INCARCARI SI ACTIUNI CARE SOLICITA CONSTRUCTIILE

q       CRITERII DE APRECIERE - CLASIFICARI

intensitatea incarcarii / actiunii (valoarea maxima, valoarea medie);

precizia cu care este determinata intensitatea;

durata de manifestare a incarcarii / actiunii;

frecventa de aparitie in timp a incarcarii / actiunii;

modul de aplicare pe constructie;

incarcari permanente;

incarcari temporare:

- de lunga durata (cvasi-permanente);

- de scurta durata (variabile);

incarcari exceptionale;

Actiunile indirecte pot proveni din:

mediul natural, care poate impune constructiei deformatii sau deplasari prin:

variatii climatice de temperatura, diurne sau sezoniere;

tasari diferentiate ale terenului de fundare;

miscari seismice ale terenului, etc;

proprietatile specifice ale materialelor din care este realizata constructia (proprietati reologice, cum sunt contractia si curgerea lenta, pentru structurile din beton armat sau din beton precomprimat);

Dupa modul de variatie pe intervale scurte de timp:

incarcari/actiuni statice: care nu produc acceleratii semnificative ale constructiei sau ale partilor componente; eforturile si deformatiile corespunzatoare au variatii neglijabile, pe intervale scurte de timp;

incarcari/actiuni dinamice: care produc acceleratii semnificative ale constructiei sau ale partilor componente si dau nastere la forte de inertie care nu pot fi neglijate in raport cu intensitatile altor tipuri de incarcari;

Starea de eforturi si de deformatii a unei constructii este rezultatul suprapunerii sau interactiunii mai multor tipuri de actiuni:

'grupari de incarcari/actiuni'

INCARCARI PERMANENTE

o       Incarcari datorate greutatii proprii

Lemn g = 600 - 800 kg/m³ (in functie de esenta lemnului)

Otel g = 8000 kg/m³

Zidarie g = 1800 kg/m³

Tencuiala g = 2000 kg/m³

beton armat g = 2500 kg/m³

Greutatea totala a cladirilor etajate curente variaza intre:

1.2 - 1.4 tone/m²/nivel pentru cladiri de locuit si similare moderne

2.0 - 2.2 tone/m²/nivel pentru cladiri cu inaltimi de nivel mari si finisaje grele

Greutatea totala a structurilor pentru cladiri curente variaza intre:

structuri pentru cladiri etajate:

din beton armat : 0.60 - 0.75 tone/m²/nivel

din otel : 0.40 - 0.50 tone/m²/nivel

structuri pentru cladiri tip 'sala/hala'

cu acoperis din beton precomprimat : 0.25 - 0.45 tone/m²

cu acoperis din otel : 0.015 - 0.075 tone/m²

o       Incarcarea datorita impingerii pamantului;

o       Incarcarea datorita presiunii apei subterane;

Exemplu pentru evaluarea incarcarilor la nivelul stalpilor la halele parter:

;

;

;

;

;

INCARCARI UTILE (DE EXPLOATARE)

greutatea mobilierului fix;

greutatea persoanelor;

greutatea utilajelor, a materiei prime si a produselor finite;

greutatea materialelor sau obiectelor depozitate (cartile din biblioteci, marfurile din magazine, autovehiculele din garaje si parcaje);

o       Incarcari utile pentru cladiri curente

- Incarcari utile pe plansee (150 - 500 kg/m²);

- Incarcari utile pe elementele nestructurale;

- Incarcari utile datorate peretilor despartitori usori;

- pentru pereti foarte usori (pana la 150 kg/ml), incarcarea echivalenta = 50 kg/m²;

- pentru pereti cu greutatea de 150-300 kg/ml incarcarea echivalenta    = 150 kg/m²;

o       Incarcari utile datorate autovehiculelor

(pentru calculul planseelor garajelor si parcajelor, pentru rampele de acces si pentru planseele superioare ale constructiilor ingropate sub pasajele si curtile carosabile)

- Pentru autovehicule mici incarcarea echivalenta uniform distribuita = 400 kg/m²;

- Incarcarile utile din autovehicule se majoreaza cu un coeficient dinamic (20%);

INCARCARI DATORATE ACTIUNILOR
PROVENITE DIN MEDIUL NATURAL

q       Actiunile pot fi cuantificate numai prin prelucrarea statistica a datelor disponibile;

q       Pentru definirea completa a actiunii trebuie sa se recurga la anumiti parametri:

o       intensitatea maxima probabila;

o       perioada medie de revenire asociata intensitatii;

q       Efectul agentilor asupra constructiilor este influentat de caracteristicile constructive:

o       arhitectural/structurale (forma, dimensiuni si proportii, forma acoperisului);

o       materialul si tipul structurii;

o       conditiile generale ale mediului construit;

q       Actiunile provenite din mediul natural sunt:

actiuni temporare : zapada, vantul, variatiile de temperatura climatica;

actiuni exceptionale : actiunea seismica cu intensitatea de proiectare (cutremurul 'de calcul');

INCARCAREA DATORATA ZAPEZII

q       forta statica verticala;

q       intensitatea este functie de trei factori de baza:

Greutatea stratului de zapada depus la nivelul solului pe teren plat;

Conditiile de expunere ale constructiei;

Posibilitatile de aglomerare a zapezii pe constructie;

Greutatea stratului de zapada la nivelul terenului plat 'g_z' (in kg/m²) se stabileste pe baza grosimii probabile a stratului de zapada (H_z - in metri) considerand greutatea volumetrica a zapezii 250 kg/m³

q      

Harta de zonare a Romaniei din punct de vedere al actiunii zapezii
CR1-1-3-2005

q       Municipiul Bucuresti: zona C, cu greutatea stratului de zapada de g_z = 200 kg/m²

q       Incarcarile la nivelul solului corespund unei perioade medii de revenire de 50 ani (probabilitate de depasire 2% intr-un an) → probabilitate de realizare mai mare de 50% pe durata existentei unei constructii

Conditiile de expunere ale cladirii:

o       efectele interactiunii 'vant/zapada' (fenomenul de 'spulberare');

Incarcarea din zapada pe acoperisul constructiilor nu mai este uniform distribuita

Valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe acoperis, s_k se determina astfel: s_k = m_i C_e C_t s_0,k

_i este coeficientul de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperis;

s_0,k    - valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe sol [kN/m²], in
amplasament;

C_e    - coeficientul de expunere al amplasamentului constructiei;

C _t    - coeficientul termic.

Coeficientul de expunere, C_e al amplasamentului constructiei este functie de conditiile de expunere ale constructiei (atat la momentul proiectarii cat si ulterior), valorile sale fiind recomandate in Tabelul 2.1.

Tabelul 2.1 Valorile coeficientului de expunere C_e

In cazul expunerii Complete, zapada poate fi spulberata pe zone intinse de teren plat lipsit de adapostire sau cu adapostire limitata.

In cazul expunerii Partiale, topografia terenului si prezenta altor constructii sau a copacilor nu permit o spulberare semnificativa a zapezii de catre vant.

In cazul expunerii Reduse, constructia este situata mai jos decat terenul inconjurator sau este inconjurata de copaci inalti si/sau constructii inalte.

Pentru acoperisuri cu termoizolatii uzuale coeficientul termic C_t este considerat 1.0.

Coeficientul termic C_t poate reduce incarcarea data de zapada pe acoperis in cazuri speciale, cand transmitanta termica a acoperisurilor este ridicata si conduce la topirea zapezii.

Coeficienti de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperis

1. Acoperisuri cu o singura panta

Distributia coeficientului de forma m , al incarcarii din zapada pe acoperisurile cu o singura panta, pentru situatiile in care zapada nu este impiedicata sa alunece de pe acoperis, este indicata in Figura 3.1.Valoarea coeficientului m este indicata in Tabelul 3.1 si Figura 3.2, functie de panta acoperisului, a [s].

Daca la marginea mai joasa a acoperisului este plasat un parapet sau alt obstacol ce impiedica alunecarea zapezii, atunci coeficientii de forma ai incarcarii din zapada nu trebuie sa fie mai mici de 0,8.

Figura 3.1 Distributia coeficientului de forma - zapada pe acoperisuri cu o singura panta

Figura 3.2 Coeficientii de forma -     zapada pe acoperisuri cu o singura panta, cu doua pante si pe acoperisuri cu mai multe deschideri

Tabelul 3.1 Valorile coeficientilor de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri

cu o singura panta, cu doua pante si pe acoperisuri cu mai multe deschideri

2. Acoperisuri cu doua pante

Distributiile coeficientilor de forma m si m , pentru incarcarea din zapada pe acoperisurile cu doua pante, pentru situatiile in care zapada nu este impiedicata sa alunece de pe acoperis, sunt indicate in Figura 3.3. Valorile coeficientilor m si m sunt indicate in Tabelul 3.1 si Figura 3.2, in functie de panta acoperisului, a [s].

Figura 3.3 Distributia coeficientilor de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cu doua pante

Pentru incarcarea din zapada neaglomerata, distributia recomandata este indicata in Figura 3.3, cazul (i). Pentru incarcarea din zapada aglomerata, distributia recomandata este indicata in Figura 3.3, cazul (ii) si cazul (iii).

Daca la marginea mai joasa a acoperisului este plasat un parapet sau alt obstacol ce impiedica alunecarea zapezii, atunci coeficientii de forma ai incarcarii din zapada nu trebuie sa fie mai mici de 0,8.

3. Acoperisuri cu mai multe deschideri

Distributiile coeficientilor de forma m si m , pentru incarcarea din zapada pe acoperisurile cu mai multe deschideri/pante, pentru situatiile in care zapada nu este impiedicata sa alunece de pe acoperis, sunt indicate in Figura 3.4. Valorile coeficientilor m si m sunt indicate in in Tabelul 3.1 si Figura 3.2, in functie de panta acoperisului, a [s].

Figura 3.4 Distributia coeficientilor de forma - zapada pe acoperisuri cu mai multe deschideri

In cazul acoperisurilor cu mai multe deschideri, la proiectarea doliilor se utilizeaza distributia coeficientilor de forma pentru incarcarea din zapada aglomerata indicata in Figura 3.5.

Figura 3.5 Distributia coeficientului de forma - zapada aglomerata pe acoperisurile cu mai multe deschideri (zona doliilor)

4. Acoperisuri cilindrice

Distributia coeficientului de forma m pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cilindrice, pentru situatiile in care zapada nu este impiedicata sa alunece de pe acoperis, este prezentata in Figura 3.6, unde coeficientul m este determinat din Figura 3.7 si Ecuatia 3.2.

Figura 3.6 Distributia coeficientului de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cilindrice

Coeficientii de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisurile cilindrice sunt recomandati in Figura 3.7 pentru valori ale unghiului b dintre orizontala si tangenta la curba directoare a acoperisului mai mici sau egale cu 60⁰ si pentru diferite rapoarte inaltime/latime (h/b).

Figura 3.7 Coeficientul de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisuri cilindrice

INCARCAREA DATORATA ACTIUNII VANTULUI

q       VITEZA SI PRESIUNEA VANTULUI

Vantul = miscarea maselor de aer se produce ca urmare a tendintei generale de echilibru atmosferic intre regiunile globului terestru cu presiuni atmosferice diferite.

q       In straturile superioare ale atmosferei: miscare cu caracter laminar ;

q       In vecinatatea solului: miscarea devine turbulenta;

q       Masele de aer in miscare sunt purtatoare de energie cinetica;

q       In contact cu suprafata unei constructii energia cinetica se transforma in energie potentiala (presiunea vantului);

q       Viteza vantului este variabila atat in timp cat si in spatiu:

o       o componenta cu caracter static care reprezinta 'viteza medie';

o       o componenta cu caracter dinamic care reprezinta 'viteza rafalelor';

q      
Viteza medie cat si viteza rafalelor creste cu inaltimea (cresterea este parabolica);

q       Valorile vitezei din norme corespund unei perioade de revenire de circa 50 ani;

q       Relatia intre viteza (v - in m/s) si presiunea vantului (g_v - in kg/m²):

q       Pentru proiectarea constructiilor se considera:

o       presiunea dinamica de baza stabilizata - g_v, in functie de:

viteza medie, masurata la inaltimea de 10 metri deasupra solului, in extravilan.

q       Tipuri de amplasamente:

o       Tipul I: amplasamente deschise : campii, silvostepe, maluri deschise ale marii si lacurilor;

o       Tipul II: amplasamentele din orase si imprejurimi, (cu exceptia centrelor marilor orase);

o       Tipul III: amplasamentele din centrele marilor orase, cu zone dens construite, cu majoritatea cladirilor avand inaltimi de circa 30 metri sau mai mari;

q       Harta de zonare din punctul de vedere al actiunii vantului - STAS 10101/20-90

EFECTUL VANTULUI ASUPRA CONSTRUCTIILOR

TRATAREA GENERALA A ZONEI URBANE

Repartitia in spatiu a masei construite in zona urbana si studiul acesteia joaca un rol important in comportamentul general al curgerii aerului aferent vantului.

Parametrii determinanti in influentarea curgerii la aceasta scara sunt:

a)      Densitatea constructiilor

Distributia pe sol a constructiilor reprezinta o caracteristica de rugozitate ce influenteaza curgerea generala. Astfel, cu cat rugozitatea terenului construit este mai densa cu atat masa construita este mai putin penetrata de vant.

b)      Inaltimea medie a constructiilor

Constructiile reprezinta obstacole la vant, mai mult sau mai putin inalte, care pot conduce fie la o protectie aerodinamica in aval, fie la accidente aerodinamice.

c)      Profilele longitudinal si transversal al zonei urbane

Cele doua profile ale masei construite in raport cu directia vantului, au o influenta importanta asupra curgerii aerului in zona urbana studiata.

d)      Orientarea masei construite in raport cu vantul

Orientarea ansamblului construit aferent zonei urbane fata de directia vantului are o influenta hotaratoare asupra nivelului de confort global din zona urbana.

e)      Porozitatea masei construite si sectiunea maestra

De o importanta deosebita sunt fenomenul de amortizare energetica a vantului si fenomenul de masca.

O morfologie a ansamblului construit prezentand un profil transversal "in dinti de fierastrau" cu muchii vii si cu spatii libere, conduce la aparitia unei zone cu perturbatii aerodinamice pe distante mari.

Dispunerea constructiilor in dinti de fierastrau Dispunerea constructiilor in arc convex

Din contra, un profil mai suplu "in arc convex", transversal directiei vantului (in forma de duna), poate asigura o mai buna protectie in aval de acesta.

FORMA SI DISPUNEREA CONSTRUCTIILOR

a)      Modul in care sunt asociate cladirile, sau chiar geometria unei singure cladiri, pot genera curgeri critice ale aerului din punct de vedere al confortului pietonal. Astfel de curgeri cu generare de inconfort pot fi resimtite in apropierea colturilor imobilelor, pe strazi inguste etc.

b)      In vederea diminuarii si chiar eliminarii anomaliilor aerodinamice provocate de cladiri, trebuie gasite solutii care sa permita reducerea sau inhibarea acestor efecte in functie de vant si, dintre acestea, trebuie aleasa o solutie care sa fie compatibila si cu celelalte criterii in afara criteriului vant.

c)      Principalele caracteristici tinand de forma si dispunerea constructiilor in corelatie cu urmarirea confortului pietonal in zonele urbane sunt: proportiile, volumele, dezvoltarile in spatiu si formele constructiilor si ansamblurilor de constructii.

TRATAREA IN DETALIU A CLADIRII

a)      Interventia in scop aerodinamic la nivelul cladirii este mai fina deoarece se refera la componentele de fatada. Astfel, jocul componentelor de fatada ofera asa numita "rugozitate de fatada" ce poate avea ca efect fie absorbirea unei parti din energia vantului, fie canalizarea unor anumiti curenti de aer si redirijarea acestora catre spatiile pietonale.

b)      Un alt aspect al efectului vantului la nivelul unei cladiri este rezonanta acustica a anumitor materiale (obloane, tamplarii etc).

AMENAJARI COMPLEMENTARE LA SUPRAFATA SOLULUI

a)       

Trebuie avut in vedere si utilizarea amenajarilor complementare la suprafata solului care au ca scop protejarea spatiilor pietonale fie prin absorbire de energie cinetica a vantului, fie prin deflectarea curentilor aferenti    miscarilor din jurul cladirii.

b)      Pentru exemplificare, sunt prezentate    in continuare cateva amenajari complementare ce pot fi luate in considerare:

modificari ale suprafetei pamantului, taluzuri;

paravane minerale sau vegetale;

asocieri de elemente vegetale;

CURGEREA AERULUI IN JURUL CONSTRUCTIILOR

Interactiunea dintre vant si masele construite conduce la stabilirea unor curenti de aer la nivelul solului in ansamblurile construite care intereseaza din punct de vedere al confortului pietonal.

Masele construite moduleaza miscarile aerului prin formele si dimensiunile lor precum si prin interinfluenta dintre constructii, conducand la aparitia unor distributii a zonelor cu presiuni diferite in jurul obstacolelor. Astfel, la nivelul legaturilor dintre zonele cu presiuni diferite, apar curenti locali caracterizati prin cresteri de viteza si prin vartejuri.

Curgerea aerului in jurul unei constructii: 1- linie de separatie; 2- siaj si circulatie turbionara; 3- punct de desprindere; 4- punct de realipire; 5- ingrosarea limitelor de separare intre siaj si curgerea principala

Pe fata expusa vantului a unui obstacol, vantul conduce la o distributie de suprapresiuni crescatoare cu inaltimea datorita profilului vertical de viteza medie. De aceea, apare o curgere descendenta in lungul fetei aval care formeaza la nivelul solului, un rulou turbionar.

Circulatia aerului in jurul constructiilor cu diferite geometrii

Punerea in legatura a zonelor cu presiuni diferite de pe fetele amonte si aval ale cladirii prin pasaje situate la partea inferioara a imobilului sau pe dupa colturile acestuia, conduce la aparitia unor curgeri locale ale aerului foarte rapide asociate mai mult sau mai putin cu vartejuri violente.

Cresteri locale de viteza in pasaje si la colturile cladirii

Inconjurarea cladirii situata intr-o curgere cu profil vertical de viteza medie: 1- punct de desprindere; 2- rulou turbionar; 3- zona turbionara; 4- profil vertical de viteza medie

Elementele construite pot, prin juxtapunere, sa formeze deflectoare pentru vant si sa canalizeze aerul la trecerea lui prin zone de ingustare, conducand la accelerari locale ale curentului.

Canalizarea aerului prin ingustarea spatiului dintre constructii

Tipurile de curgeri prezentate mai sus se pot combina intre ele la un mod care depinde de caracteristicile vantului incident si de topografia locului. Rezultanta este reprezentata printr-o curgere de mare complexitate.

In general, cu cat masele construite au dimensiuni mai mari, in special inaltimi mai mari, in raport cu scara de turbulenta, cu atat rolul lor va fi mai important in modelul curgeriilor .

Vantul trece peste obstacol fara sa fie deviat     Vantul este deviat puternic si este modelat de
ansamblul construit