Aparate de reazem utilizate la poduri
Aparatele de reazem sunt dispozitivele care fac legătura între suprastructura şi infrastructura unui pod. Ele au rolul de a prelua forţele vertical şi orizontale provenind de la suprastructură şi de a le transmite elementelor din infrastructură (culee şi pile) sub formă de reacţiuni. În acelaşi timp, aparatele de reazem trebuie să permită deplasări şi rotiri ale suprastructurii pe infrastructură, corespunzător schemei statice utilizate în calcul, deoarece în caz contrar pot fi induse în structura podului eforturi mai mari decât cele considerate în faza de proiectare, care pot duce la depăşirea capacităţii portante a unora dintre elementele structural.
În funcţie de gradele de libertate asigurate pentru suprastrucutră, aparatele de reazem pot fi:
Tipuri de aparate de reazem folosite la poduri
În prezent la poduri se utilizează aparate de reazem din oţel turnat, din neopren şi aparate de reazem cu alcătuire specială de tip calotă sau de tip oală.
După modul de lucru, aparatele de reazm sunt fixe şi mobile. Dintre acestea, aparatele de reazem mobile pot fi fără rulouri (de tip I) şi cu rulouri (tip II…IX).
Aparatele de reazem din oţel turnat tip I pot fi folosite atât ca reazeme fixe, cât şi ca reazeme mobile. Ele sunt alcătuite din două plăci metalice suprapuse, placa superioară având ambele feţe plane, iar cea inferioară numită balansier, având suprafaţa de contact curbă. Placa superioară se fixează de suprastructura podului, iar balansierul de infrastructură (de bancheta cuzineţilor pilelor sau culeelor), după montarea în prealabil a unor plăci de plumb.
Fig 1. Aparate de reazem din oţel turnat de tip I a) fix b) mobil
În cazul reazemului fix, pentru a împiedica deplasarea pe orizontală, placa inferioară (balansierul) este prevăzută cu opritori sau tacheţi. La aparatul de reazem mobil aceşti opritori lipsesc.
Aparatele de reazem mobile de tip I se folosesc atunci când valorile reacţiunilor nu depăşesc 60 tf, deoarece altfel s-ar putea dezvolta forţe de frecare mari între cele două plăci metalice care ar putea produce degradarea aparatului. Aparatele de reazem fixe de tip I se pot utiliza şi pentru reacţiuni cu valori mai mair, deoarece aici nu intervine frecarea.
Aparatele de reazem din oţel turnat tipurile II şi III, fixe şi mobile cu rulouri sunt prezentate în figura de mai jos:
Aparate de reazem din oţel turnat a) fix, b) mobil cu rulouri
Aparatele de reazem fixe de tip II şi III din oţel turnat sunt alcătuite dintr-o placă superioară fixată de suprastructură, şi un balansier. Rotirea este asigurată prin forma cilindrică rotunjită a părţii superioare a balansierului. Împiedicarea deplasărilor pe orizontală este asigurată printr-un „pinten” care pătrunde într-un locaş din bancheta cuzineţilor infrastructurii.
Aparatele de reazem mobile de tip II şi III din oţel turnat sunt formate dintr-o placă superioară fixată de suprastructură, dintr-un balansier superior, un set de rulouri (două sau trei) şi o placă inferioară.
Ca şi în cazul aparatelor de reazem fixe, rotirea este asigurată de forma cilindrică rotunjită a părţii de sus a balansierului, iar translaţiile sunt asigurate prin rostogolirea rulourilor. Limitarea deplasărilor pe orizontală se face cu ajutorul unor „dinţi” care pătrund în tăieturile existente pe rulouri, pe diametrul secţiunii acestora.
Aparatele de reazem mobile prezentate anterior permit deplasări pe o direcţie, dar şi mici deplasări în sens transversal podului în limita mişcărilor permise de orpitori (tacheţi). Pentru asigurarea unor deplasări mai mari în sens transversal se pot utiliza aparate de reazem cu alcătuire specială, formate din rulouri suprapuse, ânsă utilizarea acestora necesită condiţii speciale de montaj şi dificultăţi în întreţinere.
O altă categorie de aparate de reazem, utilizate pe scară largă mai ales la poduri din beton, o reprezintă aparatele de reazem din neopren. Acestea sunt alcătuite sub forma unor pachete compacte din dtraturi de neopren dispuse între plăci subţiri din oţel. Grosimea straturilor din neopren variază între 8 şi 12mm, în timp ce grosimea minimă a plăcilor de oţel este de 2 mm. Plăcile din oţel sunt realizate de regulă din oţel OL37. Rolul plăcilor de oţel, numite şi armături sau frete, este de a reduce deformarea neoprenului. Straturile de neopren se lipesc prin vulcanizare de plăcile metalice.
diferenţa între aparatele de reazem din neopren fixe şi mobile constă în grosimea acestora, care este mai mare în cazul celor mobile, asigurând deformarea acestora odată cu cea a suprastructurii.
Aparatele de reazem din neopren se montează între două plăci metalice, una superioară fixată de suprastructura podului şi cealaltă inferioară montată ăe cuzinetul de infrastructură (culee sau pilă). Pentru împiedicarea deplasării pe o anumită direcţie, plăcile metalice sunt prevăzute cu orpitori (tacheţi). Alcătuirea acestor aparate de reazem permite ca acestea să poată prelua forţe orizontale, din acest motiv la suprastructurile de poduri cu mici pante longitudinale, respectiv transversale, nefiind necesare măsuri speciale pentru împiedicarea deplasărilor.
Avantajele utilizării aparatelor de reazem din neopren sunt determinate de economia de oţel şi de montajul uşor.
Aparatele de reazem de tip „oală” fac parte din categoria aparatelor de reazem speciale, cu alcătuire mixtă, fiind formate atât din piese metalice, cât şi din neopren.
Aparatul de reazem fix este format din „oală” metalică (1), capacul (2), între aceste piese fiind introdus un strat de neopren (3). Sub acţiunea unor presiuni mari, capacul pătrunde în oală împiedicând orice deplasare de tip translaţie, însă neoprenul se deformează şi asigură posibilitatea de rotire a aparatului. Între capac şi oală, pe margini, se prevăd garnituri de etanşare (4) pentru a împiedicapătrunderea impurităţilor în interior.
Aparatele de reazem mobile au aceeaşi alcătuire ca cel fix, existând în plus o placă metalică (5) care se fixează de suprastructura podului. Această placă este aşezată pe capac (2) prin intermediul unui strat de teflon (6). Neoprenul (3) asigură rotirea (pe orice direcţie), iar teflonul (6) translaţia (pe orice direcţie). Stratul de teflon este gărit din loc în loc, în găuri fiind introdusă vaselină ce înlesneşte alunecarea. Dacă este necesară împiedicarea translaţiilor după anumite direcţii, atunci plac superioară (5) se prevede cu orpitori laterali (tacheţi) (7). Fixarea oalei de elementul de infrastructură (culee, pilă) se face prin urechile de fixare (8).
Aceste aparate de reazem au avantajul că pot prelua reacţiuni cu valori mari (până la 5000 tf), pot asigura deplasări mari (în sens longitudinal podului până la 250-300 mm, iar în sens transversal până la 50 mm) şi prin utilizarea lor se realizează o înălţome pe reazem mai mică.
Un alt tip special de aparate de reazem îl reprezintă cele de tip calotă.
Aparatul de reazem fix de tip calotă asigură rotirea datorită alunecării calotei sferice(3) pe placa inferioară de rezemare (1) prin intermediul unei folii de teflon (4). Translaţiile sunt împiedicate datorită faptului că placa superioară (2) este prevăzută cu nişte reborduri.
Calota sferică este realizată din oţel înalt aliat cu crom. Piesa este şlefuită fin atât pe suprafaţa sferică, ct şi pe cea plană. Rulourile sunt asigurate de frecările foarte scăzute pe foliile de teflon.
La aparatele de reazem mobile pe toate direcţiile lipsesc rebordurile, deplasările pe orice direcţie fiind asigurate de alunecarea plăcii superioare (2) pe calota (3), prin intermediul unei alte folii de teflon (4).
Aparatele de reazem mobile pe o singură direcţie au la placa superioară (2) rebordurile (6) paralele cu direcţia pe care este permisă translaţia. Distanţa dintre rebordurile plăcii superioare (2) şi marginile plăcii inferioare (1) este bine calibrată, astfel încât rebordurile lucrează ca nişte ghidaje.
Aceste aparate de reazem de tip calotă pot prelua reacţiuni verticale cu valori de până la 3000 tf. Au însă dezavantajul că se execută destul de greu, ca urmare a formei perfecte ce trebuie realizată pentru calotă şi a faptului că suprafeţele calotei trebuie foarte bine prelucrate pentru asigurarea mişcărilor pe foliile de teflon.
Prescripţii de calcul (conform STAS 4031 -77 Aparate de Reazem din Oţel Turnat
Alegerea tipului de aparat de reazem se face verificând ca presiunea acestuia pe faţa inferioară a balansierului inferior, la reazemele fixe, sau pe linia de contact între rulouri şi placa inferioară la reazemele mobile, să nu depăşească valorile prevăzute în tabelul următor.
Presiunile admisibile, la contactul dintre două materiale cu calităţi diferite, sunt cele corespunzătoare materialului mai slab.
Calculul presiunilor pe cuzineţi şi pe linia de contact a rulourilor se face conform STAS 1911 – 75 şi STAS 1844 – 75 cu relaţiile din tabelul următor.
La aparatele de reazem tip IV …IX reacţiunile orizontale se transmit de la placa superioară de reazem la balansierul superior exclusiv prin cepul de secţiune circulară dispus pe partea superioară a acestui balansier. Şuruburile carea leagă balansierul superior de placa superiaoră sunt numai pentru solidarizare.
La alegerea tipului de aparat de reazem se are în vedere şi condiţia ca reazemul mobil să permită deplasarea maximă Δc posibilă a construcţiei.
Deplasarea Δc se stabileşte în funcţie de alungirea dată de temperatură şi de alungirea tălpilor inferioare ale grinzilor principale sub acţiunea eforturilor de întindere.
Pentru poduri cu grinzi simplu rezemate deplasarea maximă se poate calcual cu relaţia:
Δc = 0,75 * L mm
În care L este deschiderea podului, în m
Deplasarea Δ permisă de aparatele de reazem mobile cu rulou se determină cu relaţia
mm