18

CAPITOLUL 2 STRUCTURI DE PODURI METALICE

AVND ELEMENTELE PRINCIPALE DE REZISTEN ALCTUITE DIN BARE

2.1. ELEMENTE CONSTITUTIVE ALE PODURILOR .TIPURI STRUCTURALE 2.1.1. ASPECTE GENERALE

La realizarea unei structuri de construcie a unui pod se parcurg, n relaie de intercondiionare, dou etape principale distincte:

- etapa de concepie a structurii de rezisten; - etapa de execuie a proiectului. La aceste etape de baz care privesc realizarea propriu-zis a structurii, se adaug o

succesiune de etape care vizeaz funcionalitatea structurii pe durata de exploatare prezumat, constnd n urmrirea comportrii n timp, lucrrile de ntreinere, i dac este cazul, lucrrile de consolidare, n cazul modificrii condiiilor de trafic sau a altor cauze obiective.

De asemenea execuia structurii este urmat de ncercarea sub sarcin, majorat cu un anumit coeficient de siguran, produs de convoaiele de calcul.

Criteriile principale n alegerea unei structuri de rezisten, n momentul actual, sunt urmtoarele:

- asigurarea unor deschideri suficient de mari din punct de vedere funcional; - s rezulte un efort material ct mai eficient, n condiiile de siguran la exploatare

prescris de normative; - preul de cost pe ansamblu s fie ct mai redus, acesta incluznd ansamblul

cheltuielilor de investiie i ntreinere; - timpul de execuie s fie ct mai scurt, reducnd astfel perioada neproductiv a

capitalului investit; - s prezinte o rezolvare eficient din punct de vedere mecanic, caracterizat printr-un

consum minim de energie de deformaie, dar cu rezerve pentru preluarea unor solicitri suplimentare;

- proiectarea structural s fie efectuat n baza unei scheme mecanice clare, astfel nct s existe corespondena ntre structura mecanic adoptat i comportarea real a construciei, cu urmrirea obinerii unor forme optimale din punct de vedere mecanic.

2.1.2. ELEMENTE CONSTITUTIVE ALE PODURILOR METALICE DE CALE FERAT

Prezena oricrui element care intr n alctuirea structurii unui pod este justificat dac se raporteaz la aciunile pe care trebuie s le suporte: aciunile gravitaionale, n principal, i aciunile negravitaionale (ineriale i climatice), n secundar.

19

Pentru a nelege clar modul de preluare a acestor aciuni i transmiterea lor succesiv pn la fundaii, se consider cazul cel mai simplu al tablierelor realizate n varianta de grinzi simplu rezemate, alctuite din elemente plane, fr conlucrare (structuri clasice), acest raionament putnd fi extrapolat logic pentru structurile mai complicate.

2.1.2.1. Elemente pentru preluarea aciunilor gravitaionale

Avnd n vedere faptul c aciunile cele mai importante ca mrime sunt cele de tip gravitaional (greutile proprii i cele aduse de convoaie), rezult n mod evident c elementele principale de rezisten vor fi dispuse n plan vertical. Aceste elemente n ordinea n care transmit succesiv ncrcrile sunt: lonjeronii, antretoazele i grinzile principale, prezentate sugestiv n fig.2.1.

Elementele geometrice principale ale structurii de rezisten sunt: deschiderea L, nlimea grinzilor principale H (ntre axele tlpilor) i distana ntre axele grinzilor principale B. Odat stabilit deschiderea L urmeaz alegerea soluiei constructive i stabilirea celorlalte dimensiuni de baz H i B.

Fig. 2.1. Elemente de rezisten principale

2.1.2.2. Elemente pentru preluarea aciunilor negravitaionale i pentru asigurarea indeformabilitii geometrice transversale

Pentru preluarea aciunilor negravitaionale ineriale (erpuire, cutremur) i climatice

(aciunea vntului), la nivelul cii se dezvolt o grind orizontal cu zbrele denumit contravntuire principal.

Reaciunile acestei contravntuiri sunt transmise la aparatele de reazem i mai departe la fundaii (prin intermediul pilelor i culeelor).

Barele contravntuirii principale sunt urmtoarele:

20

- tlpile contravntuirii sunt cele dou tlpi ale grinzilor principale fie cele inferioare, fie cele superioare n funcie de poziia cii pe pod;

- montanii sunt antretoazele din grinzile cii; - diagonalele bare suplimentare introduse n structur (n mod curent ncruciate). n majoritatea cazurilor contravntuirea orizontal principal este dublat de o alt

contravntuire orizontal, situat la talpa grinzilor principale opuse cii. Aceasta poate lipsi dac rolul ei este preluat de alte subansamble.

Avnd n vedere faptul c n sens transversal structura este un mecanism, trebuiesc introduse elemente care s asigure indeformabilitatea geometric n plan normal pe planul grinzilor principale. Aceste elemente de rigidizare transversal sunt realizate sub forma unor sisteme de bare denumite contravntuiri transversale, i care sunt dispuse cel puin la extremitile podului - n cazul podurilor cu cale sus, sau sub forma unor cadre transversale (cadre portal) - n cazul podurilor cu calea jos, pentru a nu mpiedica accesul pe pod.

n acelai timp contravntuirile transversale sau cadrele portal de capt preiau reaciunile contravntuirii orizontale secundare i le transmit aparatelor de reazem (se vor dimensiona n consecin).

n figura 2.2 este dat o schem general de alctuire a podurilor metalice pe grinzi cu zbrele calea jos, n sensul transpunerii grafice a celor prezentate anterior.

Contravntuirea orizontal secundar poate fi nlocuit prin introducerea n fiecare panou, sau din dou n dou panouri a unor contravntuiri transversale denumite C.T. curente.

Fig. 2.2. Sistemul de contravntuiri a structurii de rezisten: a) structur de rezisten cu zbrele; b) contravntuirea tablierelor cu platelaj rigid

n figura 2.3 se prezint variante constructive pentru asigurarea indeformabilitii geometrice a structurii n sens transversal. Prin aceste soluii se rezolv problema asigurrii indeformabilitii geometrice pentru poduri cu zbrele calea jos, la care nlimea grinzii este mai

21

mic dect cea rezultat din gabaritul de liber trecere (poduri deschise) i aceea a podurilor pe grinzi cu inim plin calea sus sau jos. De la caz la caz se va adopta varianta care corespunde cel mai bine soluiei constructive alese a podului.

Fig. 2.3. Variante de asigurare a indeformabilitii geometrice a structurii n sens transversal

2.2.PODURI PE GRINZI CU ZBRELE 2.2.1. Aspecte generale Bazele teoretice privind calculul structurilor cu zbrele ncep s fie conturate n a doua

jumtate a secolului al XIX-lea, n aceeai perioad n care apar sortimentele de produse laminate, ceea ce a creat condiii favorabile pentru satisfacerea cerinelor mari de realizare a podurilor, n special a celor de cale ferat.

ntr-o perioad relativ scurt, apare o mare varietate de structuri de rezisten din bare denumite sisteme cu zbrele, acestea imitnd la nceput tipurile de structuri cu zbrele din lemn, iar ulterior se dezvolt structuri noi, perioada de vrf n ceea ce privete utilizarea acestor tipuri structurale fiind cuprins ntre sfritul secolului XIX i prima jumtate a secolului XX.

2.2.2. Clasificarea podurilor pe grinzi principale cu zbrele in functie de pozitia caii Podurile pe grinzi cu zbrele se pot realiza cu calea sus (la nivelul tlpii superioare) sau

cu calea jos (la nivelul tlpii inferioare), cele cu calea jos putnd fi deschise fr contravntuire superioar, sau nchise cu contravntuire la talpa superioar, n cazul n care este asigurat gabaritul de liber trecere, figura 2.4.

22

Fig.2.4. Poziia cii pe pod 2.2.2.1.Poduri pe grinzi cu zbrele calea sus

Deoarece podurile pe grinzi cu zbrele devin avantajoase din punct de vedere economic la deschideri mai mari de 40 - 50 m, iar nlimea optim este de 1/61/9 din deschidere, rezult c realizarea unui pod pe grinzi cu zbrele calea sus necesit o nlime de construcie de 56 m.

Dac se dispune de astfel de nlime de construcie (la traversarea cu viaducte a unor vi foarte adnci, sau la traversarea cursurilor mari de ap), adoptarea unei soluii de pod pe grinzi cu zbrele calea sus este economic deoarece, distana ntre grinzile principale se poate reduce la minim, att ct este necesar pentru asigurarea stabilitii la rsturnare.

Fig. 2.5. Pod pe grinzi cu zbrele calea sus (podul de dublare pe linia Roiori-

Craiova)

n figura 2.6 este prezentat dispoziia general pentru un pod metalic CF cu calea sus pe grinzi principale cu zbrele, la care calea este montat pe traverse, iar lonjeronii sunt dispui n axul inelor la distana de 1500 mm.

23

Fig. 2.6. Dispoziie general pentru un pod pe grinzi cu zbrele calea sus

O soluie mai deosebit de tablier pe grinzi cu zbrele calea sus este cea adoptat pentru podul peste rul Labertal (Germania), figura 2.7. Podul are 5 deschideri 2x58.4+1x72+2x58.4 m i o nlime a grinzilor principale de aproximativ 6.8 m, rezultnd un raport H/L=1/10.6, care corespunde unor grinzi cu nlime redus. Tlpile superioare ale grinzilor principale au seciunea casetat, iar antretoazele au talpa superioar dezvoltat n plan orizontal, astfel nct se realizeaz o aib rigid la acest nivel care ndeplinete rolul de contravntuire orizontal la nivelul cii.

Fig 2.7. Pod peste rul Labertal, Germania

24

Fig. 2.8. Pod peste rul Labertal (Germania)

2.2.2.2.Poduri pe grinzi cu zbrele calea jos Aceast soluie este adoptat n cazul majoritii podurilor pe grinzi cu zbrele, deoarece ofer o nlime de construcie redus.

n figura 2.9 se prezint un tablier CF pe grinzi principale cu zbrele calea jos, nchis, n care apar elementele constitutive ale acestuia.

Fig. 2.9. Elemente constitutive ale unui pod pe grinzi cu zbrele cale jos

25

Elementele constitutive principale pentru suprastructura unui pod pe grinzi cu zbrele cu deschiderea de 90.0 m sunt prezentate n figura 2.10.

Fig.2.10. Pod pe grinzi cu zbrele cale jos nchis

Fig. 2.11. Dispoziie general pentru un pod CF pe grinzi cu zbrele calea jos

26

Dispoziia general pentru o structur de pod metalic de cale ferat pe grinzi cu zbrele calea jos este prezentat n figura 2.11. Lonjeronii sunt amplasai la nivelul tlpii superioare a antretoazelor, n axul inelor (la distana de 1500 mm).

Podul Mears Memorial din Alaska (Fig.2.13) este un pod de cale ferata avand grinzi cu zabrele cu lungimea de 200 m. Podul traverseaza raul Tanana in apropierea localitatii Nenana si constructia lui a fost incheiata in anul 1923. Podul se numara printre cele mai lungi poduri avand structura pe grinzi cu zabrele. De asemenea la finalizarea constructiei podul avea cea mai mare deschidere pentru un pod pe grinzi cu zabrele din SUA.

Fig.2.13. Podul Mears Memorial, Nenana, Alaska

27

Fig. 2.14. Scheme de grinzi cu zbrele

2.2.3. Tipuri structurale Pe parcursul evoluiei structurilor cu zbrele, acestea au demonstrat o bun fiabilitate,

fiind utilizate i n prezent n domeniul deschiderilor medii mari, cuprinse ntre 60-100 m. n ceea ce privete evoluia tipurilor structurale de grinzi cu zbrele n decursul perioadei

menionate, se pot face urmtoarele constatri: primele poduri din oel folosite la construcia cilor ferate au fost cele n form de

reea deas, care imitau structurile din lemn; primul pod n acest sistem a fost realizat n Anglia n anul 1845 avnd o deschidere de 42.7 m;

podurile pe grinzi sistem SHIFKORN, avnd structura alctuit din tlpi, diagonalele ncruciate i montani pretensionai, constituie o faz evolutiv superioar; prin pretensionare, n diagonale apar numai eforturi de compresiune. Barele comprimate se realizeaz din font, iar mbinrile n nod se realizau cu buloane.

Acest sistem prezenta multe dezavantaje, cum ar fi: - manoper ridicat de execuie i montaj; - diagonalele comprimate executate din buci erau periclitate fenomenului de pierdere

a stabilitii; - buloanele, sub aciunea convoaielor, aveau tendina de deurubare, necesitnd

ajustarea periodic. podurile pe grinzi cu zbrele cu tlpi curbe, au aprut cu scopul realizrii unor

structuri mai economice din punct de vedere al consumului de oel. nlimea grinzii cu zbrele urmrete diagrama nfurtoare a momentelor

ncovoietoare n lungul grinzii, rezultnd eforturi constante n tlpi.

28

De obicei talpa de la nivelul cii se realizeaz dreapt i cealalt dup o curb parabolic (se mai numesc grinzi PAULI fig. 2.15).

Fig. 2.15. Grinzi cu tlpi parabolice Podul Regele Albert (Fig.2.16) Podul peste rul Tamar (U.K) a fost proiectat de celebrul inginer Isambard Kingdom

Brunel, n anul 1855 i a fost inaugurat de prinul Albert n anul 1859 (anul morii inginerului Brunel). Podul are dou deschideri principale centrale de 139 m i alte 17 deschideri marginale mult mai mici. Grinzile principale cu zbrele au o form lenticular, talpa superioar comprimat fiind cu o seciune tubular puternic. Grinzile sunt simplu rezemate la capete astfel nct nu apar mpingeri orizontale. Execuia s-a realizat n trei etape: execuia pe uscat, transport pe ap i liftare la poziia din proiect.

Fig.2.16. Podul Regele Albert

29

poduri pe grinzi cu zbrele sistem SCHWEDLER Grinzile sunt concepute astfel nct diagonalele descendente din jumtatea din stnga, la

o ncrcare a jumtii din dreapta, sunt solicitate la ntindere, n timp ce diagonalele din jumtatea din dreapta au efort nul i reciproc.

Pentru aciuni uniform distribuite nodurile tlpii superioare se gsesc amplasate simetric pe dou hiperbole (fig. 2.17.a). Din motive estetice, cele dou hiperbole se racordeaz cu o parabol sau cu o bar orizontal, pe aceast poriune fiind prevzute diagonale ncruciate (fig. 2.17.b).

Fig. 2.17. Grinzi sistem Schwedler

Primul pod realizat cu grinzi sistem Schwedler este podul de cale ferata peste raul

Weser, in localitatea Corvey (fig. 2.18), pod premiat la Expozitia Internationala de la Paris din 1867. Unul dintre putinele poduri ramase este podul de cale ferata peste valea Nagold, Germania.

Fig.2.18 Podul de cale ferata peste valea Nagold, Germania

poduri pe grinzi cu zbrele cu tlpi paralele (fig.2.19) Conduc la un consum mai redus de manoper, chiar dac consumul de oel este

mai mare comparativ cu grinzile cu tlpi curbe.

30

Fig.2.19. Grinzi cu tlpi paralele

Sistemul Warren a fost introdus in anul 1848 de James Warren, si consta din bare dispuse sub forma unor triunghiuri echilaterale, pe toata lungime grinzii, astfel ca nici un element al grinzii sa nu fie solicitate la incovoiere sau torsiuni, ci doar la intindere si compresiune. Incarcarile inn diagonalele grinzii alterneaza intre intindere si compresiune, in functie de apropierea de jumatatea grinzii. Neexistand elemente verticale, elementele din zona de mijoc a grinzii trebuie sa suporte atat solicitari de intindere, cat si de compresiune, aceste solicitari provenind dinn trafic. Aceasta configuratie presupune si un cost redus al materialelor.

Podul New Joban Line Arakawa Bridge (Fig.2.20) finalizat in anul 2002 este un pod

de cale ferata avand grinzi cu zabrele sistem Warren . Podul are 3 deschideri (127.6 + 192.85 + 127.6) m si o lungime totala de 450.15 m, si latimea de 8,4 m.

Fig.2.20 New Joban Line Arakawa Railway Bridge, Tokyo, Japonia

31

Sistemul Pratt presupune existenta diagonalelor si barelor verticale in alcatuirea structurii. Sub solicitarile din trafic diagonalele se afla solicitate la intindere, iar barele verticale la compresiune. Sistemul Pratt poarta numele inventatatorilor sai, Caleb si Thomas Pratt (1844). Acest sistem se aplica ginzilor cu deschideri de pana la 75 m

Pod peste raul Narmada, Jabalpur, India (Fig.2.21)

Fig.2.21. Pod peste raul Narmada, Jabalpur, India

poduri pe grinzi cu zbrele soluie grind continu, figura 2.22.

Fig.2.22 Podul Libertatii Budapesta

32

Prezint urmtoarele avantaje: - solicitri mai reduse n bare; - efect favorabil asupra deformaiei elastice; - pe fiecare pil este necesar un singur aparat de reazem; - nu necesit eafodaje provizorii la montaj; montajul se realizeaz prin lansarea n

lungul cii sau n consol; - ofer posibilitatea realizrii unor structuri reuite din punct de vedere estetic.

n categoria dezavantaje se pot meniona urmtoarele: - n cazul cedrii neuniforme a reazemelor apar eforturi suplimentare n bare. Astfel

cedarea reazemului central la o grind cu dou deschideri cu valoarea y1 produce eforturi n structura grinzii echivalente cu cele produse de o for concentrat aplicat n reazem, care produce o sgeat y1, figura 2.23

Fig. 2.23. Cedarea reazemului central

- n cazul amplasrii denivelate a reazemelor apar deformaii datorit variaiilor de

temperatur. Pentru grinda cu dou deschideri, figura 2.24, variaia denivelrii h egal cu h are acelai efect cu cel al aplicrii unei fore concentrate n punctul C care ar produce sgeata h.

Fig. 2.24. Grind cu reazemul

central denivelat

- n cazul nclzirii neuniforme a structurii, aceasta conduce la apariia unor eforturi

importante n structur. Pentru grinda cu dou deschideri, figura 2.25, eforturile produse n structur sunt echivalente cu cele produse de o ncrcare uniform distribuit care ar produce sgeata y1 n reazemul C.

Fig. 2.25 Efectul nclzirii neuniforme a grinzii continue

- n cazul apariiei reaciunilor negative, executarea aparatelor de reazem este mai

costisitoare (apare necesitatea ancorrii n masive de beton).

33

- apar deformaii longitudinale mari din variaia de temperatur, ducnd la complicaii n realizarea racordrilor ntre capetele podului i calea curent.

- forele de frnare avnd valori mari, rezult c pila creia i se transmit aceste fore (pila cu aparatul de reazem fix) trebuie dimensionat n consecin, respectnd ns recomandarea ca dimensiunile tuturor pilelor s fie identice.

Podul Sciotoville, Kentuky, SUA(Fig.2.26) Este un pod de cale ferata pe grinzi cu zabrele in ce traverseaza raul Ohio intre localitatile

Siloam si Sciotoville. Podul a fost construit in anul 1916 de inginerul Gustav Lindenthal, fiind parte din noua linie de cale ferata dintre Ashland, Kentucky si Columbus, Ohio. Podul are o structura continua cu doua deschideri de 236 m. La momentul incheierii constructiei podul a detinut recordul pentru cel mai lung pod structura continua din lume, record mentinut pana in anul 1945.

Fig. 2.26. Podul Sciotoville, Kentuky, SUA

poduri pe grinzi cu zbrele n soluie grind continu cu articulaii (grinzi

Gerber) Sistemele de grinzi cu articulaii prezint unele din avantajele grinzilor continue, dar n

acelai timp, articulaiile transform sistemul static nedeterminat exterior al grinzilor continue ntr-un sistem static determinat, ceea ce face ca cedarea reazemelor i variaia temperaturii s nu influeneze starea de eforturi n barele sistemului. n figura 2.27 sunt prezentate schematic structuri n soluie de grind continu cu articulaii.

Cteva din caracteristicile sistemelor cu articulaii sunt urmtoarele: - Distribuia momentelor ncovoietoare este mai favorabil n comparaie cu

grinzile simplu rezemate; - Problema raportului optim ntre mrimea deschiderii grinzii cu console, lungimea

consolei i deschiderea grinzii suspendate depinde de parametri care sunt luai n calculul de optimizare.

34

Fig. 2.27. Grinzi continue cu articulaii (Gerber)

Pentru grinda cu trei deschideri, figura 2.28, rapoartele optime sunt urmtoarele: 1l 0.90l= ;

1

a 0.20l=

a 0.18l= ; b 0.64

l=

a 0.15 l ; b 0.70 l

Fig. 2.28 - Consolele micoreaz sgeata din cmpul deschiderii continue, prin momentul negativ

din reazemul alturat consolei. - Numrul aparatelor de reazem este mai redus, comparativ cu soluia de grinzi simplu

rezemate; n plus reaciunile se transmit centric pe pile. n figura 2.29 se prezint podul de cale ferat Carol I de la Cernavod, realizat n sistem

constructiv de grinzi Gerber. Podul a fost construit ntre anii 1891-1895, proiectul fiind elaborat sub conducerea lui Anghel Saligny.

35

Fig.2.29. Podul Carol I Cernavod

Podul Firth of Forth, Scotia (Fig.2.30) este podul de cale ferat dubl peste golful Forth, n Scoia executat n perioada 1883-1890. Cu deschiderile centrale maxime de 521 m, podul First of Forth a deinut recordul absolut timp de mai bine de 25 de ani pentru toate tipurile de structuri metalice, fiind i n prezent n exploatare. Aceast lucrare a pus in eviden i calitile sistemului static GERBER (grinzi cu consol si articulaii) pentru poduri in general i pentru cele de mare deschidere in special. Turnurile de oel descarc pe pile avnd limea de 36.6 m la baz i 10 m la partea superioar. Tlpile comprimate sunt alctuite din perechi de tuburi circulare cu diametrul de 3.6 m. Podul a depit recordul n ceea ce privete volumul de zidrie de piatr pentru pile, nlimea turnurilor 100.6 m, lungimea i adncimea, mrimea deschiderilor principale 2 X 521 m, consumul de oel (58 000 tone), fiind i astzi unul din cele mai mari i mai renumite poduri din lume.

Fig.2.30 Podul Firth of Forth, Scotia Podul Qubec peste raul Sf.Laurentiu in Canada (Fig.2.31) Intre anii 1905 i1917 a fost realizat podul Qubec peste rul Sfntul Laureniu, n Canada, nsoluia grinzi cu zbrele tip Gerber, avnd deschiderea central de 548.60 m ceea ce reprezint, pentru acest tip de structur, recordulde deschidere chiar i n present.

36

Fig.2.31 Podul Firth of Forth, Scotia Podul Wabash, St. Charles, Missouri (Fig.2.32) este un pod metalic de cale ferata

construit in 1936 in locul unui vechi pod ce purta acelasi nume. Are o lungime totala de 2004 m si deschiderea maxima de 190 m. Podul este amplasat la o inaltime de 21 m deaspura apei.

Fig.2.32 Podul Wabash, St. Charles, Missouri 2.3. PODURI PE CADRE I ARCE CU ZBRELE 2.3.1. Clasificare. Domeniul de utilizare

Structurile de poduri metalice pe cadre i arce cu zbrele, la fel ca i cele cu inim plin, se pot clasifica dup mai multe criterii:

dup modul de preluare a mpingerilor: - structuri ce transmit mpingerile terenului de fundaie; - structuri care preiau mpingerile prin tirani.

dup schema static a structurii: - structuri static determinate; - structuri static nedeterminate.

37

n funcie de schema static adoptat pentru structura de rezisten, variaz mrimea eforturilor suplimentare produse de tasarea diferenial a reazemelor i de diferenele de temperatur; cu ct gradul de nedeterminare static este mai mare, cu att este mai semnificativ influena acestor factori.

n cazul podurilor pe arce, acestea se pot clasifica i dup urmtoarele criterii: dup poziia relativ a cii fa de arc:

- poduri pe arce cu calea sus; - poduri pe arce cu calea jos; - poduri pe arce cu calea intermediar.

dup modul de realizare a tablierului: - poduri pe arce cu zbrele cu tablierul pe grinzi cu inim plin; - poduri pe arce cu zbrele cu tablierul pe grinzi cu zbrele.

n funcie de raportul de rigiditate ntre arce i tablier: - tablier rigid arc rigid; - tablier rigid arc elastic; - tablier elastic arc rigid.

n ceea ce privete domeniul de utilizare al structurilor de poduri metalice pe arce cu zbrele, din punct de vedere al deschiderii principale, aceste structuri sunt specifice deschiderilor mari, peste 300 m; ntre 150-300 m se ntlnesc arce n ambele soluii cu inim plin i cu zbrele. Pentru traversarea obstacolelor mari ntlnim i n acest caz arce cu mai multe deschideri (de obicei ntr-un numr impar), cu deschiderea mai mare la mijloc.

n figura 2.33 sunt prezentate schematic trei suprastructuri metalice pe arce continue.

Fig. 2.33. Suprastructuri de poduri metalice pe arce continue cu zbrele

38

2.3.2. Structuri de poduri pe arce cu zbrele Arcele sunt alctuite din dou tlpi legate ntre ele cu zbrele, modul uzual de zbrelire fiind cel triunghiular simplu, dar mai ales sistemul cu montani i diagonale descendente. Rapoartele uzuale ntre sgeata la cheie i deschiderea arcului, f/l, sunt:

=

pleostitearce451

151

obisnuiteitelim151

41

uzualraport71

lf

n figura 2.34sunt prezentate cteva forme constructive pentru structuri de poduri metalice pe arce cu zbrele calea sus.

Fig. 2.34. Poduri pe arce cu zbrele calea sus

Viaductul Garabit, Franta (Fig.2.35) Dup anul 1864, Gustave Eiffel a construit n Frana ase viaducte din fier forjat n zona

Massif, iar n anul 1875 a ctigat competiia pentru construirea podului de cale ferat peste fluvial Douro n Portugalia. Viaductul Garabit peste rul Truyre n sudul Franei, terminat n anul 1884, este ultimul pod construit de Eiffel, la civa ani nainte de construirea Turnului din Paris. Arcul cu deschiderea de 165 metri, ridicat la o nlime de 122m deasupra vii, era, la momentul respectiv, arcul cu cea mai mare deschidere din lume.

39

Fig.2.35 Franta - Viaductul Garabit

Pentru structuri pe arce cu zbrele cu calea plasat intermediar, n figura 2.36 sunt prezentate dou scheme constructive o soluie pe arce dublu articulate i o soluie pe arce cu trei articulaii, rezemarea fcndu-se prin intermediul unor console realizate de asemenea cu zbrele.

Fig. 2.36. Poduri pe arce cu calea intermediar

Podul Runcorn, Anglia Podul Runcorn (fig.2.37) traverseaza raul Mersey din Chershire, Anglia. Podul metalic

de cale ferata consta in 3 deschideri de cate 93 m la o inaltime de peste 14 m deasupra apei. Podul suporta o linie dubla de cale ferata si prezinta o degajare de 13 m deaspupra nivelului apelor mari care permite navelor sa treaca sub pod. Fiecare din cele doua deschideri cuprinde 6 grinzi cu zabrele, iar fiecare grinda cantareste 700 tone. Podul are un sistem cu arc rigid si grinda flexibila suspendata cu tiranti.

Fig.2.37Podul Runcorn, Anglia

40

Podul Chaotianmen ( fig. 2.39 ) este un pod de cale ferata peste raul Yangtze in orasul Chongqing, China. Podul deschis in 29 aprilie 2009 este cel mai lung pod in arc din lume. Arcul cu zabrele are o deschidere maxima de 552 m si o lungime totala de 1741 m. Suporta 6 linii de cale serata pe cele doua sensuri plus o cale pentru pietoni de fiecare parte pe punte superioara, plus sine de lumina duala pe mijloc si 2 linii rutiere de fiecare parte a puntii inferioare. Astfel podul atinge o latime totala de 36,5 m si o inaltime de 142 m. Podul este construit in sistem cu grinda rigida continua.

Fig. 2.39 Podul Chaotianmen, Chongqing, China

n figura 2.40 sunt prezentate scheme constructive de structuri pe arce cu calea jos (fig. 2.40.a,c,d ) sau cu calea mixt jos i sus (fig. 2.40.b).

Fig.2.40. Poduri pe arce cu zbrele cu calea jos i mixt: a) arc cu o deschidere; b) arc cu trei deschideri;

41

c) arc cu trei deschideri cale jos; d) arc cu trei deschideri independente Seciunile barelor arcului depind n primul rnd de mrimea i natura efortului, fiind n general aceleai din cazul grinzilor cu zbrele cu doi perei. Caracteristica structurilor n arc, constnd n mpingerile mari care apar la naterile arcelor, ridic costul total al structurii datorit infrastructurilor care pot deveni deosebit de masive, n special n cazul terenurilor slabe de fundare. Din aceast cauz au fost concepute i realizate structuri mixte la care arcul este combinat cu alte elemente constructive tirani, grinzi, semiarce, care mbuntesc comportarea structurii, fcndu-le competitive cu celelalte tipuri de structuri i oferind n acelai timp un aspect estetic favorabil.

Podul Stoney Creek, British Columbia, Canada (fig.2.41) este un pod de cale ferata pe arc cu zabrele avand lungimea de 200 m si traverseaza Valea Stoney, intre Revelstoke si Golden. Podul dateaza din anul 1893, inaintea lui existaand acolo inca din 1885 un pod de lemn. Un al doilea set de arce a fost adaugat in anul 1929 pentru a prelua traficul greu. Podul original a fost cel mai lung din lume la momentul respectiv. Podul are structua de grinda simplu rezemata.

Fig.2.41 Podul Stoney Creek, British Columbia

n figura 2.43 sunt prezentate cteva variante de structuri mixte: sisteme cu arc rigid i grind flexibil suspendat cu tirani (a), grind rigid i arc elastic (sistem LANGER - b), cu grind rigid continu (c, d, g, h) sau simplu rezemat (e), sistem NIELSEN (f) cu grind rigid i tirani nclinai. Dimensiunile principale ale structurilor mixte pe arce cu zbrele sunt urmtoarele:

f 1 1l 6 9= ; g

1 1h 30 50l 1 1 pentru structuri cu semiarce de sprijin

50 60

=

42

Fig. 2.43. Poduri metalice cu structuri mixte

Podul Dsseldorf-Neuss, Germany (fig.2.44) este un pod de cale ferata cu patru linii construit peste raul Rin cu deschidere principala de 250 m si cea marginala de 135 m, construit sub forma de grinda continua. Deschiderea principala este rigidizata de arcul de otel (sistem cu grinda rigida continua).

Fig.2.44. Railway Bridge Dusseldorf-Neuss

43

2.4.Poduri metalice combinate La aceste poduri structura de rezisten deservete concomitent cele dou ci de

comunicaie calea ferat i calea rutier (oseaua). Aceast soluie este avantajoas din punct de vedere economic i va fi aplicat ori de cte ori majoritatea factorilor analizai sunt favorabili.

Combinarea se poate face prin juxtapunere, care nu aduce avantaje economice dar nu creeaz probleme de racordare i prin suprapunere. Aceast soluie prin suprapunere aduce avantaje economice nsemnate (reduce costurile infrastructurii aproape la jumtate i sunt nregistrate i costuri ale suprastructurii mai mici). n cazul suprapunerii, la partea superioar se aeaz, n general, oseaua, deoarece circulaia ei poate fi susinut n consol, ceea ce conduce la reducerea distanei dintre grinzile principale.

Figura 2.45 Poduri combinate suprapuse Figura 2.46. Poduri combinate juxtapuse

Podul Eads, San Francisco ( fig.2.47) ce poarta numele proiectantului James Eads, este

un pod combiant de cale ferata cu cale rutiera construit peste fluviul Mississippi si face legatura intre St. Louis si East St. Louis, Illinois. Podul suporta 4 benzi de autostrada, cate doua pentru fiecare sens de mers, si 2 linii de cale ferata. Are o lungime totala de 1964 m, latimea de 14 m si deschiderea de 158 m.

Fig.2.47 Podul Eads Bridge, San Francisco

Podul Prieteniei Giurgiu-Russe (fig.2.48) este un pod din oel peste fluviul Dunre,

care leag malul sudic bulgresc de malul nordic romnesc, i respectiv

44

oraele Ruse i Giurgiu. Deschis la 20 iunie 1954, i proiectat de V. Andreev, podul are 2,8 kilometri lungime, i este unul dintre cele dou poduri peste Dunre,alturi de Podul Calafat-Vidin n sectorul de grani dintre Romnia i Bulgaria, restul traficului fiind preluat deferiboturi. Are att o punte rutier cu dou benzi, ct i una pentru traficul feroviar, precum i trotuare pentru pietoni. Seciunea central de 85 m lungime poate fi ridicat pentru a permite trecerea navelor mai mari. Zona libera sub pod este de 30 m Aceast seciune central mobil este supus periodic la revizii de ctre partea romn, n atribuiile crei intr buna ei funcionare.

Fig.2.48 Podul Giurgiu-Russe Podul Huey P. Long, Jefferson Parish, Louisiana (fig.2.49) construit peste fluviul

Mississippi este un pod pe grinzi cu zabrele in structura continua ce sustine o linie de cale ferata cu 2 fire si cate 3 benzi de autostrada de fiecare parte. Podul are o lungime totala de 2,462 m pentru calea rutiere si 7,009 m pentru calea ferata, cu o deschidere maxima de 241 m si distanta libera sub pod de 47 m. Sub pod exista 3 canale navigabile, cel mai lat avand dimensiunea de 230 m.

Fig.2.49. Podul Huey P. Long, Jefferson Parish, Louisiana

45

Podurile combinate prezint o serie de avantaje legate att de modul de amplasare al

celor dou ci ct i de costurile legate de execuie, dar i o serie de dezavantaje determinate mai ales de aducerea la cotele de nivel dorite ale celor dou ci de comunicaie.

Avantajele podurilor combinate sunt: n ceea ce privete amplasamentul, avantajele sunt evidente mai ales n cazul traversrii

cursurilor de ap, deoarece se vor realiza o singur dat lucrri hidrotehnice, precum i lucrri de protecie i consolidare a malurilor;

economii semnificative se realizeaz i n cazul lucrrilor la elementele de infrastructur, realizndu-se numai cte un rnd de pile i culee, eliminndu-se de asemenea dificultile de realizare a formelor speciale ale pilelor (se realizeaz o singur dat la pile arierbec i avantbec, respectiv la culee aripi sau sferturi de con);

se reduc de asemenea costurile legate de fundaii, ntruct este tiut faptul c execuia fundaiilor pentru dou poduri separate este mult mai costisitoare prin comparaie cu realizarea lucrrilor numai o singur dat n cazul unui pod combinat.

Dezavantajele podurilor combinate sunt legate de necesitatea realizrii unor rampe de acces cu dimensiuni mari ceea ce conduce la ramblee nalte, lucrri de sprijinire mari sau la realizarea unor viaducte de acces costisitoare.

2.5.Structuri speciale de poduri metalice n aceast categorie pot fi incluse acele structuri, care nu fac parte din structurile

clasice, caracterizate prin faptul c subansamblele componente sunt realizate din elemente plane, cu funciuni clar delimitate i care transmit succesiv reaciunile la elementele de rang superior lonjeronii la antretoaze, antretoazele la grinzile principale; contravntuirile orizontale, direct sau prin descrcare intermediar n contravntuirile transversale (sau cadrele portal), la aparatele de reazem etc.

Structurile bazate pe concepia de suprapunere a funciunilor prezint reserve privind capacitatea portant, iar prin asigurarea conlucrrii elementelor componente s-a ajuns la transformarea acestora n structuri spaiale, mai avantajoase economic (structure mai uoare), mai rigide i mai sigure n exploatare. Datorit experienei acumulate n activitatea de proiectare i execuie a structurilor de poduri, n strns corelare cu introducerea sudurii ca principal mijloc de mbinare a elementelor din oel, precum i a perfecionrii tehnicii de calcul, dup cel de-al II-lea rzboi mondial au aprut noi tipuri structurale, mult diferite fa de cele realizate anterior.

n construcia podurilor, structurile portante au nceput s primeasc o form spaial complet, acelai element cumulnd simultan mai multe funciuni, fiind aflat ntr-o pronunat relaie de interaciune cu celelalte elemente (nu neaprat numai cu cele imediat nvecinate).

Podul Rur at Duren, Germany (fig.2.50) Una din primele structuri de poduri, realizat ca structur spaial, este podul de cale

ferat dubl de la Dren (Germania), executat n anul 1930 (figura 3.21). Principiul cumulrii funciunilor, formulat de ctre profesorul Leonhardt de la Universitatea din Stuttgart, n anul 1940, a condus la posibilitatea conceperii unor structure mai raionale i mai economice. Datorit

46

progreselor facilitate de calculul automatizat, aplicat n mecanica construciilor, a fost posibil abordarea analizei solicitrilor pe structura spaial, conform cu realitatea, ceea ce a condus la modificri n modul de concepere a structurilor de poduri, cu consecine deosebit de favorabile privind performanele tehnico-economice. Prin introducerea platelajelor uoare de tip plac ortotrop, s-a obinut o reducere important a greutii proprii a structurii, favoriznd realizarea unor poduri cu deschideri foarte mari. De asemenea adoptarea seciunilor casetate (cu una sau mai multe celule), a conferit structurilor rigiditi sporite la ncovoiere i n special la torsiune. Aceste tabliere sunt structuri tridimensionale, alctuite din elemente cu perei subiri, la care elementele componente conlucreaz ntr-un tot unitar la preluarea eforturilor produse de aciunile exterioare. Alte avantaje sunt legate de faptul c nglobeaz un consum mic de manoper, se preteaz bine la posibilitatea de realizare a structurii din subansamble fabricate n uzin, de dimensiuni mari, reducndu-se numrul de mbinri de antier; interiorul chesonului poate primi diferite utilizri (traversri de instalaii, sau chiar pentru circulaie) i nu trebuie neglijate efectele estetice deosebite ce pot fi realizate.

Fig.2.50 Podul Rur at Duren, Germany