1

BPP – 2011- CURSUL 2

I. NOŢIUNI INTRODUCTIVE

Prin lucrare de artă se înţelege o construcţie realizată pentru asigurarea continuităţii

peste obstacole sau pentru mentinerea funcţionalităţii unei căi de comunicaţie şi în această categorie se înscriu podurile, viaductele, podeţele, tunelurile, zidurile de sprijin.

Podurile şi podeţele sunt lucrări de artă realizate pe traseul unei căi de comunicaţie pentru susţinerea acesteia şi asigurarea continuităţii ei peste un obstacol pe care îl traversează denivelat. Aceste obstacole pot fi cursuri de ape, văi sau intersecţii cu alte căi de comunicaţie. În acelaşi timp, podurile şi podeţele asigură continuitatea obstacolului traversat de calea de comunicaţie respectivă, sub pod sau podet ramânând un spaţiu liber ce face posibil acest lucru.

Podeţele se disting de poduri prin faptul că ele au o deschidere de calcul mică, limitată convenţional la maxim 5.0 m pentru podeţele de cale ferată si pentru podeţele rutiere.

Există situaţii în care podurile se construiesc din considerente tehnice: de exemplu, cazul podurilor care înlocuiesc terasamentele pe anumite porţiuni instabile sau dificil de realizat ale unui traseu de coastă sau înlocuiesc terasamente înalte, neeconomice. De asemenea podurile se

pot executa în locul unor terasamente dacă terenul este impropriu susţinerii terasamentelor respective (în structura litologică a terenului există straturi cu rezistenţe mici cum ar fi turba, mâlul, etc.). O altă situaţie de poduri sau podeţe executate din raţiuni tehnice sunt podurile şi

podeţele de descărcare rolul principal al acestora fiind acela de a asigura echilibrul natural al apelor care se pot acumula după precipitaţii în zonele joase de o parte şi alta a terasamentului. Dacă terasamentul este continuu el devine un baraj care separa aceste zone, iar apele se acumulează pe o parte a terasamentului si se poate produce distrugerea căii respective.

(Există şi construcţii care asigură continuitatea peste un obstacol a unor conducte (de apă, de gaz, etc.) sau a unor cabluri electrice de dimensiuni mari. Daca ele nu susţin si o cale de comunicaţie se numesc supratraversări).

Denumirea podului se face de regulă în funcţie de materialul de construcţie din care este executată suprastructura : poduri din lemn, din zidarie, din beton armat sau precomprimat

(poduri masive), poduri metalice (realizate din oţel) şi poduri mixte (cu secţiune compusă oţel-

beton). Podurile şi podeţele prezintă două părţi principale: suprastructura şi infrastructura

(Fig. 2.1) .

Notatii generale In Fig. 2.1. s-au notat:

o L = deschiderea de calcul ; o Lp = lungimea podului (se măsoară între extremităţile zidurilor întoarse ale

culeilor); o hc = înălţimea de construcţie măsurată de la nivelul căii la punctul cel mai de

jos al tablierului, în care se include şi săgeata elastică maximă din acţiunea convoiului;

o hr = înălţimea pe reazem măsurată de la nivelul căii la partea superioară a cuzineţilor de la pile sau culei;

o Qc = nivelul apelor sub pod, corespunzător debitului de calcul cu o anumită probabilitate stabilită în funcţie de clasa de importanţă a podului: 0.3%, 1%, 2%, 5%, (de exemplu Q1% corespunde unui debit maxim care se poate produce într-o perioadă de 100 de ani).

o Qv = nivelul apelor sub pod, corespunzător debitului de verificare calculat cu o anumită probabilitate stabilită în funcţie de clasa de importanţă a podului.

2

o hL = înălţimea liberă sub pod măsurată de la punctul cel mai de jos al tablierului în care se include şi săgeata elastică maximă din acţiunea convoiului, până la nivelul debitului de calcul Qc .

o cota căii pe pod la podurile de cale ferată se consideră nivelul superior al traverselor (notat NST). La podurile de cale ferată în curbă NST se măsoară la firul interior al căii. La podurile rutiere cota căii se consideră la nivelul suprefeţei carosabile, în axul acesteia.

o înălţimea de liberă trecere pe pod se aplică în cazul podurilor închise la partea superioară cu o contravântuire orizontala şi reprezintă distanţa masurată de la nivelul superior al şinei la partea inferioară a elementelor transversale de închidere (de regulă rigle sau diagonale ale contravântuirii superioare);

I.1. SUPRASTRUCTURA

Reprezintă partea principală de rezistenţă a unui pod care susţine direct calea şi poate prelua actiunile specifice podurilor (greutatile permanente, acţiunile generate de convoaie, acţiunea vântului, efectele tasărilor de reazem, efectele diferentelor de temperatură, acţiunile sismice etc). La podurile pe grinzi, eforturile generate de aceste acţiuni sunt

transmise de suprastructură la aparatele de reazem, sub forma unor reacţiuni. Suprastructura poate fi alcatuită dintr-un singur tablier simplu rezemat sau continuu pe mai multe deschideri sau din mai multe tabliere, independente simplu rezemate. La podurile pe

cadre, pe arce sau bolţi precum şi la podeţele boltite, suprastructura o reprezintă partea de construcţie, situată deasupra fundaţiilor.

L L

Lp

NIVEL Qv

NIVEL Qc hL

TABLIER 1 TABLIER 2

1 2NIVEL CALE

hc

hr

SUPRASTRUCTURA

INFRASTRUCTURA

PILA

CULEECULEE

APREAZEM

o Fig. 2.1 – Principalele părţi componente ale unui pod pe grinzi.

2. APARATE DE REAZEM DIN OTEL

Sunt dispozitive speciale care se utilizează în principal la podurile pe grinzi, ele preiau reacţiunile de la suprastructură şi le transmit elementelor infrastructurii, fixează tablierele de infrastructura, fără a bloca deplasarile si rotirile tablierului în secţiunile de reazem, produse de dilataţia termică şi de eforturile din încovoierea tablierelor. La tablierele simplu rezemate, se deschideri mici la un capăt se montează aparatele de reazem fixe (care asigură rotirile din încovoierea grinzilor si nu permit deplasări în plan) şi la capatul celălalt se monteaza aparate de

reazem mobile care să permită atât rotirile din încovoiere cât şi deplasari libere in lungul tablierelor, Fig. 2.2, Fig. 2.3, Fig. 2.4 şi Fig 2.5.

3

d

dROT

DILAT

d DILAT

AXA NEUTRA

f

L

dP

ROT

r

Fig. 2.2 – Deplasări şi rotiri ale unei grinzi în axele de rezemare.

Rezemarea la capătul mobil se poate face pe aparate de reazem mobile cu lunecare unde

partea superioară a aparatului poate glisa pe piesa inferioară (Fig 2.3), sau pe aparate de reazem

mobile cu rulouri (Fig. 2.4).

CUZINET

PINTEN

PLACA

SUPERIOARA

PLACA

INFERIOARA

LAPARAT REAZEM FIX APARAT REAZEM MOBIL

TABLIER

OPRITOR

TABLIER

CUZINET

PLACA

SUPERIOARA

PLACA

INFERIOARA

PINTEN

Fig. 2.3. – Aparate de reazem fixe si mobile CU LUNECARE.

BALANCIER SUPERIOR

BALANCIER INTERMEDIAR

RULOU

CUZINET

PLACA

SUPERIOARA

BALANCIER SUPERIOR

BALANCIER INFERIOR

APARAT REAZEM MOBIL

TABLIERTABLIER

CUZINET

PLACA

SUPERIOARA

PLACA

INFERIOARA

LAPARAT REAZEM FIX

Fig. 2.4. – Aparate de reazem mobile şi fixe CU RULOURI.

4

Fig. 2.5. – Aparat de reazem mobil cu rulouri.

Aparatele de reazem mobile cu rulouri preiau deplasările şi rotirile capătului grinzii prin rotirea limitată a rulourilor şi respectiv, prin înclinarea balancierului superior pe suprafaţa curbă

a balancierului intermediar.

3. APARATE DE REAZEM DIN NEOPREN

Aparatele de reazem din neopren sunt de formă paralelipipedică, alcătuite din straturi succesive din plăci metalice şi neopren lipit între plăcile metalice unde deplasările şi rotirile se obţin prin deformarile neoprenului Fig. 2.6, Fig. 2.4 şi Fig 2.5.

La aparatele mobile din neopren deplasările şi rotirile se preiau prin deformarea in lung a aparatului mobil, mai înalt decăt cel fix. Fig. 2.7 şi Fig 2.8.

OPRITOR

CUZINET

PLACA

SUPERIOARA

OPRITOR

APARAT MOBIL

NEOPREN

PLACA

INFERIOARA

PLACA SUPERIOARA

TABLIERTABLIER

CUZINET

APARAT FIX

NEOPREN

PLACA

INFERIOARA

LAPARAT REAZEM MOBILAPARAT REAZEM FIX

Fig. 2.6. – Aparate de reazem fixe si mobile DIN NEOPREN.

a) b)

5

c)

Fig. 2.7. Detalii aparate de reazem mobile din neopren a) – Aparat de reazem mobil din neopren fara caseta metalica

b) Detaliu neopren c)- Aparat de reazem mobil din neopren cu caseta metalica cu ghidaje laterale.

TABLIER

CUZINET

d

PRELUAREA ROTIRILOR

SI DEPLASARILOR LA

APARATUL DE REAZEM

MOBIL CU RULOURI

CUZINET

PRELUAREA ROTIRILOR

SI DEPLASARILOR LA

APARATUL DE REAZEM

MOBIL CU NEOPREN

TABLIER

d

Fig. 2.8. – Funcţionarea aparatelor de reazem mobile cu rulouri şi cu neopren.

4. APARATE DE REAZEM SPECIALE

Contin o placa circulara de cauciuc natural care este amplasata într-un cilindru de otel - oala – si o alta placă din otel - pistonul – este plasat deasupra. Sub presiunea sarcinii verticale ridicate, placa de cauciuc fiind elastica permite miscări de înclinare ale pistonului în jurul oricărei axe orizontale.

6

În functie de modurile de lucru – fix, mobil unidirectional sau mobil omnidirectional poate prelua forte orizontale si miscări (longitudinale sau transversale), simultan cu încărcările verticale

Fig. 2.9. – Alcatuirea aparatelor de reazem speciale in functie de modul de lucru.

Fig. 2.10. – Amplasarea aparatelor de reazem speciale in functie de modul de lucru.

7

Reazemul fix (11)

Poate prelua forte in orice directie in plan

Reazemul mobil unidirectional (12) (21)

E deplasabil pe o directie (în plan) si poate prelua forte orizontale,perpendicular pe această directie.

Reazemul mobil omnidirectional (22) e deplasabil în orice directie (în plan) si în consecintă nu poate prelua forte orizontale pe nici o directie.

8

BPP – 2011- CURSUL 3

5. INFRASTRUCTURA

Este partea de construcţie care susţine suprastructura, preia reacţiunile de la aceasta şi le distribuie la teren sub forma unor presiuni, prin intermediul elevatiilor si fundaţiilor. Infrastructura unui pod pe grinzi este alcatuită din :

a) CULEELE – sunt elementele de infrastructură de la capetele unui pod, au o forma specială care sa asigure rezemarea suprastructurii, susţinerea terasamentului şi preluarea împingerilor terasamentului din spatele culeilor. Lateral culeele sunt prevăzute cu amenajări speciale ale taluzelor terasamentelor sub forma unor sferturi de con sau cu elemente speciale din beton sau zidărie denumite aripi necesare atât susţinerii taluzelor în afara lăţimii culeilor cât şi pentru dirijarea apelor în amonte şi în aval de pod. Ele se denumesc generic racordări cu

terasamentul. Părţile componente ale unei culei sunt (Fig. 3.1, Fig. 3.2): • fundaţia culeilor prezintă alcătuiri şi denumiri specifice în funcţie de sistemul de

fundare adoptat. In cazul soluţiilor cu fundaţii directe, fundaţia culeii este alcătuită dintr-un bloc de fundaţie, cu dezvoltări în trepte pe partea dinspre albie

• elevaţia culeii are forma unui zid de sprijin, cu o înclinare a feţei dinspre albie (numita fruct). Inclinarea elevaţiei culeei spre terasament (fructul) este cuprins intre 1:10 şi 1:5;

• bancheta cuzinetilor înglobează cuzineţii pe care sunt aşezate aparatele de reazem şi repartizează reacţiunile acestora în elevatia culeii.

• zidul de gardă are rolul de a susţine terasamentul deasupra banchetei şi de a proteja bancheta şi aparatele de reazem de colmatarea cu pământul sau balastul din terasament. La partea superioara a zidului de gardă, la podurile de cale ferată cu calea pe traverse se execută o decupare pe care se monteaza un opritor de

balast (de regulă un profil cornier) necesar montării ultimei traverse de pe terasament înainte de pod şi a trecerii şinelor de pe terasament pe tablier.

• zidurile întoarse se execută lateral in spatele culeii, în consolă. Ele au rolul de a împiedica terasamentul nesusţinut de deasupra aripilor sau sferturilor de con să cadă în lateral şi să afecteze stabilitatea acestuia în spatele culeilor.

• drenul si rigola drenului asigură colectarea apelor infiltrate în terasament, în spatele culeii prin drenul de piatră asezată cu mâna şi evacuarea acestora cu rigola de la baza drenului şi mai departe prin barbacane (guri de evacuare a apelor care se execută la ziduri de sprijin si la elevaţia culeilor)

Fig. 3.1 Culee de pod cu sferturi de con

9

NIVEL CALE

BANCHETA CUZINETI

ZID

INTORS

ZID DE

GARDA

DREN

CONSOLA DREN

ELEVATIE

FUCT (INCLINAREA FETEI)

TALPA FUNDATIEI

BETON EGALIZARE

TREAPTA FUNDATIEI

BLOC DE FUNDATIE

AX REAZEM

ROSTULELEVATIE-FUNDATIE

Fig. 3.1 Sectiune culee si denumiri parti componente

• racordările cu terasamentul. Culeele au o lăţime corelată cu lăţimea platformei căii. Taluzele terasamentului la baza, dincolo de latimea platformei caii de la partea superioara rămân libere (nesusţinute) în lateral, iar sustinerea lor se face prin realizarea unor racordari cu terasamentul cu sferturi de con sau cu aripi.

• sferturile de con reprezintă o amenajare a taluzelor terasamentului prin racordarea cu o suprafaţă cu pantă variabilă pornind de la panta taluzului 2:3 la panta 1:1 la intersecţia cu suprafeţele laterale ale culeii (racoradarile cu sferturi de con sunt recomandate pentru înălţimi ale terasamentului sub 5.0m pentru a se evita executarea unor ziduri întoarse foarte lungi). De regulă suprafaţa sferturilor de con se protejează cu un pereu de piatră sau din beton, rezemat la bază, sub nivelul terenului, pe fundaţii curbe din beton (Fig 3.1, Fig. 3.3), amplasate sub adancimea de inghet (la cca 1.0 ....1.2 m). Fundatiile pereului sferturilor sau fundatiile aripilor sunt executate separat de fundatia culeilor pentru a elimina neajunsurile unor tasări diferenţiate intre fundatiile cueelor si fundatiile sferturilor de con.

• aripile se fac din beton monolit (Fig. 3.4), din zidărie sau din beton armat prefabricate aşezate pe o fundaţie monolită. Ele se utilizează pentru terasamente mai inalte, cu înălţimi mai mari de 5.0 m. In anumite situaţii de amplasament racordările cu terasamentul se pot face cu ziduri de sprijin, utilizate şi pentru protecţia malurilor.

Fig. 3.3. Culee cu racordări cu sfert de con pereat cu beton.

10

Fig. 3.4. Culee cu racordări cu aripi din beton.

b) PILELE sunt elementele de infrastructură care asigură reazemările curente ale suprastructurii pe lungimea dintre cele două culei şi pot fi executate din zidărie de piatră sau caramidă, din beton şi mai rar din metal (numai elevaţia).

Părţile principale ale unei pile clasice, cu elevatie lamelară si fundaţie directă sunt prezentate în Fig. 3.5 si Fig 3.6:

• blocurile de fundaţie asigura transmiterea incarcarilor la terenul bun de fundatie, denumit strat portant. Ele prezintă trepte dezvoltate pe ambele laturi lungi ale blocurilor de fundaţie (la culee blocurile au trepte numai în faţă);

• elevaţia pilei este partea situată deasupra fundaţiei avand o secţiune de formă hidrodinamică (cu avantbec şi arierbec) la pilele amplasate în albiile râurilor (Fig.

• bancheta cuzinetilor şi cuzinetii. Atât la pile cât şi la culei cuzineţii au partea superioară plană si orizontala iar suprafeţele superioare ale banchetei sunt în pantă, pentru scurgerea apelor din precipitaţii.

a) b)

Fig. 3.5 Alcătuirea generala unei pile lamelare cu fundaţie directă.

La pilele din beton se utilizează clase de beton în concordanţă cu mărimea încărcărilor pe care le preia fiecare parte componentă: astfel bancheta cuzineţilor şi cuzineţii necesita o clasa superioara de beton in raport cu betonul utilizat la elevatii sau la fundatii. Pentru realizarea unui beton mai compact la suprafetele laterale şi un aspect estetic după decofrare se toarnă in cofrag, perimetral, odată cu betonul elevaţiei un beton de clasa superioara (de regula de aceeasi clasa cu betonul banchetei) denumit beton de faţă vazută de cca 20 cm grosime.

11

NIVEL CALE

AX REAZEM

BANCHETA

CUZINETI

ELEVATIE

BLOC DE FUNDATIE

TALPA

FUNDATIEI

BETON

EGALIZARE

TREAPTA

FUNDATIEI

R

2R 2R

SECTIUNI PILA

SECTIUNE A - A

A A

AVANTBEC

ARRIERBEC

ROSTUL

ELEVATIE-FUNDATIE

Fig. 3.6. Partile componente ale unei pile cu fundatii directe

c) SISTEME DE FUNDARE LA PILE SI CULEI

Fundaţiile directe se execută atunci când stratul portant se află la la o adancime relativ mica fata de suprafata terenului. Fundatiile directe se realizeaza din blocuri din beton de forma paralelipipedica, asezate in trepte astfel incat sa asigure repartitia presiunilor de la partea inferioara a elevatiei la talpa fundatiei (Fig. 3.1. si Fig. 3.6)

In cazul în care stratul portant este situat la adâncime mare, solutia de fundare directă devine neeconomică şi se vor adopta solutii cu fundaţii directe de adâncime (fundaţii pe

chesoane) sau cu fundaţii indirecte (pe coloane, piloti, etc). Fundaţiile pe chesoane se mai numesc si fundaţii directe de adancime. Sapatura pentru

fundaţie se realizează într-o incinta de beton armat (cheson deschis , Fig. 3.7) care va coborî, sub propria greutate, treptat, pe masură ce excavaţia in interior avansează pâna la stratul portant. După ce se incastreaza în stratul portant chesonul se umple cu beton şi va deveni fundaţia pilei sau culeii (Fig. 3.8.). Soluţia se recomanda in cazurile in care stratul portant este situat la o adancime mai mare si infiltratiile in sapatura sunt foarte mari.

B

SECTIUNE A - ASECTIUNE LONGITUDINALA C - C

B

A

A

SECTIUNE PLANA B - B

CUTIT METALIC

C C

Fig. 3.7 Alcătuirea unui cheson din beton armat.

12

CHESON CHESON

Fig. 3.8 Pilă şi culee cu fundaţii pe chesoane.

Fundaţiile indirecte se execută când stratul portant se află la adâncime mare. Fundaţiile indirecte pot fi pe piloti (cu dimensiunea sectiunii sub 60 cm) sau pe piloti cu diametru mare (denumiţi şi coloane) executaţi prin diferite metode (prin forare, prin vibrare, etc). Ei se încastrază în stratul portant şi transmit încarcarile la teren prin frecare pe manta (pe suprafaţa laterală) şi prin presiune pe vârf. Lungimea coloanelor poate atinge adancimi mari (35.0 …50.0m) iar diametrul acestora poate fi cuprins între 0.60 m si 2.0 m. In Fig. 3.9 este prezentată o pilă cu fundaţia pe coloane forate. Blocul de fundaţie din capatul coloanelor se numeşte radier si el are rolul de solidarizare a coloanelor şi de repartiţie a încarcarii la coloane.

SECTIUNE D-D

COLOANE

BENOTOA

B

B

DD

ELEVATIE PILA

COLOANE

BENOTO

RADIER BETON ARMAT

VEDERE A-A SECTIUNE B-B

RADIER BETON ARMAT

BETON DE FATA VAZUTA

ELEVATIE

BANCHETA CUZINETIA

Fig. 3.9 Alcătuirea unei pile cu fundatii indirecte (pe coloane forate tip Benotto)

13

Elevaţiile pilelor sunt elementele care pot imbunatati aspectul arhitectonic al podului si in functie de acest aspect pot fi realizate sub cele mai diferite forme moderne:

a. b. c. d.

e. f.

Fig. 3.10. Forme moderne ale elevatiilor la pile

Asfel elevatiile pilelor pot fi alcătuite din: - stâlpi (coloane) care împreună cu bancheta cuzineţilor realizează un cadru rigid (Fig.

2.18 a, b, d); - cu elevatii lamelare cu avantbec si arrierbec cu sectiune semicirculara (Fig. 2.18 c); - cu o sectiune dreptunghiulara (la viaducte, la pilele amplasate pe uscat, (Fig. 2.18 e) - cu cadre in “V” ( la podurile peste lacuri, etc (Fig. 2.18 f).

14