podurile sunt în general considerate structuri statice. Adevărul este că de fapt acționează mai mult ca ființe dinamice, vii. Ele se schimbă în mod constant, răspunzând la diferite sarcini, modele meteorologice și alte tipuri de stres pentru a funcționa. În unele cazuri, la fel ca o persoană care suferă o traumă, podurile trebuie să „reacționeze” la evenimente extrem de stresante precum accidente, explozii, incendii, cutremure și uragane pentru a supraviețui.

în acest articol, vom analiza modul în care diferite tipuri de poduri sunt proiectate pentru a face față stresului. Vom examina, de asemenea, unele dintre cele mai comune forțe care pun stres pe poduri. Acești factori de stres pot avea un impact mare asupra modului în care podurile îmbătrânesc, cad în declin și pot eșua.

înțelegerea acestora poate ajuta inginerii să dezvolte structuri durabile, iar inspectorii și personalul de întreținere fac ca structurile existente să dureze mai mult.

dilema gravitațională

cea mai profundă forță care afectează podurile este gravitația, care le trage constant, încercând să le tragă pe pământ. Gravitația nu este atât de mare când vine vorba de clădiri, inclusiv cele mari, cum ar fi zgârie-nori, deoarece pământul de sub ele se împinge întotdeauna înapoi.

nu este cazul când vine vorba de poduri. Pardoseala lor se întinde pe spațiu deschis. „Spațiul” nu oferă suport împotriva gravitației. Podurile mai mari care se întind pe spații mai lungi sunt mai vulnerabile la gravitație decât cele mai scurte. În mod similar, structurile mai grele sunt mai susceptibile de a cădea victime gravitației decât cele mai ușoare.

defecțiunile podului sunt un eveniment relativ rar. Deci, ce îi împiedică să se prăbușească din cauza forței gravitaționale?

răspunsul este aproape același indiferent de tipul de structură:

• compresia (o forță care împinge sau strânge spre interior) este atent echilibrată cu tensiunea (o forță care se întinde și trage spre exterior).
• această echilibrare se întâmplă prin canalizarea sarcinii (greutatea totală a structurii podului) pe bonturi (suporturile de la fiecare capăt al podului) și piloni (suporturile care rulează sub pod de-a lungul lungimii sale).

aceste forțe sunt distribuite într-o varietate de moduri pe diferite tipuri de poduri:

Beam Bridge

un beam bridge are puntea sa (beam) în tensiune și compresie. (Fasciculul poate fi stors și întins în funcție de condiții.) Bonturile sunt în compresie, ceea ce înseamnă că sunt întotdeauna stoarse.

Arch Bridge

un Arch bridge suportă sarcini prin distribuirea compresiei peste și în jos pe arcadă. Structura este întotdeauna împingându-se pe sine.

pod suspendat

turnurile (pilonii) unui pod suspendat sunt în compresie și puntea atârnă de cabluri care sunt în tensiune. Puntea în sine este atât în tensiune, cât și în compresie.

pod suspendat prin cablu

un pod suspendat prin cablu este similar cu un pod suspendat. Cu toate acestea, puntea atârnă direct de piloni pe cabluri. Pilonii sunt în compresie, iar cablurile sunt în tensiune. Puntea experimentează ambele forțe.

truss bridge

o truss bridge este o variație a unei structuri de grindă cu armături îmbunătățite. Puntea este în tensiune. Fermele se ocupă atât de tensiune, cât și de înțelegere, cu cele diagonale în tensiune și cele verticale în compresie.

un pod arc suportă sarcini prin distribuirea de compresie peste și în jos arcul. Structura este întotdeauna împingându-se pe sine.

pod în consolă

un pod în consolă este una dintre formele mai simple de înțeles. Practic, se adresează forțelor de tensiune (tragere) deasupra punții podului și celor de compresie (împingere) de dedesubt.

verificați aceste poduri care gestionează forțele în moduri unice:

Podul rulant, Londra

această structură sculpturală este un tip de pod denumit în mod obișnuit un pod curling. Este alcătuit din opt secțiuni triunghiulare care sunt articulate împreună. Podul este capabil să „desfacă” pentru a permite pietonilor să-l traverseze și să se „încurce” pentru a lăsa bărcile să treacă.

când structura este în starea sa „necurlată”, arată și funcționează la fel ca un pod de fermă. Un sistem de pistoane hidraulice este folosit pentru a-l rostogoli în forma sa închisă, octogonală.

de Loz Pycock , via Wikimedia Commons

The Gateshead Millennium Bridge, Newcastle

această structură inovatoare este adesea menționată ca un pod „înclinat”. Folosește un sistem hidraulic avansat pentru a-l ridica din drum când trec bărcile.în timp ce acest lucru pare destul de simplu, acest pod trebuie să se ocupe de probleme unice de tensiune și compresie. Folosește caracteristici ale suspensiei și ale modelelor suspendate prin cablu, care sunt împinse (și întinse) la limite extreme atunci când podul este în mișcare. Această structură adaugă o nouă dimensiune ingineriei standard a podurilor.

proiectarea podului este simplă și complexă în același timp. Un pod echilibrează constant forțele de compresiune în anumite locații cu cele de tracțiune în altele, astfel încât nicio forță copleșitoare, în special gravitația, nu depășește structura în orice moment, ducând la deteriorare sau prăbușire.

stresori dincolo de gravitație

factorul complicat este că compresia și tensiunea pe un pod se schimbă constant din cauza unor factori de stres precum:

schimbarea sarcinilor

ar fi ușor să construim poduri dacă sarcinile de pe ele ar rămâne statice. Forțele asupra lor nu s-ar schimba niciodată. Realitatea este că încărcăturile pot varia dramatic și dinamic pe parcursul zilei și în timp.

podurile transportă totul, de la trenuri, mașini, camioane și pietoni până la linii de apă și alte infrastructuri de utilități. Cantitatea de trafic și volumul de utilitate schimbare pe tot parcursul zilei, provocând variații semnificative în sarcina live, care poate crește și reduce forțele de tracțiune și compresiune în întreaga structură.

exemplu: Când o cale ferată călătorește peste un pod, structura se îndoaie și se flexează, apoi revine la starea inițială relaxată odată ce trenul trece.

forțele de mediu

punțile reacționează constant la Mama Natură. Sursele de stres din mediu includ:

• maree, valuri și rezerve de apă. Apa este una dintre cele mai puternice forțe de pe pământ. Inginerii introduc adesea deschideri în bonturile podului pentru a permite apei să curgă, mai degrabă decât să împingă împotriva lor.
• vânturi. Rafalele mari de vânt pot provoca balansarea și răsucirea podurilor. Cele moderne sunt mai ușoare și mai aerodinamice, permițând vântului să treacă prin ele, ceea ce le împiedică să se miște.
• cutremure. Forțele seismice fac ca secțiunile podului să se agite și să se prăbușească una în cealaltă, ceea ce le poate face să se prăbușească. Proiectanții includ amortizoare pentru a absorbi vibrațiile și barele de protecție pentru a împiedica secțiunile să se lovească între ele pe podurile din zonele active de cutremur.
• uraganele și alte furtuni majore pot avea efecte devastatoare asupra zonelor expuse ale podurilor. Echipele de construcții instalează adesea echipamente de protecție în jurul secțiunilor vulnerabile, cum ar fi infrastructura de utilități.
• gheață, frig și viscol. Vremea rece și condițiile de îngheț determină contracția anumitor elemente de pod. Dezghețarea poate avea efectul opus. Efectele expansiunii și contracției au fost exacerbate în condițiile climatice mai extreme de astăzi. Inginerii explică acest lucru prin încorporarea unor componente mai receptive și mai flexibile în poduri construite în locuri reci.

accidentele și alte evenimente neașteptate

accidentele din trafic și construcții, bărcile care lovesc bonturile și exploziile pot duce la stres semnificativ al podului și, uneori, la eșec. Constructorii pot folosi materiale puternice, ignifuge și elemente de izolare pentru a limita impactul evenimentelor extreme asupra echilibrului forțelor care afectează un pod.

concluzie

unele dintre forțele prezentate mai sus pot provoca daune catastrofale imediate podurilor sau defecțiuni finale. Acești factori de stres se uzează și la poduri în timp, ducând la daune pe termen lung.

la fel ca ființele vii, podurile au moduri de a comunica că sunt supra-stresate. Inspectorii, managerii și inginerii trebuie să caute aceste semne. Îi poate ajuta să păstreze structurile existente în siguranță și să le ofere informațiile de care au nevoie pentru a proiecta structuri și mai durabile și mai receptive în viitor.