2. Grinzi cu goluri

2.1. Aspecte generale

După anii 1950 ingineria structurală a urmărit o reducere cât mai substanţială a costurilor din

domeniul construcţiilor metalice prin micşorarea consumului de oţel, deoarece acest material

a fost şi rămâne cu un preţ ridicat.

Datorită condiţiilor restrictive legate de deformaţiile admise, rezistenţele superioare ale

oţelului nu puteau fi întotdeauna valorificate corespunzător, motiv pentru care s-au făcut

încercări pentru găsirea unor forme structurale prin care să fie majorată rigiditatea

elementului, fără să fie suplimentat consumul de oţel, una dintre soluţii fiind extinderea

utilizării grinzilor cu goluri în inimă, denumite şi grinzi ajurate.

Din punct de vedere evolutiv, grinzile cu goluri poligonale (rectangulare) au apărut pentru

prima dată în jurul anului 1910, au dezvoltate de Boyd în anii 1930 (denumite grinzi Boyd), dar

au fost produse pe scară largă în Marea Britanie la începutul anilor 1940, având diferite tipuri

(forme) de goluri în inimă [1].

Tehnologia de fabricare a fost dezvoltată de firma Litzka Stahlbau din Bavaria, Germania,

care a introdus şi forma octogonală a golului prin interpunerea unor plăcuţe de distanţare a

celor două ramuri ale grinzii şi implicit a condus la obţinerea unor rigidităţi sporite a

elementului (creştere importantă a momentului de inerţie), figura 3.1.

Elementele structurale metalice cu goluri în inimă (grinzi, stâlpi, rigle de cadru etc.) se

realizează din profile laminate dublu T sau H, tăiate în lung după o linie poligonală (în zigzag)

sau o traiectorie combinată obţinută din linii drepte şi arce semicirculare, cele două jumătăţi

rezultate fiind sudate după o translatare relativă, uneori fiind adăugate şi piese de distanţare

pentru a majora suplimentar înălţimea profilului rezultat, figura 3.2-1.

Fig. 3.2-1. Fabricarea grinzilor cu goluri

Se obţin astfel două categorii de grinzi ajurate (cu goluri în inimă):

grinzi cu goluri poligonale (rectangulare);

grinzi cu goluri circulare.

Grinzile cu goluri se utilizează de regulă pentru confecţionarea grinzilor (simplu rezemate sau

continue), dar şi pentru alcătuirea stâlpilor metalici sau a cadrelor, elemente şi structuri

specifice pentru domeniul construcţiilor civile şi industriale, figura 3.2-2.

Fig. 3.2-2. Utilizarea grinzilor cu goluri în domeniul construcţiilor civile şi industriale

Se pot realiza de asemenea structuri la care atât stâlpii cât şi riglele să fie alcătuite din

elemente cu goluri, chiar şi pentru poduri deservite de poduri rulante, figura 4.2-3.

Fig. 3.2-3. Hală cu structura de rezistenţă din elemente cu goluri

în domeniul podurilor, grinzile cu goluri se folosesc cu deosebire pentru realizarea grinzilor

principale ale pasarelelor pietonale sau a celor pentru traversarea unor utilităţi (conducte de

apă, gaz etc.), figura 3.3, precum şi pentru alcătuirea unor bare care intră în alcătuirea

sistemului de contravântuiri.

Fig. 3.3. Pasarele pe grinzi ajurate

La sistemele statice unde, în aceiaşi secţiuni apar atât momente încovoietoare, cât şi forţe

tăietoare cu valori ridicate (grinzi continue - zona reazemelor intermediare, cadre - zona

nodurilor), golurile din zona adiacentă secţiunii respective se umplu cu tablă.

Operaţiunile de tăiere şi cele de sudare se realizează în prezent cu instalaţii automatizate de

mare productivitate, costul suplimentar al confecţiei metalice datorită acestora fiind redus

comparativ cu economia de oţel obţinută.

O soluţie de sporire a rigidităţii se poate obţine prin tăierea unui profil laminat dublu T sau H în

două părţi, de obicei egale, şi interpunerea unor plăcuţe sudate, formându-se o astfel o grindă

cu goluri dreptunghiulare. O astfel de soluţie a fost utilizată pentru hala din figura 3.4, unde

beneficiarul avea în stoc o cantitate mare de laminate.

în continuare se prezintă câteva dintre avantajele şi dezavantajele grinzilor cu goluri în inimă:

Avantaje:

creşterea rigidităţii în plan vertical a grinzii;

raport ridicat rezistenţă: greutate;

cheltuieli reduse de întreţinere;

pot fi uşor consolidate sau înlocuite;

golurile din inimă pot fi utilizate pentru trecerea unor conducte de instalaţii, cabluri etc.,

rezultând o utilizare eficientă a spaţiului dintre planşeu şi tavan şi o majorare a spaţiului util;

aspect estetic (favorabil din punct de vedere arhitectural).

Dezavantaje:

comportarea structurală diferită faţă de grinzile cu inimă plină, datorită prezenţei golurilor în

inimă;

există multe posibilităţi de cedare, sunt structuri static nedeterminate interior şi necesită, în

cazuri mai deosebite, o analiză structurală complexă;

deformaţiile din forfecare sunt importante, iar calculul „exact" al săgeţii este mai complex

decât în cazul grinzilor cu inimă plină;

reducerea rezistenţei ia forfecare a grinzii este importantă datorită prezenţei golurilor, motiv

pentru care în zonele cu forţă tăietoare mare golurile se completează cu material sau se

folosesc tronsoane de elemente cu inimă plină;

colţurile golurilor conduc la apariţia unor concentrări de tensiuni care limitează utilizarea

grinzilor cu goluri poligonale în situaţia existenţei unor încărcări dinamice;

trebuie luate măsuri pentru asigurarea stabilităţii elementelor în faza de montaj.

Fig. 3.4. Hală depozitare deşeuri în jud. Prahova