Structuri cu arce metalice si grinzi de rigidizare tip Langer sau Nielsen folosite pentru realizarea podurilor (X)

CAP. 3. TIPURI DE PLATELAJE DIN BETON IN CONLUCRARE CU GRINZILE CAII. INFLUENTA CONLUCRARII PLATELAJULUI DIN BETON ASUPRA STRUCTURILOR CU ARCE SI GRINZI DE RIGIDIZARE

 (continuare din numarul 212, aprilie 2024)

3.1. DATE GENERALE

Platelajul unui pod este un element important al acestuia si are rolul de a sustine calea si de a transmite actiunile din greutatea caii si din incarcarea utila la grinzile principale ale structurii de rezistenta. La podurile rutiere, incarcarile utile pot ocupa orice punct din suprafata caii. Din acest motiv, calea podurilor rutiere este continua si trebuie sa asigure o rezistenta uniforma pe toata suprafata sa.

La podurile mai vechi, platelajele sunt elemente de sine-statatoare, care reazema pe grinzile caii (lonjeroni, antretoaze, grinzi principale), fara sa conlucreze cu acestea [1] (fig. 3.1). In aceasta solutie, platelajul constituie incarcare „moarta” pentru structura si, deci, necesita elemente de rezistenta mai robuste, cu un consum de material sporit.

Evolutia materialelor de constructie si a procedeelor de imbinare a acestora, precum si evolutia metodelor de calcul, au condus la imbunatatirea conceptiei de alcatuire a structurilor de rezistenta. Astfel, platelajul caii a fost inclus in structura de rezistenta a elementelor caii, conlucrand cu acestea si asigurand capacitatea portanta necesara cu o substantiala reducere de materiale principale de constructie.

Astfel, au aparut mai intai tablierele cu placa ortotropa la podurile metalice si apoi tablierele mixte cu conlucrare, la care platelajul din beton armat conlucreaza prin intermediul unor conectori cu elementele metalice ale structurii de rezistenta pe care reazema.

In ambele solutii exista o conlucrare armonioasa a platelajului cu elementele pe care reazema, cu efecte benefice din punct de vedere al consumului de materiale principale si respectiv al costului lucrarii, dar si din punct de vedere structural, prin imbunatatirea rigiditatii spatiale a constructiei.

La structurile tip Langer sau Nielsen, primele platelaje au fost, de asemenea, elemente de sine-statatoare, care au rezemat pe elementele caii, fara sa conlucreze cu acestea. Intrucat primele structuri Langer remarcabile au fost din beton armat, platelajele au fost, evident, tot din beton armat, iar alcatuirea acestora s-a facut pe principii clasice. Podurile rutiere cu structuri metalice tip Langer au avut la inceput tot platelaje din beton armat rezemate direct pe elementele caii, fara sa conlucreze cu acestea (fig. 3.1).

Fig. 3.1: Platelaj din beton fara conlucrare (Podul Ohio)

Evident ca, in aceasta solutie, consumul de material metalic este mult sporit, intrucat greutatea platelajului care actioneaza ca o incarcare moarta are si o pondere importanta.

Un alt dezavantaj al acestor structuri (fara conlucrare) il constituie necesitatea luarii unor masuri pentru anularea efectelor datorate eforturilor de intindere sporite ce apar in platelaj in anumite pozitii ale incarcarilor mobile pe pod.

De regula, aceste masuri constau in crearea unor rosturi dese in cale, ceea ce inseamna un disconfort in circulatie si solutii complicate de rezolvare a acestor rosturi.

Solutia optima a platelajelor podurilor metalice de tip Langer este placa ortotropa (fig. 3.2) sau platelajul din beton armat precomprimat in conlucrare cu grinzile metalice ale caii (fig. 3.3).

Fig. 3.2: Platelaj cu placa ortotropa (Podul Schwabelweiss)

Fig. 3.3: Platelaj din beton cu conlucrare (Podul Deggendorf ‒ Fischerdorf)

Solutia cu tabliere metalice de tip Langer cu placa ortotropa are avantajul de a reduce durata de executie a lucrarii, iar in etapa de conceptie calculul este mai putin laborios.

Dezavantajele acestei solutii constau intr-un consum mai mare de material metalic, cu implicatii substantiale asupra costului, precum si in faptul ca structura este mai sensibila la variatii de temperatura.

In cele ce urmeaza vor fi tratate amanuntit tablierele cu platelaje din beton armat in conlucrare cu grinzile caii.

3.2. ALCATUIREA PLATELAJELOR DIN BETON IN CONLUCRARE CU GRINZILE CAII LA STRUCTURILE CU ARCE SI GRINZI DE RIGIDIZARE TIP LANGER SI NIELSEN

Platelajele din beton in conlucrare cu grinzile caii constau dintr-o placa din beton armat sau beton precomprimat legata de talpile superioare ale elementelor metalice pe care reazema (grinzi principale, antretoaze, lonjeroni) prin intermediul unor dispozitive speciale pentru asigurarea conlucrarii, denumite conectori. Dispozitivele pentru asigurarea conlucrarii sunt piese metalice si au rolul sa asigure transmiterea fortelor de lunecare ce apar intre placa de beton si grinzile metalice, pentru toate gruparile de actiuni si in toate fazele de executie. Aceste dispozitive mai au si rolul de a prelua fortele verticale de desprindere dintre placa de beton si grinzile metalice pe care reazema, care apar pe parcursul incarcarii structurii cu diversele actiuni.

Dispozitivele pentru asigurarea conlucrarii sunt de urmatoarele tipuri:

a) tacheti rigizi, care sunt cupoane scurte din otel patrat, profile L, U, T sudate pe contur pe talpa superioara (fig. 3.4)

Fig. 3.4: Tacheti rigizi

b) ancoraje, care sunt cupoane scurte din otel-beton cu ciocuri, cu bucle sau spire (fig. 3.5)

Fig. 3.5: Ancoraje

Ancorajele trebuie sa fie inclinate la 45° fata de talpa grinzii, iar lungimea lor se stabileste astfel incat ancorarea sa se efectueze prin aderenta in partea superioara a placii. Lungimea aderenta a ancorajului trebuie sa fie min. 30 d, in care „d” este diametrul otelului-beton. Ciocurile de ancorare nu intra in calculul lungimii de ancorare. Diametrul minim al ancorajului trebuie sa fie de 12 mm, iar inclinarea ancorajelor se face catre capetele grinzilor.

c) tacheti prevazuti cu ancoraje, realizati prin combinarea dispozitivelor a) si b) (fig. 3.6)

Fig. 3.6: Tacheti cu ancoraje

d) tije cilindrice (dibluri) verticale, sudate la baza printr-un procedeu automat si care sunt prevazute la partea superioara cu o ingrosare sau bucla (fig. 3.7)

Fig. 3.7: Tije cilindrice (dibluri)

Desigur ca tipurile de conectori prezentate nu sunt limitative. Se pot imagina si realiza conectori cu forme diversificate si cu eficienta in asigurarea conlucrarii dintre placa de beton si grinzile metalice.

La alegerea dispozitivelor de conlucrare se prefera tipurile mici si numeroase, fata de tipurile puternice si rare, deoarece lucreaza mai bine la diversele variante de incarcare a structurii.

Distanta maxima intre dispozitivele de conlucrare in sens longitudinal grinzii metalice este 3h_b, unde h_b este grosimea placii de beton. Pentru o mai buna asigurare a conlucrarii, conectorii rigizi, precum si diblurile verticale, se prevad cu o freta de otel-beton ϕ 6-8 mm in forma de spirala, care freteaza betonul in zona de actiune locala a conectorilor.

Placa de beton se realizeaza de regula din beton de calitate superioara, pentru a avea caracteristici de rezistenta cat mai apropiate de cele ale metalului cu care conlucreaza.

Rezemarea placii de beton pe grinzi se face fie fara vute, fie cu vute. Ȋn cazul rezemarii cu vute, acestea trebuie sa aiba o inclinare minima de 1:3 (fig. 3.8)

Fig. 3.8: Rezemarea placii din beton ‒ a) cu vute; b) fara vute

Armarea placii de beton se face dupa regulile obisnuite de armare a placilor carosabile, tinand cont de solicitarile calculate atat ca platelaj propriu-zis, cat si ca talpa a grinzilor metalice pe care reazema. Campul marginal al placii se armeaza suplimentar ca o saiba orizontala pentru a asigura preluarea eforturilor produse de contractia betonului si de temperatura, precum si pentru transmiterea lor la talpile superioare ale grinzilor metalice prin intermediul dispozitivelor de solidarizare amplasate in zonele de capat. Tot in zona de capat se prevad bare speciale de otel, sudate de talpile grinzilor metalice, ancorate in beton (fig. 3.12), separat de dispozitivele rigide sau flexibile prevazute pentru preluarea lunecarilor dintre placa si grinzi. Aceste ancore suplimentare au rolul de a prelua eforturile de lunecare sporite ce se concentreaza in zona de imbinare a arcelor cu grinzile de rigidizare.

Armaturile pretensionate folosite la precomprimarea platelajelor se repartizeaza uniform pe toata latimea placii si se ancoreaza in mod corespunzator. Tensionarea acestor armaturi se face numai dupa realizarea unei rezistente de cel putin 80% din marca betonului. Armaturile postintinse se pozeaza in teci sau tevi etanse, care sa nu permita nicio patrundere a laptelui de ciment in golurile fasciculelor, care ar compromite tensionarea acestora. Pozitia fasciculelor de precomprimare in placa va fi asigurata prin dispozitive de rezemare sigure, care sa nu permita deplasarea acestora in timpul turnarii si vibrarii betonului in platelaj.

3.3. TIPURI DE PLATELAJE DIN BETON LA STRUCTURI LANGER SAU NIELSEN IN CONLUCRARE CU GRINZILE CAII

O serie de poduri cu structuri cu arce si grinzi de rigidizare din Japonia (in general structuri Nielsen) au platelaje din beton armat in conlucrare cu grinzile caii. Aceste platelaje reazema de regula numai pe lonjeroni si antretoaze, conlucrand cu acestea, fara a rezema pe grinzile de rigidizare si, in consecinta, fara a asigura o conlucrare cu grinzile principale ale structurii (fig. 3.9).

In acest fel, eforturile de intindere care apar in placa de beton armat sunt mai reduse si pot fi preluate prin armaturi nepretensionate. In cazurile in care armaturile nepretensionate nu pot prelua aceste eforturi de intindere, este necesar ca in placa sa se practice rosturi transversale dirijate si sa fie deci tratate si ca rosturi in cale.

Fig. 3.9: Platelaj din beton armat rezemat pe lonjeroni si antretoaze (Podul Zuikoji, Japonia)

O oarecare precomprimare a platelajului s-ar putea realiza prin executia acestuia imediat dupa asamblarea tablierului metalic, care va ramane multiplu rezemat pe toti suportii provizorii asezati pentru asamblare, si apoi sa se inlature acesti suporti intermediari provizorii, dupa intarirea betonului din platelaj. In felul acesta se face o precomprimare a placii din beton armat prin denivelere reazeme.

Prin aceasta solutie se impune, insa, montarea in pozitia definitiva a unui tablier mult mai greu, ceea ce va face mai dificila aceasta operatiune.

Tot in Japonia s-a realizat si un tablier cu arce si grinzi de rigidizare cu platelaj din beton usor, dar contractia sporita a acestui tip de beton usor a condus la eforturi suplimentare, care au anulat avantajul adus de reducerea actiunilor din greutatea proprie a platelajului.

Fig. 3.12: Ancore suplimentare pe grinda de rigidizare

(va urma)

***

REFERINTE BIBLIOGRAFICE

[1] ADEKOLA, A. O.: Effective widths of composite beams of steel and concrete. Civil Engineering and Public Works Review, nov. 1965

Autor:

prof. as. dr. ing. Victor POPA ‒ Membru titular ASTR

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 220 – decembrie 2024, pag. 106, 108, 110