NORMATIV PENTRUAREA STRUCTURILOR DE PODURI CU GRINZI METALICE INGLOBATE IN BETON INDICATIV NP-043/2000

NORMATIV PENTRU PROIECTAREA STRUCTURILOR DE PODURI CU GRINZI METALICE INGLOBATE IN BETON INDICATIV NP-043/2000

1. GENERALITATI

Prevederile prezentului normativ respecta principiile de alcatuire si proiectare a structurilor podurilor de cale ferata cu grinzi metalice inglobate in beton prevazute in Fisa UNION INTERNATIONALE DES CHEMINS DE FER 773 R, editia a 4-a din 01.01.1997.

La proiectarea structurilor de poduri feroviare cu grinzi metalice inglobate in beton se vor considera actiunile prevazute in STAS 1489 (Poduri de cale ferata. Actiuni)

Materialele utilizate pentru realizarea structurilor de poduri feroviare cu grinzi metalice inglobate in beton se vor considera cu proprietatile si caracteristicile date in SR1911 (Poduri metalice de cale ferata. Prescriptii de proiectare) si STAS 101 (Poduri din beton, beton armat si beton precomprimat. Prescriptii de proiectare).

Prescriptiile de calcul din prezentul normativ se aplica tablierelor de poduri feroviare cu grinzi metalice inglobate in beton realizate in conformitate cu prevederile constructive prevazute la pct. 3.

2. DOMENIUL DE APLICARE

Tablierele cu grinzi metalice inglobate in beton pot fi utilizate pentru poduri de calc ferata cu descinderea pana la 30 m pentru structuri independente, simplu rezemate, si cu deschideri pana la 35,0 m pentru structuri continui.

Aceste structuri au inaltimea de constructie relativ mica si sunt recomandate sa se utilizeze pentru amplasamente unde inaltimea de constructie este limitata.

Tablierele cu grinzi metalice inglobate in beton pot fi realizate si in solutia prefabricat.

3. DETALII CONSTRUCTIVE 3.1. Grinzile metalice

Tablierele cu grinzi metalice inglobate in beton se realizeaza fie folosind grinzi metalice laminate cu talpi late, fara elemente de consolidare, fie grinzi metalice sudate, echivalente. Suprafetele grinzilor metalice vor fi curatate inainte de utilizare.

Pentru asigurarea continuitatii armaturilor transversale inferioare se vor executa gauri in inimile grinzilor metalice.

Lumina intre talpile a doua grinzi metalice adiacente trebuie sa fie de cel putin 15 cm. Distanta 'e' (Figura l) intre axele a doua grinzi adiacente nu trebuie sa depaseasca urmatoarele valori:

Grosimea betonului deasupra talpilor superioare ale grinzilor metalice trebuie sa fie minimum 7 cm; aceasta grosime nu trebuie sa depaseasca cea mai mica dintre urmatoarele valori:

1/3 din inaltimea grinzilor metalice

15 cm

Reguli pentru montaj si betonare

Pentru montajul grinzilor metalice in pozitiile prevazute in proiect se vor utiliza distantieri.

Distantierii dintre grinzile metalice vor fi de asemenea proiectati pentru a impiedica deplasarile laterale ale acestora in timpul betonarii structurii.

Amplasarea distantierilor dintre grinzile metalice se va face obligatoriu in zonele sectiunilor de rezemare si in sectiuni intermediare pe deschidere; numarul si pozitia sectiunilor intermediare in care se prevad distantieri intre grinzile metalice se stabilesc prin calcule, tinand seama si de etapele de betonare.

Nu se admite fixare distantierilor de grinzile metalice prin sudura.

Cofrajul pierdut (permanent)

Pentru interspatiile dintre grinzile metalice se prevad pe talpile inferioare ale acestora, elemente de cofraj pierdut rezemate prin intermediul unui mortar de ciment sau a unor benzi de cauciuc. Sectiunea elementelor de cofraj se stabileste in functie de greutatea betonului proaspat care le revine.

Se va acorda o atentie deosebita detaliilor si fixarii cofrajului pierdut in vederea reducerii riscului de coroziune a talpilor grinzilor metalice.

Cofrajul pierdut nu participa la rezistenta si rigiditatea structurii.

Distributia armaturii

3.5.1. Armatura transversala de la partea inferioara a structurii

Pentru a prelua efectele torsiunii si incovoierii transversale trebuie sa se prevada la partea inferioara a structurii armatura transversala pe toata latimea tablierului.

Aceasta armatura, care traverseaza inimile grinzilor deasupra racordarii inima-talpa la grinzile laminate sau deasupra sudurii inima-talpa la grinzile sudate, va fi ancorata complet (la capacitatea ei de rezistenta) dincolo de fetele exterioare ale inimilor grinzilor metalice extreme. Se recomanda ca marginile inferioare ale gaurilor, prevazute in inimile grinzilor pentru continuitatea armaturilor transversale, sa fie la o distanta de cel putin 20 mm fata de extremitatea racordarii, respectiv marginea cordonului de sudura. De asemenea se recomanda ca diametrul gaurilor sa fie cu 5 mm mai mare decat diametrul nominal al armaturilor.

3.5.2. Armatura transversala de la partea superioara a structurii

Aceasta armatura, care trebuie de asemenea prevazuta pe toata latimea tablierului, va avea o sectiune transversala (arie) cel putin egala cu jumatate din cea a armaturii dispusa la partea inferioara dar nu mai putin de F10 mm pe metru liniar.

Pe intreaga latime a tablierului, aceste armaturi nu trebuie sa fie in contact cu talpile grinzilor metalice. Aceasta cerinta se realizeaza cu distantieri prevazuti pentru acest scop.

Aceasta armatura va fi prelungita pe fetele verticale, laterale, astfel incat impreuna cu armatura transversala inferioara sa formeze o carcasa inchisa.

3.5.3. Armatura longitudinala superioara

Se va prevedea armatura longitudinala superioara 4F10 mm / ml, constructiv, daca din actiunile si incarcarile exterioare nu rezulta intinderi la partea superioara a betonului structurii.

Daca din actiunile si incarcarile exterioare rezulta intinderi la partea superioara a betonului structurii se vor prevedea armaturi longitudinale pentru limitarea deschiderii fisurilor (vezi 7.4.). Aceasta armatura poate fi luata in considerare la calculul momentului incovoietor capabil in stadiul ultim de rezistenta al sectiunii de pe reazemele intermediare ale structurilor continui de poduri (vezi 7.3).

3.5.4. Armatura longitudinala inferioara

Pentru limitarea deschiderii fisurilor betonului din zona intinsa de la partea inferioara a structurii, se prevede o armatura longitudinala de cel putin 5F10 mm /ml.

3.6. Oblicitatea structurilor

Efectele oblicitatii tablierului trebuie luate in considerare numai daca unghiul de oblicitate este mai mic decat 70 grade, (grade centigrade).

3.7. Reazemele grinzilor

Fiecare grinda a structurii, laminata sau sudata, trebuie rezemata individual pe aparate de reazem fixate pe cuzinetii pilelor sau culeelor. Aceasta solutie faciliteaza betonarea si asigura transferul direct al incarcarilor de la grinzi la infrastructura.

Daca se folosesc alte solutii de rezemare, acestea vor fi atent studiate si vor fi justificate prin calcule.

4. MATERIALE

Oteluri pentru grinzi

Marcile si clasele de calitate ale otelurilor folosite pentru grinzi sudate se vor alege respectand prevederile din STAS 12187.

Daca se utilizeaza grinzi metalice cu talpi late laminate, marcile si clasele de calitate ale otelurilor trebuie sa corespunda prevederilor din Fisa UIC773 R/01-01-1997.

Oteluri pentru armaturi

Pentru armaturile din beton se vor respecta prevederile din STAS 101 l 1/2. Armaturile se vor confectiona numai din oteluri ductile.

Betonul

Betonul utilizat pentru structuri cu grinzi metalice inglobate trebuie sa corespunda reglementarilor din: 'Codul de practica pentru executarea lucrarilor din beton, beton armat si beton precomprimat (Partea I-a-beton si beton armat), indicativ NE 012-99'.

Din motive de durabilitate a podurilor se recomanda, pentru poduri de cale ferata cu grinzi metalice inglobate in beton, sa se foloseasca beton din clasa 30/37.

Coeficientul de echivalenta

Coeficientul de echivalenta otel-beton pentru incarcari de scurta

durata este definit prin raportul: n_i = E_a/E_i    unde:

Contractia betonului

Contractia betonului nu se ia in considerare.

Coeficientul lui Poisson

Coeficientul lui Poisson va fi luat egal cu 0 pentru calculul la starea limita ultima de rezistenta si egal cu 0,2 pentru calculul la starile limita de exploatare.

Aceeasi valoare a coeficientului lui Poisson poate fi folosita pentru ambele directii ortogonale ale structurilor cu grinzi metalice inglobate in beton.

4.7. Caracteristicile structurilor cu grinzi inglobate in beton ce se iau in considerare la calculul dinamic

4.7.1. Calculul dinamic

Rigiditatea si masa structurii podului variaza in timpul exploatarii. La calculul dinamic se vor considera acele valori ale parametrilor care determina comportarea dinamica a structurii astfel incat sa se obtina cele mai defavorabile situatii.

Rigiditatea structurii se va considera in urmatoarele ipoteze extreme:

cu betonul din zona intinsa fisurat in toate sectiunile structurii.

cu betonul din zona intinsa nefisurat in toate sectiunile structurii.
In ambele ipoteze se considera modulul de elasticitate al betonului

si coeficientul de echivalenta otel-beton n_i corespunzator incarcarilor de

scurta durata.

Rigiditatea poate fi considerata constanta in lungul structurii.

Caracteristicile inertiale ale structurii (masa, momentele de inertie ale maselor) se vor determina pentru valorile minime si maxime posibile ale grosimii balastului pe structura.

Fractiunea din amortizarea critica a structurii poate fi considerata egala cu 2%. Precizam ca aceasta fractiune din amortizarea critica corespunde unui decrement logaritmic al amplitudinii de 0,126.

4.7.2. Calculul dinamic simplificat

Frecventa fundamentala de vibratie prin incovoiere a structurii poate fi calculata folosind urmatoarele ipoteze:

momentul de inertie evaluat conform 6.2.;

coeficientul de echivalenta n_i corespunzator incarcarilor de scurta

durata

masa structurii considerata egala cu valoarea nominala minima

precizata la 4.7.1.

5. ACTIUNI SI INCARCARI

5.1. Actiuni si incarcari permanente

Actiunile si incarcarile permanente considerate la calculul acestor structuri sunt:

a) Greutatea grinzilor metalice, a cofrajului pierdut, a armaturilor, a legaturilor transversale, a contravantuirilor si distantierilor, a betonului, etc.

b) Greutatea betonului de egalizare, a hidroizolatiilor, a caii si componentelor acesteia. Valorile acestor incarcari pot varia in perioada de exploatare a structurii. Pentru aceste incarcari se va consulta STAS 1489 (Poduri de cale ferata. Actiuni).

c) Deformatii permanente impuse prin tehnologia de executie si/sau tasari de reazeme.

Structura de rezistenta care se considera ca preia incarcarile de la pct. a (greutatea proprie a structurii de rezistenta) depinde de tehnologia de executie. Situatiile extreme sunt:

Structura compusa otel-beton, daca pana la intarirea betonului
tehnologia de executie prevede rezemarea continua (pe toata lungimea) a
grinzilor metalice.

Structura alcatuita numai din grinzile metalice, daca tehnologia,
de executie prevede rezemarea grinzilor metalice numai in sectiunile de
reazem finale.

Actiunile si incarcarile permanente de la pct. b si c se considera preluate intotdeauna de structura compusa otel-beton.

5.2. Actiuni variabile 5.2.7. Convoiul de calcul

Convoiul de calcul se considera conform STAS 1489 (Poduri de cale ferata. Actiuni) daca nu este altfel precizat.

5.2.2. Alte actiuni variabile

Incarcarile datorate actiunii vantului se considera conform STAS 1489 (Poduri de cale ferata. Actiuni).

Efectele datorate temperaturii se neglijeaza la calculul structurii, dar trebuie considerate la calculul aparatelor de reazem.

Efectele datorate zapezii se neglijeaza.

5.2.3. Gruparea incarcarilor si actiunilor

Gruparea actiunilor si incarcarilor se face conform prevederilor din STAS 10101/OB (Actiuni in constructii. Clasificarea si gruparea pentru poduri de cale ferata si sosea).

6. CALCULUL EFORTURILOR SI DEFORMATIILOR

Modele de calcul

Eforturile si deformatiile structurii se calculeaza considerand comportarea liniar elastica a materialelor.

Structura de rezistenta poate fi modelata ca o placa ortotropa.

Calculul eforturilor poate fi facut utilizand tabelele Guyon-Massonnet Bares sau cu ajutorul metodei clementului finit. Metoda elementului finit se utilizeaza in special in cazul structurilor oblice si a structurilor in care raportul lungime/latime este aproximativ egal cu 1.

Modelarea structurii sub forma de grinzi independente, calculate cu teoria clasica a incovoierii este permisa daca incovoierea transversala sau torsiunea structurii este preluata prin armatura transversala. Acesta este cazul structurilor pentru calea ferata simpla si cu oblicitate mai marc de 70 grade (grade centesimale), la care armatura transversala inferioara este alcatuita din bare de otel cu marc aderenta (profilate) distribuite la maximum 300 mm distanta si cu diametrul de 16 mm cand deschiderea este mai marc de 5,0 m si cu diametrul de 20 mm cand deschidere este mai mica de 5,0 m.

Calculul eforturilor si deformatiilor din incovoierea
longitudinala

Verificarile pentru incovoierea longitudinala se vor efectua pentru grinzile cel mai defavorabil incarcate si pentru sectiunile lor transversale cele mai solicitate.

Eforturile si sagetile structurii pot fi determinate considerand un moment de inertie cu valoare constanta pe toata lungimea structurii.

unde:

I' = momentul de inertie al sectiunii transversale compuse (sectiunea echivalenta) solicitata la incovoiere la care se neglijeaza betonul din zona intinsa.

l' = momentul de inertie al sectiunii transversale compuse (sectiunea echivalenta) solicitata la incovoiere la care nu se neglijeaza betonul din zona intinsa (beton nefisurat).

Latimea sectiunii de beton asociata fiecarei grinzi metalice este egala cu distanta 'e' dintre grinzi.

Armaturile longitudinale pot fi neglijate.

Coeficientul de echivalenta se considera conform pct. 4.4.

Deformatiile verticale ale structurii, care se folosesc si pentru determinarea contrasagetii grinzilor metalice, se calculeaza in conformitate cu prevederile aliniatelor de mai sus.

7. STARI LIMITA DE EXPLOATARE

Elemente generale

Starile limita de exploatare sunt in conformitate cu STAS 10101/OB.

In afara de starea limita de deformatie se vor verifica si urmatoarele stari limita:

valoarea eforturilor unitare in materiale;

deschiderea fisurilor.

Combinarea si gruparea actiunilor considerate pentru starile limita de exploatare, se va face in conformitate cu prevederile din STAS 10101/OB.

Deformatii

Pentru deformatii, la verificarea starii limita de exploatare, se considera regulile precizate la pct. 6.2.

7.3. Limitarea eforturilor unitare

Principiul verificarii

Se urmareste ca eforturile unitare in materialele structurii de rezistenta (betonul comprimat si otelul), determinate prin calcul, sa nu provoace deformatii ireversibile pentru orice combinatie posibila a actiunilor; prin urmare aceasta limitare a eforturilor unitare asigura comportarea liniar elastica a structurii.

In nici un punct al structurii eforturile unitare maxime (totale) nu vor depasi valorile limita ale eforturilor unitare precizate la pct. 7.3.3; aceasta conditie se verifica pentru fiecare faza de executie si in exploatare.

Eforturile unitare datorate incarcarilor aplicate inainte de intarirea betonului vor fi determinate considerand numai sectiunea grinzilor metalice.

Eforturile unitare datorate incarcarilor permanente aplicate structurii dupa intarirea betonului vor fi determinate considerand caracteristicile mecanice ale sectiunii compuse otel-beton (vezi pct. 4.4) corespunzatoare incarcarilor de lunga durata.

Eforturile unitare datorate incarcarilor variabile se determina considerand caracteristicile mecanice ale sectiunii compuse otel-beton durata (vezi pct. 4.4.) corespunzatoare incarcarilor de scurta durata.

Sectiuni considerate pentru calculul eforturilor unitare

Pentru grinzile interioare ale structurii, latimea sectiunii de beton care conlucreaza cu grinda metalica, se considera egala cu distanta intre axele a doua grinzi metalice adiacente.

Pentru grinzile marginale ale structurii, latimea sectiunii de beton care conlucreaza cu grinda metalica se considera egala cu suma dintre jumatatea distantei dintre axele a doua grinzi metalice adiacente si distanta dintre axa grinzii marginale si fata exterioara verticala a structurii, dar nu mai mult decat jumatate din distanta intre axele a doua grinzi metalice adiacente.

La sectiunile transversale solicitate la momente incovoietoare pozitive (in camp), eforturile unitare trebuie calculate neglijand betonul (fisurat) din zona intinsa.

La sectiunile transversale solicitate la momente incovoietoare negative (reazeme intermediare la grinzi continui) eforturile unitare trebuie calculate neglijand betonul (fisurat) din zona intinsa dar luand in considerare armatura intinsa (longitudinala) situata deasupra grinzilor metalice.

7.3.3. Eforturi unitare limita in materiale

7.3.3. In grinzile metalice

Eforturile unitare normale in grinzile metalice (s_a) nu vor depasi valoarea f /1,15.

Eforturile unitare tangentiale maxime t_h se calculeaza considerand ca forta este preluata numai de sectiunea neta a inimii grinzii (se scad gaurile din sectiunea inimii). Eforturile unitare tangentiale maxime trebuie sa indeplineasca conditia:

t _h < 0,45 _fy;

Daca la nivelul gaurilor din inima exista si eforturi unitare normale s) trebuie indeplinita si conditia:

s t _h ²    £ s _a)²

in relatiile de mai sus, f_y reprezinta limita de curgere a otelului din care sunt confectionate grinzile.

In beton

Efortul unitar de compresiune in beton nu va depasi 0,6 f_ck, unde f_ck

reprezinta rezistenta caracteristica a betonului determinata pe cilindru.

Eforturile unitare normale de intindere in beton nu sunt limitate.

In armatura

Eforturile unitare normale in armatura longitudinala intinsa nu va depasi valoarea f_v/l,15.

7.4. Deschiderea fisurilor

La structuri continui, in zona momentelor incovoietoare negative (reazeme intermediare), pentru limitarea deschiderii fisurilor se va prevedea armatura longitudinala corespunzatoare (Fig. 2). Aria armaturii longitudina­le necesare (As) trebuie sa indeplineasca conditia:

As ³ 0,65 . Ac -f _te / s_s

in care:

Ac = ana betonului intins situat deasupra talpilor superioare ale

grinzilor metalice

f_te = rezistenta betonului la intindere (in MPa)* pentru care se presupune ca apar fisuri. Aceasta rezistenta se ia egala cu dublul valorii rezistentei de calcul la intindere a betonului conform STAS 10111/2.

s_s = eforturile unitare in armatura longitudinala din Tabelul l (in MPa) sunt functie de diametrul armaturii si depind de valoarea admisa a deschiderii fisurii (F)

8. STARI LIMITA ULTIME

8.1. Starea limita ultima de rezistenta

8.1.1. Combinarea incarcarilor care se iau in considerare

- pentru beton, eforturile unitare limita de compresiune se iau egale cu l f_ck / 1,5 in cazul gruparii fundamentale de actiuni si l f_ck / in cazul gruparii fundamentale suplimentata. Pentru betoane normale se considera l

f_ck este rezistenta caracteristica a betonului determinata pe cilindru.

rezistenta la intindere a betonului se negljeaza

pentru otelul grinzilor metalice, efortul unitar limita este f_;/l,15,
in care f_y este limita de curgere.

pentru armaturi, eforturile unitare limita sunt f_y/l,15, in care f_y
este limita de curgere a otelului din armaturi.

La starea limita ultima, axa neutra a sectiunii compuse (otel-beton) trebuie sa fie situata intre talpile grinzilor metalice.

Se neglijeaza aportul    cofrajului pierdut dintre grinzile metalice asupra rezistentei.

8.1.3. Calculul momentului incovoietor capabil M_rd

Momentul incovoietor capabil la starea limita ultima se considera momentul incovoietor pentru care sectiunea transversala (otel-beton) poate rezista inainte de rupere. Acest moment incovoietor se obtine considerand ca cele doua materiale ale sectiunii transversale se plasticizeaza (Fig. 4).

Momentul incovoietor capabil pe reazemele intermediare ale structurilor continui se calculeaza utilizand aceleasi ipoteze dar luand in considerare si armatura longitudinala de la partea    superioara.

8.2. Alte stari limita ultime

Rezistenta si stabilitatea elastica (flambajul lateral) al grinzilor metalice trebuie verificate pentru toate situatiile de incarcare care preced intarirea completa a betonului.

Verificarile de rezistenta si stabilitate (de forma si pozitie) trebuie efectuate tinand seama de etapele de executie si/sau montaj.

9. STAREA LIMITA DE OBOSEALA

Grinzi metalice laminate

Grinzile metalice laminate care se incadreaza in tolerantele si exigentele de executie, (la taiere, la gaurire, etc.) nu se verifica la oboseala. Daca in timpul executiei structurii se constata degradari ale grinzilor metalice se va efectua verificarea la oboseala in sectiunea care include degradarea chiar daca a fost reparata. Verificarea trebuie sa ia in considerare tehnologia aplicata la reparatia efectuata.

Grinzi metalice sudate

Toate imbinarile sudate trebuie verificate la oboseala conform SR Ecarturile de eforturi unitare (Ds) se vor calcula in sectiunile care se verifica din actiunea convoiului de calcul T8,5.

Armatura

Armatura longitudinala din zona reazemelor intermediare ale structurilor continui trebuie verificata la oboseala in conformitate cu prevederile din STAS 10111/2.