fiecare, cate doua pe fiecare mal, ancorate la distante de cca. 300 m fata de constructiile provizorii de ridicare. Anfilarea cablurilor de ridicare ale troliilor electrice pe grupurile de role fixe de pe grinda provizorie superioara a constructiei de ridicare si cele mobile ancorate de capetele consolelor provizorii sudate la capetele grinzilor de rigidizare a multiplicat forta de ridicare de 32 de ori la fiecare capat al tablierului de pod, respectiv la 640 tf. Dupa ridicarea tablierului de pod la nivelul banchetelor de rezemare de pe pilele podului, care a durat cca o ora, s-au introdus grinzile provizorii de rezemare si ripare cu ajutorul unei macarale corespunzatoare si a unui mecanic de macara maestru in manipularea pieselor (fig. 14).

Riparea tablierului tip Langer la nivelul banchetelor de rezemare de pe pilele podului s-a executat cu cele doua trolii electrice din aval, care au servit si la ridicarea tablierului de pod.

Asezarea pe aparatele de reazem de pe pile s-a facut cu ajutorul vinciurilor hidraulice coresunzatoare.

A urmat executia etapizata a platelajului din beton armat precomprimat in conformitate cu o tehnologie de betonare si precomprimare speciala, care a condus la obtinerea unor avantaje tehnico-economice notabile. In final s-au executat elementele caii pe pod.

Aspectele podului dupa punerea in functiune sunt prezentate in figurile 15 si 16.

(Va urma)

Autor:
ing. Victor POPA – Membru titular ASTR, Presedinte CNCisC

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 184 – septembrie 2021, pag. 18