INFRASTRUCTURI

INFRASTRUCTURI

Probleme generale

Conditiile de alcatuire si modelarea lor pentru calcul fac obiectul prescriptiilor specifice acestei componente structurale.

Prevederile date in acest capitol au ca principal obiect evidentierea conceptiei de baza a alcatuirii infrastructurilor cladirilor cu pereti structurali de beton armat.

Aceste prevederi au un caracter limitat, nefiind in masura sa acopere intreaga problematica specifica si/sau toate situatiile posibile.

In ce priveste modelele si procedeele de calcul, precum si solutionarea unor probleme de detaliu, prevederile din prezentul capitol al Ghidului, care se refera la un numar limitat de situatii, au de regula un caracter orientativ.

In absenta unor date certe privind distributia si marimea reactiunilor pe teren, in special in regim seismic de solicitare, se vor adopta ipoteze cu caracter acoperitor pentru dimensionarea capacitatii de rezistenta a elementelor infrastructurii.

Clasificari ale infrastructurilor si a sistemelor de fundatie sub aspectul comportarii la actiuni seismice:

a) Dupa modul in care sunt distribuite presiunile pe talpile fundatiilor se identifica urmatoarele cazuri:

- fundatii in contact permanent cu terenul (in orice stadiu de solicitare posibila se dezvolta presiuni pe toata suprafata de rezemare) care prezinta numai deformatii elastice;

- fundatii care in stadiile de solicitare maxima se desprind partial de teren; presiunile pe teren pot depasi sau nu limita comportarii elastice;

- fundatii care pot dezvolta eforturi de intindere la contactul cu terenul prin intermediul pilotilor si/sau peretilor mulati.

b) Dupa nivelul solicitarii in elementele infrastructurilor:

- infrastructuri cu comportare elastica;

- infrastructuri cu incursiuni in domeniul postelastic de deformare.

Proiectarea seismica a ansamblului suprastructura-infrastructura-teren, in situatiile constructiilor obisnuite in care intervin solicitari in domeniul postelastic, va urmari dirijarea deformatiilor postelastice cu prioritate in elementele suprastructurii.

Se vor lua masuri, prin dimensionarea suprafetelor de rezemare pe teren, pentru incadrarea in limite admisibile a deformatiilor remanente.

De asemenea, cu exceptia unor cazuri speciale, se va urmari, prin proiectare, limitarea, eventual eliminarea deformarii postelastice a elementelor infrastructurii, a caror degradari sunt dificil de depistat si in multe situatii dificil de reparat sau de consolidat.

Prin conceptia proiectarii si prin detaliile adoptate trebuie eliminate solutiile in care pot aparea deformatii plastice si implicit degradari semnificative in elemente ale infrastructurilor inaccesibile pentru examinare dupa un eveniment seismic.

Tipuri de infrastructuri

In prezentul paragraf se prezinta, cu caracter exemplificativ si in mod schematic, cateva tipuri caracteristice de solutii de infrastructura ale cladirilor cu structura din pereti structurali, cu mecanisme diferite de plastificare.

a)    Fundatii izolate pentru pereti individuali sau grupuri de pereti (fig.1)

In situatiile unor cladiri in care s unt prevazuti pereti individuali sau nuclee de pereti cu o comportare specifica de consola verticala se poate adopta un sistem de fundare similar celui utilizat pentru fundarea stalpilor in cadre. Fundatiile se vor prevedea cu dimensiunile necesare pentru transmiterea la teren a solicitarilor de la baza suprastructurii. Fundatia va putea ingloba, cand acestia exista, peretii de subsol.

Fig.1

b)    Infrastructuri cu elemente de fundare la adancime

In situatiile in care suprafata de fundare sau capacitatea de rezistenta a terenului sunt insuficiente se poate recurge la fundarea la adancime prin piloti sau/si pereti mulati de beton armat, capabili sa se incarce la eforturi de compresiune si de intindere. In vederea sporirii capacitatii de preluare a momentelor de rasturnare la teren si pentru a asigura conditiile necesare pentru dezvoltarea unor mecanisme structurale de plastificare in zona de la baza peretilor, se poate adopta solutia din fig. 2a, cu piloti evazati la baza. In cazul in care pilotii traverseaza structuri moi pana la stratul de baza se vor lua masuri speciale pentru preluarea fortelor taietoare. Se vor putea alege solutii cu:

-piloti inclinati, capabili sa preia, prin compresiune axiala, fortele orizontale aferente (fig.3);

Fig.2

Fig.3

-pereti mulati (sau barete);

-piloti verticali dimensionati adecvat la fortele taietoare aferente.

c) Fundatii comune pentru mai multi pereti structurali

In fig.4a se prezinta cazul unor pereti structurali legati printr-o fundatie comuna, iar in fig.4b cazul unor pereti cuplati cu o baza unica. Proportiile fundatiilor sunt corelate cu dimensiunile peretilor.

Portiunile de perete situate sub cota teoretica de incastrare sunt solicitate la eforturi de natura celor ce apar in nodurile structurilor in cadre si vor fi dimensionate in consecinta.

a

b

Fig.4

Dupa scopul propus, se vor lua masuri pentru evitarea aparitiei deformatiilor plastice in grinda de legatura a bazelor peretilor sau, dimpotriva, aceste elemente vor fi proiectate ca disipatori de energie, cu masurile de ductilizare asociate (fig.5).

d) Infrastructuri care realizeaza un efect de incastrare (efect de 'menghina') al peretilor prin intermediul planseului peste subsol (fig.6)

Acest tip de infrastructura poate fi aplicat, de exemplu, in situatiile in care functiunea subsolului nu permite dispunerea unor pereti interiori, dar sunt prevazuti pereti perimetrali. Mobilizarea unui asemenea mecanism este conditionata de capacitatea planseului de a indeplini rolul de diafragma de transfer a eforturilor de la baza suprastructurii la peretii de contur. "Descarcarea" de momente a peretilor pe inaltimea subsolului este insotita de dezvoltare a unor forte taietoare inalte, a caror valori depind de rotirea bazei peretelui in teren (fig. 6c).

e) Infrastructura alcatuita sub forma de retele de grinzi. In conditiile in care cladirea are subsol cu pereti exteriori si interiori, infrastructura se poate realiza ca o retea de grinzi de fundare constituite de peretii subsolului si evazarile lor la partea inferioara sub forma de talpi (7). Dupa caz, reteaua de grinzi se poate dezvolta si sub cota pardoselii subsolului. f)    Infrastructura alcatuita ca o cutie inchisa. In cazul unor structuri cu solicitari importante (cladiri inalte cu pereti structurali rari) infrastructura se poate realiza ca o cutie practic infinit rigida si inzestrata cu capacitatea necesara de rezistenta, prin inchiderea retelei de grinzi de fundare la partea superioara prin planseul de peste subsol, iar la partea inferioara printr-un radier sau o placa de beton armat.

Fig.5

Fig.6

   

g) Fundatii pentru pereti care se pot roti liber la baza (fig. 8)

Aceasta solutie este indicata in situatiile in care nu sunt necesare armaturi verticale la baza peretilor pentru preluarea momentelor de rasturnare, ca de exemplu, in cazul cladirilor cu pereti desi cu putine niveluri.

In acest caz, la fel ca la peretii de zidarie simpla, momentul de rasturnare este echilibrat de momentul dat de rezultanta presiunilor pe teren (respectiv, al presiunilor pe blocul de fundatie) in raport cu planul in care se aplica incarcarea verticala.

Fig.8

Fig.7

Raspunsul seismic al ansamblului structural nu implica deformatii plastice semnificative, astfel incat la calculul eforturilor se vor considera forte seismice sporite corespunzator.

Indicatii privind modul de calcul al elementelor infrastructurii

Modul de calcul al eforturilor sectionale.

Un model de calcul riguros, la actiunea seismica, implica considerarea ansamblului spatial suprastructura-infrastructura-teren de fundare, cu proprietati definite prin legi constitutive fidele comportarii reale a elementelor care alcatuiesc fiecare din cele trei componente. Dupa caz, actiunile sunt modelate fie prin intermediul fortelor orizontale de calcul, fie prin intermediul accelerogramelor.

Daca nu exista conditii pentru abordarea calculului in intreaga sa complexitate se admite sa se determine eforturile sectionale in elementele infrastructurii prin studiul echilibrului infrastructurii izolate, solicitate la fortele de legatura cu suprastructura si la presiunile reciproce dintre talpile fundatiilor si terenul de fundare.

In situatiile obisnuite, cand se urmareste ca mecanismul de plastificare al ansamblului sa aiba zonele plastice localizate in suprastructura, fortele de legatura dintre supra si infrastructura vor fi asociate mecanismului de plastificare al suprastructurii. Proprietatile terenului se vor exprima prin legi de deformare elastica sau prin legi constitutive mai riguroase. Se va tine seama de posibilitatea ridicarii partiale a fundatiei de pe teren.

In fig. 9 se prezinta, cu caracter exemplificativ, schema de principiu a echilibrului unei zone de infrastructura, care include un perete si zonele aferente ale radierului si planseului peste subsol.

Se recomanda utilizarea unor programe de calcul care sa permita luarea in considerare a cat mai multor componente ale mecanismului de rezistenta al infrastructurii si a efectelor de comportare structurala spatiala, cum sunt capacitatea de rezistenta la torsiune a ansamblului infrastructurii in cazul realizarii acesteia ca o cutie inchisa, redistributia fortelor orizontale intre peretii subsolului sub cota teoretica de incastrare a suprastructurii.

In cazul in care peretii reazema pe teren prin intermediul unor fundatii izolate (a), unor fundatii continue sau al unor retele de grinzi (e), calculul fundatiilor se efectueaza in mod similar cu cel al fundatiilor stalpilor structurilor in cadre.

Fig.9

Se vor determina, pe baza unor scheme de calcul in concordanta cu rolul conferit prin proiectare planseului peste subsol, eforturile sectionale din acest element structural, de regula, substantial mai mari decat in cazul planseelor curente ale constructiei.

Schemele de calcul adoptate pentru plansee trebuie sa furnizeze si valorile eforturilor pentru dimensionarea "colectorilor" (armaturi care "aduna" incarcarile orizontale din planseu si le transmit peretilor) si "suspensorilor", armaturi prin care se ancoreaza in masa planseului incarcarile care produc intinderi in planseu.

Probleme de dimensionare specifice.

Elementele infrastructurilor (pereti structurali, grinzi de fundare) prezinta de multe ori, ca urmare a proportiilor si a modului de solicitare, comportare de elemente scurte de beton armat si vor fi dimensionate potrivit procedeelor specifice acestora:

Armatura longitudinala (orizontala) rezulta din calculul de dimensionare la incovoiere, preyentat in documentul normativ de referinta STAS 10107-0-90. In functie de proportiile peretilor si de distantele dintre punctele de contact cu elementele suprastructurii, in calculul la forte taietoare, armaturile verticale sau cele orizontale sunt, dupa caz, cele mai eficiente. In cazul unor proportii de grinzi scurte se vor aplica metodele de calcul specifice grinzilor pereti sau metode bazate pe mecanismul de grinda cu zabrele.

Armaturile verticale care traverseaza rosturile de lucru dintre talpa (cuzinetul) fundatiei si perete, precum si rostul de lucru de sub planseu vor fi dimensionate pentru rolul de conectare a zonelor de betoane cu varste diferite.

Alcatuirea infrastructurii si modul specific de solicitare a elementelor acesteia implica de multe ori, rezemari indirecte, care impune prevederea unor armaturi de suspendare la intersectia fundatiilor dimensionate adecvat.

La dimensionarea armaturii planseului peste subsol, precum si a radierului se va tine seama de faptul ca solicitarile de incovoiere rezultate din actiunea incarcarilor normale pe planul lor sunt insotite de eforturi de intindere sau compresiune din incovoiere generala a infrastructurii rezultata din transmiterea incarcarilor orizontale si verticale la terenul de fundare.

Probleme specifice de alcatuire a elementelor infrastructurilor

Prezentele prevederi se refera la situatiile curente in care prin proiectare se dirijeaza aparitia deformatiilor postelastice la actiuni seismice de mare intensitate in suprastructura, infrastructura ramanand solicitata in domeniul elastic.

Infrastructura poate fi constituita din peretii unui nivel sau peretii mai multor niveluri de la partea inferioara a cladirii cu fundatiile lor (nivelurile subsolului plus, eventual, primul sau primele niveluri supraterane).

Peretii infrastructurii vor avea, de regula, o grosime superioara grosimii adoptate in suprastructura.

Peretii de contur ai subsolului vor avea o grosime de cel putin 250 mm, iar cei interiori cel putin 200 mm.

Se va adopta o inaltime a infrastructurii (incluzand, in functie de situatie, inaltimea peretilor de subsol sau a mai multor niveluri de la baza structurii) in masura sa asigure optim functiile structurale pe care le are acest subansamblu.

Golurile pentru instalatii vor avea dimensiuni minime si vor fi dispuse in afara zonelor celor mai solicitate. Astfel, in cazul peretilor de subsol, cu proportii de pereti scurti, golurile se vor plasa de preferinta in afara traseelor diagonalelor comprimate corespunzatoare mecanismului de grinda cu zabrele (fig.10).

Se va evita dispunerea golurilor in pozitii care sa creeze riscul unor ruperi la forta taietoare in sectiuni inclinate (fig.11).

Fig.11

Fig.10

   

In cazul golurilor de dimensiuni mari se vor prefera golurile rotunde sau cu colturi tesite, in locul golurilor dreptunghiulare.

In jurul golurilor se va prevedea o armatura de bordaj reprezentand cel putin sectiunea barelor intrerupte prin prezenta golurilor.

La alegerea deschiderilor si traveelor se va urmari ca distantele dintre punctele de incarcare verticala a infrastructurii sa nu depaseasca, de regula, 6m.

Procentele de armare orizontala si verticala in inima peretilor considerand ambele plase vor fi cel putin 0,30%.

Planseul peste subsol, la structurile cu pereti rari, va avea cel putin o grosime de 150 mm. Armarea minima in ambele directii va reprezenta, pe fiecare fata, un procent de minim 0,25 % si cel putin 6 bare f 8 mm/m.

Planseul trebuie sa contina, pe langa armaturile necesare pentru preluarea incarcarilor normale pe planul sau si armaturile rezultate din incovoierea de ansamblu a infrastructuri, precum si armaturile rezultate pentru fortele din planul plaseului inclusiv armaturile cu rol de colectori si suspensori.