FACULTATEA DE CONSTRUCII

Asist. ing. Adina Victoria LPUTE

TEZ DE DOCTORAT

CONTRIBUII LA OPTIMIZAREA SOLUIILOR DE

CONSOLIDARE SUB EXPLOATARE A

CONSTRUCIILOR DE BETON ARMAT

Conductor tiinific,

Prof. dr. ing. Mircea PETRINA

1

Introducere

O perioad lung de timp s-a considerat c betonul prezint o mare durabilitate, fiind

comparat, sub acest aspect, cu rezistena i durabilitatea pietrei naturale.

Pe msur ce nivelul cunostinelor despre caracteristicile mecanice, fizice i chimice

ale betonului au crescut i s-a cumulat o anumit experien privind performanele structurilor

de beton situate n medii agresive, conceptul de durabilitate a cptat semnificaii deosebite.

S-a constatat astfel c att elementele din beton simplu, ct i cele de beton armat,

situate n medii cu agresivitate chimic, precum i cele aflate n condiii normale de

exploatare, sufer degradri dup o anumit perioad de timp.

Din cauza acestui proces de deteriorare, durata de serviciu a unei construcii este

limitat. Dup un anumit numr de ani, starea tehnic a cldirilor trebuie analizat

pentru a se stabili msurile de remediere, consolidare sau, n situaie extrem, de demolare

parial sau total.

n funcie de gradul de depreciere a elementului avariat, de condiiile concrete de

lucru, de rolul i importana acestuia n structur, se alege soluia optim de reabilitare.

Soluia trebuie s asigure satisfacerea condiiilor de rezisten, rigiditate, stabilitate i

durabilitate att pentru elementul consolidat, ct i pentru construcie n ansamblu.

O caracteristic esenial care face dificil abordarea acestui domeniu al reabilitrii

construciilor este aceea c nu se pot da soluii ablon, din care cauz alegerea soluiei optime

este rezultatul unui proces decizional, condiionat de capacitatea i experiena cadrelor

tehnice de specialitate.

Pentru soluionarea aceluiai gen de probleme, la construcii diferite, s-au utilizat

soluii constructive i tehnologii de execuie diferite, impuse de modul de alctuire, vechimea

i starea construciei, de posibilitatea sau imposibilitatea ntreruperii fluxului tehnologic al

structurii, precum i de caracteristicile materialelor din care a fost realizat.

Obiectivele tezei de doctorat

La o serie de obiective industriale nu este posibil ntreruperea procesului de

producie n perioada efecturii operaiilor de consolidare a structurii de rezisten. Aceasta

necesit conceperea unor sisteme de consolidare care s fie montate i puse n funciune n

perioadele ntreruperilor tehnologice curente. Asemenea sisteme trebuie s rspund la la o

serie de condiii: durat foarte scurt de montare, posibiliti de adaptare la abaterile de la

geometria proiectat a structurii consolidate (abateri de execuie, deformaii accentuate

datorate deteriorrii structurii, etc.), asigurarea manipulrii uoare a elementelor constitutive

2

ale sistemului de consolidare, asigurarea intrrii instantanee a sistemului n lucru (fr

perioade de ateptare), posibilitatea controlului eficienei msurilor de consolidare i a

interveniei viznd eventuala majorare a aportului acestora.

O punere similar a problemei se poate evidenia n cazul structurilor pentru cldiri de

locuit la care, evacuarea locatarilor pe perioada efecturii consolidrii nu este de dorit.

Prezenta tez de doctorat are ca obiective: contibuii la cunoaterea, definirea,

calculul, aspecte constructive i tehnologice aferente acestui mod de abordare a

reabilitrii/consolidrii structurilor de rezisten.

Lucrarea este necesar, oportun i de actualiate deoarece aplicarea soluiilor de

reabilitare sub exploatare conduce la evitarea petrurbrii funciunii n cldirea respectiv pe

perioada execuiei lucrrilor, respectiv a unor pierderi de producie, inerente soluiilor curente

(care presupun ntreruperea activitii de producie).

Lucrarea de fa este structurat n ase capitole, a cror coninut este prezentat n

continuare n mod succint.

Capitolul I prezint o trecere n revist a soluiilor curente de consolidare a

structurilor, prin prezentarea n sintez a unor cazuri de degradare i a soluiilor adoptate

pentru diferite elemente structurale. Se face introducerea n conceptul de reabilitare sub

exploatare.

Capitolul II prezint sisteme de alctuire a soluiilor de consolidare sub exploatare la

structuri liniare i plane cu aspecte tehnologice specifice.

Capitolul III dezvolt modul de calcul al sistemelor de consolidare a elementelor

liniare. Este abordat i detaliat predimensionarea elementelor tiranilor macaz de

consolidare i calculul strii de eforturi n elementul consolidat, respectiv eficiena soluiei de

consolidare. Este realizat un exemplu de calcul rezolvat prin utilizarea relaiilor prezentate n

acest capitol i o experimentare numeric printr-un calcul n element finit.

Capitolul IV prezint contribuii la analiza sistemelor de consolidare a elementelor de

suprafa cu recomandri privind modul de abordare n practica de proiectare a acestui

domeniu.

Capitolul V analizeaz o situaie concret de reabilitare sub exploatare a unei estacade

de beton armat din industria chimic.

Capitolul VI prezint concluzii, contribuii originale i direcii de cercetare viitoare.

3

CUPRINS

Cap. 1.Stadiul actual al problemei. Prelucrarea sintetic a cazurilor de degradare i a

soluiilor adoptate................................................................................................................7

1.1.Introducere.............................................................................................................. 7

1.2. Procedee de refacere a capacitii portante la elemente liniare de beton armat i

precomprimat GRINZI..............................................................................................12

1.2.1. Refacerea capacitii portante a grinzilor fr modificarea schemei

statice............................................................................................................................12

1.2.2. Refacerea capacitii portante a grinzilor prin modificarea gabaritului iniial...12

1.2.3. Refacerea capacitii portante a grinzilor prin modificarea schemei statice......13

1.2.4. Refacerea capacitii portante prin sistemul grind macaz.............................13

1.3. Procedee de refacere a capacitii portante la elemente liniare de beton armat

STLPI.........................................................................................................................19

1.3.1.Beton turnat n cofraj...........................................................................................20

1.3.2. Beton torcretat....................................................................................................22

1.3.3.Utilizarea rinilor...............................................................................................23

1.3.4. Armturi.............................................................................................................23

1.4. Procedee de refacere a capacitii portante lastructuri de beton armat prin

modificarea schemei statice..........................................................................................24

1.5. Principii teoretice de abordare a reabilitrii sub exploatare..................................26

1.5.1.Probleme ridicate de reabilitarea unei construcii...............................................26

1.5.1.1. Defectele unei construcii................................................................................26

1.5.1.1.1.Defectele datorate proiectrii........................................................................26

1.5.1.1.2.Defectele datorate execuiei..........................................................................27

1.5.1.1.3.Defectele produse n timpul exploatrii........................................................27

1.5.1.2.Analiza defectelor constatate............................................................................27

1.5.2.Reabilitarea sub exploatare a unei construcii.....................................................28

1.5.2.1. Principii generale privind reabilitarea sub exploatare.....................................28

1.5.2.2.Concretizarea principiilor generale pe tipuri de elemente i ansambluri

structurale.....................................................................................................................29

1.5.2.2.1.Grinzi consolidate cu tirani macaz...............................................................29

1.5.2.2.2.Stlpi consolidai cu distanieri precomprimai.............................................33

1.5.2.2.3.Cadre consolidate prin sisteme structurale suplimentare..............................33

4

1.5.3.Observaii............................................................................................................34

Cap. 2.Sisteme de alctuire a soluiilor de consolidare sub exploatare, pe tipuri de

structuri, cu aspecte tehnologice specifice.......................................................................35

2.1. Introducere.............................................................................................................35

2.2. Structuri liniare......................................................................................................35

2.2.1. Sisteme active.....................................................................................................36

2.2.2. Sisteme pasive....................................................................................................38

2.2.2.1. Sisteme pasive de tip macaz, cu tirani orizontali...........................................38

2.2.2.2. Sisteme pasive de tip macaz, cu contrafie.....................................................45

2.2.2.3. Sistem cu tirani pasivi pentru reabilitarea consolelor verticale de beton armat

la estacade pentru pod rulant........................................................................................45

2.3. Structuri plane.......................................................................................................45

2.3.1.Sisteme rigide pasive...........................................................................................45

2.3.2. Sisteme flexibile pasive......................................................................................48

Cap.3.Calculul sistemelor de consolidare ale elementelor liniare.................................49

3.1.Particulariti de comportare sub sarcini a ansamblului grind de beton armat-

sistem de consolidare tip macaz...................................................................................49

3.2. Predimensionarea tiranilor macaz de consolidare................................................50

3.2.1.Ipoteze de calcul..................................................................................................50

3.2.2.Calculul efortului n tirantul macaz.....................................................................50

3.2.3.Determinarea coeficientului de eficien d..........................................................54

3.2.4.Nomograme pentru determinarea ariei tirantului funcie de coeficientul de

eficien necesar d nec...................................................................................................56

3.3.Calculul tiranilor macaz de consolidare. Starea de eforturi. Verificri.................66

3.4.Exemplu de calcul..................................................................................................77

3.5. Experimente numerice...........................................................................................78

3.5.1. Element liniar.....................................................................................................78

3.5.2. Cadru de beton armat.........................................................................................82

Cap.4.Contribuii la analiza sistemelor de consolidare sub exploatare ale elementelor

de suprafa........................................................................................................................84

4.1. Consideraii privind consolidarea elementelor de suprafa.................................84

4.1.1. Consideraii generale..........................................................................................84

4.1.2.Schematizarea pentru calcul a elementelor de suprafa.....................................84

5

4.2.Analiza consolidrii sub exploatare a unui planeu de beton armat cu placa

continu........................................................................................................................85

4.2.1. Caracteristici ......................................................................................................85

4.2.2.Modul de analiz.................................................................................................86

4.3. Situaia actual (model teoretic). Aciuni permanente..........................................87

4.3.1.Deplasri grinzi...................................................................................................87

4.3.2.Deplasri plac....................................................................................................87

4.3.3.Momentele n plac pe direcia x........................................................................88

4.3.4.Momentele n plac pe direcia y.......................................................................88

4.3.5.Momentele n grinzi............................................................................................89

4.4. Situaie consolidat fr luarea n considerare a continuitii pe

grinzi.......................89

4.4.1. Aciuni permanente............................................................................................89

4.4.1.1. Deplasrile grinzilor........................................................................................89

4.4.1.2.Deplasrile plcii..............................................................................................90

4.4.1.3.Momentul n plac dup direcia x...................................................................90

4.4.1.4.Momentul n plac dup direcia y.......91

4.4.1.5.Momentul pe grind.........................................................................................91

4.4.2. Aciuni temporare...............................................................................................92

4.4.2.1.Deplasrile grinzilor.........................................................................................92

4.4.2.2.Deplasrile plcii.............................................................................................92

4.4.2.3.Momentul n plac dup direcia x...................................................................93

4.4.2.4.Momentul n plac dup direcia y..93

4.4.2.5.Momentul pe grinzi..........................................................................................94

4.5. Situaie consolidat cu luarea n considerare a continuitii pariale a plcii pe

grinzi.............................................................................................................................94

4.5.1. Aciuni permanente............................................................................................94

4.5.1.1. Deplasrile plcii.............................................................................................94

4.5.1.2. Momentul n plac dup direcia x..................................................................95

4.5.1.3. Momentul n plac dup direcia y.....95

4.5.1.4. Diagrama de momente pe grinzi.....................................................................95

4.5.1.5. Deplasri la grinzi...........................................................................................96

4.5.2. Aciuni temporare...............................................................................................96

4.5.2.1. Deplasrile plcii.............................................................................................96

6

4.5.2.2.Momentul n plac pe direcia x.......................................................................96

4.5.2.3.Momentul n plac pe direcia y.......97

4.5.2.4.Diagrame de momente pe grinzi.......................................................................97

4.5.2.5.Deplasri la grinzi.............................................................................................97

Cap.5.Studiu de caz. Reabilitarea structurii de rezisten a estacadei de la rampa de

descrcare la depozitul de clorur de potasiu, obiect 1325, Azomure.......................99

5.1. Consideraii generale privind fenomenul de coroziune.........................................99

5.1.1. Coroziunea armturilor (metalelor)....................................................................99

5.1.2. Coroziunea betonului.......................................................................................100

5.2. Consideraii privind cauzele degradrii construciilor din industria chimic......101

5.2.1. Coroziunea general acid.................................................................................102

5.2.2. Coroziunea sulfatic.........................................................................................103

5.2.3. Coroziunea clorului..........................................................................................103

5.2.4. Coroziunea carbonic.......................................................................................103

5.2.5. Coroziunea bazic............................................................................................104

5.2.6. Coroziunea srurilor.........................................................................................105

5.2.7. Coroziunea de levigare....................................................................................106

5.2.8.Coroziunea electrochimic................................................................................106

5.3. Studiu de caz: reabilitarea structurii de rezisten a estacadei........................107

5.3.1. Descrierea structurii de rezisten a estacadei i a strii tehnice a acesteia.....107

5.3.2. Descrierea soluiei de reabilitare a estacadei....................................................108

5.3.3. Refacerea caracteristicilor seciunii de beton a elementelor estacadei.............109

5.3.3.1. Beton pentru tocretare...................................................................................109

5.3.3.2.Beton pentru turnare.......................................................................................110

5.3.3.3. Mortar pentru tencuire...................................................................................111

5.3.4. Protecia anticoroziv a scheletului metalic.....................................................111

5.3.5.Breviar de calcul................................................................................................111

5.3.6. Documentaia foto. Situaia iniial/ Situaia dup reabilitare. Extrase din

proiectul de execuie...................................................................................................116

Cap.6.Concluzii....................................................................................................................124

6.1. Concluzii referitoare la rezultate.........................................................................124

6.2.Contribuii originale.............................................................................................124

6.3.Direcii de cercetare viitoare................................................................................124

Bibliografie............................................................................................................................125

7

Capitolul 1

STADIUL ACTUAL AL PROBLEMEI. PRELUCRAREA SINTETIC A

CAZURILOR DE DEGRADARE I A SOLUIILOR ADOPTATE

1.1. Introducere

Problematica consolidrii structurilor cu refacerea capacitii portante, se ncadreaz

n procesul de reasigurare a nivelurilor de performan ale construciilor.

Procesul de reproiectare al construciilor avariate sau slbite presupune o procedur

raional n favoarea siguranei i a economiei de materiale n reabilitarea structurilor de

beton armat. Fa de proiectarea structurilor noi, care n ultimii ani a cunoscut o dezvoltare

accentuat, proiectarea structurilor deteriorate sau slbite nu se face cu acelai grad de

rafinament. Motivul este datorat incertitudinii n evaluarea structurii existente precum i a

modelului analitic (evaluarea discontinuitilor). Cu toate acestea experii i proiectanii au

luat decizii, cu mai mult sau mai puin succes, privind repararea, consolidarea sau demolarea

structurilor avariate. Criterile de reproiectare sunt (au fost) alese pe baza experienei sau pe

baze empirice. Colectarea i discuia soluiilor de remediere i consolidare a diferitelor

structuri, aplicate n decursul timpului, a condus la formularea unor criterii de cunoatere a

subiectului. Tab. 1.1, 1.2 i 1.3 sunt ilustrative n acest sens.

Paii interveniei asupra structurilor de beton armat avariate sau slbite sunt:

(i) Msuri urgente: demolarea, evacuarea, nlturarea ncarcrilor utile, asigurarea prin

sprijinire sau legturi suplimentare etc.

(ii) Evaluare i diagnoz: culegerea de date informaionale i experimentale privind

caracteristicile reziduale ale structurii de beton armat.

(iii) Concepte de reparare: consolidare inclusiv consideraii economice, sociale,

istorice i altele.

(iv) Reproiectarea structurii: criterii de reproiectare, analiz structural, estimarea

efectelor consolidrii, redimensionarea elementelor structurale.

8

Tab. 1.1. Procese de reasigurare a exigenelor iniiale ale construciilor

Cauzele degradrilor, din punctul de vedere al aciunilor n construcii pot fi

clasificate astfel:

1. Aciuni accidentale sau extraordinare:

- cutremure de pmnt, lunecri de teren;

- explozii;

- ocuri i vibraii (vehicule, avioane, utilaje etc.);

- incidente la execuia precomprimrilor.

CU PSTRAREA CERINELOR DE

PERFORMAN INIIALE

CU MODIFICAREA CERINELOR DE

PERFORMAN INIIALE

REPARAII

[recomandabil]

degradri locale

fisuri semnificative

coroziunea beton, oel

accidente locale

oboseal local

REABILITARE

[necesar]

degradri generalizate

mbtrnire fizic static , dinamic

oboseal general

fisuri crpturi puternice

deformaii mari

RESTAURARE,

MODERNIZARE

,

cu/fra degradri fizice depreciere moral

depreciere economic

PROCESE DE REASIGURARE A NIVELURILOR DE

PERFORMAN ALE CONSTRUCIILOR

9

2. Aciuni ale mediului:

- atac chimic (coroziunea betonului i oelului);

- carbonatarea;

- nghe-dezghe.

3. Deformaii impuse:

- tasri difereniate;

- efecte datorate variaiilor de temperatur;

- efecte de durat (contracii i curgere lent).

4. Incendii

5. Suprasarcini din ncrcri verticale.

Pentru fiecare aciune enumerat mai sus este necesar analiza unor aspecte

particulare privitor la:

- modificarea caracteristicilor mecanice ale materialelor (beton i oel) i modificri

ale zonelor critice ale elementelor structurale;

- particulariti la evaluare i reproiectare.

Tab. 1.2. Procese de reasigurare a serviciabilitii construciilor prin restaurare i modernizare

DEFECIUNI GENERALIZATE PE ANSAMBLUL CLDIRII

sprijinirea provizorie a structurii

repararea fisurilor

consolidarea structurii

cu pstrarea schemei statice

cu modificarea

schemei statice

intervenii la fundaii

intervenii la elementele nestructurale

RESTAURARE, MODERNIZARE, REFUNCIONALIZARE

I N

T E

R V

E N

I

I

10

Erorile de proiectare i execuie se pot trata ca i:

- nerealizarea mrcii de beton prescrise;

- abateri dimensionale;

- armare insuficient;

- detalii necorespunztoare.

Tab. 1.3. Msuri de protecie i consolidare

Reproiectarea i refacerea capacitii portante a structurii sau a elementelor structurale

trebuie s in cont de dou aspecte majore:

perei

protecie pe cale umed

plci injecii cu rini acrilice

nervuri

grinzi

injecii + tole de 3mm lipite cu rini

betoane

masive

zidrii

fisuri d>0,3 mm pasive injecii cu rini epoxidice

active injecii cu rini acrilice

crpturi d>2 mm torcretare pe plas

de armtur

protecie pe cale uscat

fisuri permeabile

n terase/bazine

protecie pelicular

protecie armat cu pnz

din fibre de sticl sau oel

rini PVC

rini epoxidice

poliuretani

fisuri > 0,3 mm adaos de oel beton cu conectori i torcretare

lipire de tole de tabl 3 mm cu conectori

fisuri > 0,3 mm

injecii cu rini acrilice

injecii + armare pasiv armare activ

camasuire

cu beton

segregri

distrugeri pariale

dezafectri

generalizate

injecii cu rini epoxidice sau

completri cu mortare

epoxidice

torcretri pe plas de armtur

REPARAII

11

- asigurarea exigenelor iniiale i

- durabilitatea.

Cea mai mare importan n activitatea de reproiectare i refacere consolidare o are

activitatea de control a calitii.

Aciunea de readucere n stare de siguran a unei structuri de beton deteriorat sau

slabit are n vedere urmtoarele:

- demolarea parial;

- limitarea ncrcrilor din exploatare;

- restaurarea capacitii portante, a rigiditii i a ductilitii;

- substituirea elementelor grav avariate i consolidarea structurii sau a elementelor

structurale.

Fig. 1.1 ilustreaz sintetic paii procesului de reabilitare a construciilor avariate sau

slbite.

Fig. 1.1. Etapele procesului de reabilitare a construciilor avariate sau slbite

12

1.2. Procedee de refacere a capacitii portante la elementele liniare de beton armat i

precomprimat GRINZI

Cauzele care conduc la necesitatea refacerii capacitii portante a grinzilor de beton

armat i precomprimat sunt datorate n general:

(i) exploatrii: condiii severe de mediu, intervenii ale instalatorilor, suprancrcrii

statice sau dinamice;

(ii) execuia eronat: beton sub marca prescris, goluri, caverne, segregri, fisuri i

deformaii datorate decofrrii timpurii, precomprimarea insuficient.

Refacerea capacitii portante a grinzilor se poate asigura prin mai multe procedee:

- fr modificarea schemei statice prin prevederea de armturi i betonri

suplimentare;

- cu modificarea gabaritului iniial prin reducerea deschiderii elementului;

- cu modificarea schemei statice iniiale prin introducerea de elemente noi.

1.2.1. Refacerea capacitii portante a grinzilor fr modificarea schemei statice n

principal se practic prin:

- montarea de armturi longitudinale, cu sau fr betonare (Fig. 1.2.);

- montarea de armturi transversale i longitudinale suplimentare cu cmuire din

beton parial sau total (Fig. 1.3);

- montarea de armturi transversale suplimentare, cu sau fr protecie de beton sau

mortar de ciment (Fig. 1.4.).

Problemele care se ridic sunt legate de comportarea ansamblului prin prisma noilor

materiale adugate, prin comportare nelegnd aspecte legate de calculul unor astfel de

seciuni i msurile constructive necesare pentru asigurarea n condiii de siguran a

exploatrii unor astfel de elemente.

Utilizarea acestui gen de refacere a capacitii portante la grinzi se practic cu un

consum foarte mare de manoper, cu ntreruperea proceselor tehnologice adpostite.

1.2.2. Refacerea capacitii portante a grinzilor prin modificarea gabaritului iniial

La grinzi de hale industriale parter, n general schema static adoptat fiind de simpl

rezemare, de multe ori refacerea capacitii portante se poate face prin micorarea deschiderii

recurgnd la:

13

- cma de beton pe stlpii de reazem cu realizarea de console mari i rigide sub

grinzi (Fig. 1.5.), unde conlucrarea betonului nou cu cel vechi se asigur prin frecare-lunecare

rezultat din armtura transversal i nlimea cmuirii de beton pe stlpi;

- introducerea pe stlpii de reazem a contrafielor metalice rigide (Fig.1.6.), unde

conlucrarea betonului nou cu cel vechi se asigur prin frecare-lunecare.

Acest procedeu necesit tehnologii de introducere a eforturilor iniiale pentru intrarea

n lucru a noilor reazeme.

1.2.3. Refacerea capacitii portante a grinzilor prin modificarea schemei statice este

posibil prin urmtoarele metode:

- transformarea grinzii static determinate ntr-un sistem static nedeterminat prin

introducerea tiranilor macaz (Fig.1.7.), unde fixarea deviatorului se realizez prin frecare-

lunecare, respectiv sudarea armturilor existente n grind;

- idem, prin hobanare caz n care grinda devine un sistem static cu reazeme elastice

intermediare (Fig.1.8.), unde ancorajul tirantului pe grind se face prin sudarea armturilor

din grind, respectiv frecare i lunecare mpiedicat de etrieri tensionai.

Prin ambele metode se realizeaz un sistem de fore exterioare avantajoase din

punctul de vedere al performanelor grinzii.

1.2.4. Refacerea capacitii portante prin sistemul grind-macaz: montarea tiranilor

macaz transform grinda ntr-un sistem mixt: Fig.1.7. Schema static iniial se modific i se

realizeaz o mrire a capacitii portante. Elementul care lucra iniial la ncovoiere devine

comprimat excentric. n punctele de rezemare a tirantului macaz acioneaz fore de

descrcare. Pentru utilizarea la ntreaga capacitate a materialului din tirant, se realizeaz

prentinderea acestuia, mrindu-se n acest fel efectul de descrcare al grinzii crete

rigiditatea ansamblului static nedeterminat.

Avantajele utilizrii sistemului macaz sunt:

- nu se micoreaz gabaritul util al spaiilor de producie;

- tiranii macaz se realizeaz din confecii metalice cu gabarit mic avnd un nalt grad

de prefabricare;

- montajul este relativ simplu i nu necesit ntreruperea proceselor de fabricaie

adpostite de hal;

- realizeaz creteri spectaculoase de capacitate portant;

- ntreinerea este uoar iar defeciunile datorit mediului nconjurtor agresiv, care

ar putea scoate din funcie tirantul macaz, pot fi uor remediate (prin nlocuirea parial sau

total a macazului).

14

Fig. 1.2. Consolidare prin suplimentare de armturi longitudinale

n principal, tirantul macaz se compune din trei grupe de piese:

(1) piese de rezemare i ancorare - prin intermediul crora se fixeaz tirantul de grinda

de beton i i transmite eforturile de compresiune;

15

Fig. 1.3. Consolidare prin suplimentarea armturilor transversale i longitudinale, cmuire

cu beton armat turnat n situ (a, b, c)

(2) deviatori - elemente metalice sau de beton care sunt puncte de schimbare a

direciei tirantului;

(3) tirantul propriu-zis bare metalice de tipul oelului beton sau toroane pentru beton

precomprimat;

(4) dispozitive pentru introducerea eforturilor iniiale i reglajul montrii

(compensarea toleranelor dimensionale).

16

Fig. 1.4. Consolidare prin suplimentare de armturi transversale

17

Fig. 1.5. Consolidare prin reducerea deschiderii de calcul

Fig. 1.6. Consolidare prin utilizarea contrafielor metalice

18

Fig. 1.7. Consolidarea grinzilor prin tirani macaz

Fig. 1.8. Consolidarea grinzilor prin hobanare

Utilizarea tiranilor macaz cu eforturi iniiale s-a rspndit n practica consolidrilor

de grinzi de beton armat sau precomprimat datorit simplitii tehnologice, a efectului cu

randament mare i datorit multitudinii de situaii n care se poate folosi (Fig.1.9 ).

19

Fig. 1.9. Variante de consolidare grinzi de beton armat sau precomprimat

cu tirani macaz cu eforturi iniiale a) - e)

1.3. Procedee de refacere a capacitaii portante la elemente liniare de beton armat -

STLPI

Consolidarea stlpilor de beton armat, deci refacerea capacitii portante, este o

operaie care rezult necesar datorit defeciunilor care apar ca urmare a:

- exploatrii: condiii severe de mediu, intervenii ale instalatorilor, suprancrcrii

statice sau dinamice etc.;

20

- execuiei eronate: beton sub marca prescris, goluri, caverne, segregri, fisuri i

deformaii datorate decofrrii timpurii etc.

Defeciunile manifestate local sau pe ansamblul stlpului se trateaz diferit,

producnd modificri structurale, cum ar fi:

- modificarea rigiditii;

- introducerea discontinuitilor.

n comparaie cu structurile noi pentru care proiectarea se face rapid i la un nalt grad

de siguran, la structurile cu defeciuni exist cu certitudine un numr de probleme care

ngreuneaz reproiectarea acestora:

- nesigurana n evaluarea structurii existente (modelul static) i deci a redistribuiei

eforturilor n elementele structurale;

- evaluarea tuturor discontinuitilor geometrice i mecanice.

n decursul timpului s-au proiectat i executat numeroase consolidri, cu mai mult sau

mai puin succes, experiena cumulndu-se n cteva tehnici de consolidare. Pentru stlpi de

beton armat consolidarea se poate executa prin:

- substituire;

- refacerea parial (Fig. 1.10.a,b);

- rigidizare prin adaos de material (Fig. 1.10.c,d i Fig. 1.11) - cmuial din beton

sau cu confecie metalic.

Materialele care se introduc n lucru la consolidarea stlpilor trebuie s ndeplineasc

cteva condiii:

- s fie mai durabile dect cele vechi;

- s asigure protecia corespunztoare pentru armturile introduse;

- s asigure legtura ntre betonul vechi i cel nou;

- s aib contracii minime sau neglijabile.

1.3.1. Beton turnat n cofraj

Contactul ntre vechiul i noul material se face imperfect, transferul de eforturi fiind

nesigur; sunt necesare msuri speciale de precauie:

- nlturarea betonului defect;

- prelucrarea suprafeelor betonului vechi n vederea asigurrii unor suprafee rugoase

cu beton sntos;

- ndeprtarea ruginii de pe armturi;

- splarea prafului de pe suprafeele betonului vechi;

21

Fig. 1.10. Variante de refacere a capacitii portante la stlpi de b.a. prin cmuial de beton

22

- umezirea suprafeelor de beton vechi cu cel puin 10 ore naintea betonrii;

- betonul s fie lucrabil i punerea n oper s asigure o bun compactare;

- se vor utiliza plastifiani pentru reducerea raportului ap/ciment;

- se va utiliza ciment expansiv, sau betoane cu contracii compensate;

- se pot utiliza betoane cu polimeri sau rini epoxidice.

1.3.2. Beton torcretat

Asigur un contact i o legtur perfect cu betonul vechi. Datorit compactrii

puternice i a raportului mic ap/ciment se asigur un beton cu caracteristici superioare. Se

poate aplica pe orice suprafa (vertical, orizontal, nclinat). Este necesar o plas de

armtur n procent minim, pentru prevenirea fisurrii prin contracie.

Condiiile de precauie sunt aceleai ca i la betonul turnat n cofraj, n plus armturile

se vor monta n poziia cerut, utiliznd distanieri adecvai, astfel ca n timpul torcretrii s

nu se deplaseze.

Betonul torcretat poate conine fibre disperse din oel sau sticl, prezena lor

modificnd proprietile att ale betonului proaspt ct i a celui ntrit. De menionat c:

- rezistena la compresiune a betonului cu fibre crete cu pn la 30%;

Fig. 1.11. Refacerea capacitii portante la

stlpi de beton armat prin suplinirea parial

a betonului i armturilor cu profile rigide

din oel rigidizate prin platbenzi sudate i

protecia cu carcas din oel beton nglobat

n beton nou turnat

23

- rezistena la ntindere din ncovoiere crete de la 10% pn la 100% (proporional

cu coninutul de fibre);

- rezistena la oc crete de maxim 10 ori.

Betonul armat cu fibre de oel dispers trebuie protejat mpotriva coroziunii fibrelor de

la suprafa, cu un strat de beton fr fibre sau utiliznd fibre de oel galvanizate.

1.3.3. Utilizarea rinilor n consolidri de stlpi se face pentru:

- injectare de fisuri;

- impregnare pentru protecie;

- lipire de benzi metalice.

Rinile epoxidice ofer urmtoarele avantaje:

- au o lucrabilitate bun i un timp scurt de ntrire;

- ofer o legtur foarte bun cu oelul i betonul;

- contracia este foarte mic sau neglijabil;

- au rezisten bun la foc;

- au rezisten bun la ageni chimici;

- modulul lor de elasticitate este apropiat de cel al betonului.

Lipirea de benzi metalice se efectueaz cu o tehnic special, fiind necesar s se

asigure :

- o perfect legtur ntre oel, beton i rin, fiind necesare condiii speciale de

pregtire a suprafeelor;

- grosimea stratului de rin de maxim 1,5 mm;

- grosimea benzilor metalice de maxim 3 mm; cnd se prevd msuri speciale de

ancoraj, benzile metalice pot avea grosimea de 10 mm;

- lipirea benzilor prin presare pe beton i rin sau prin utilizarea bolurilor de fixare

i injectarea rinii.

1.3.4. Armturile utilizate n consolidri de stlpi sunt de tipul:

- etrieri n spiral;

- etrieri nchii petrecui sau sudai;

- coliere strnse pe beton prin urub cu piuli;

- platbande sudate sau bare din oel rotund prenclzite i sudate n seciunea

transversal pe profile corniere dispuse pe colurile stlpilor;

24

- benzi metalice de 4-6 mm grosime dispuse pe toat suprafaa stlpului, mbinate la

coluri prin sudur sau lipire de beton cu rin epoxidic;

- armturi longitudinale din bare independente;

- idem din profile rigide.

Armturile de consolidare a stlpilor se protejeaz fa de agenii corozivi prin

nglobare n beton, n cazul cmuielilor din beton, sau prin protecie cu un strat de mortar

de ciment sau protecii prin vopsitorii anticorozive, n cazul cmuielilor metalice.

Transferul de eforturi de la materialul vechi la cel nou se realizeaz prin:

- compresiune, beton pe beton;

- frecare, beton cu beton, beton cu metal;

- preluarea lunecrii, prin conectori;

- ntindere, prin armturi noi sudate de cele vechi sau ancorate n betonul vechi.

1.4. Procedee de refacere a capacitii portante la structuri de beton armat prin

modificarea schemei statice

Procesul de restaurare/consolidare a structurilor de beton armat este necesar atunci

cnd structura sau o parte a ei a fost solicitat peste limita elastic i o parte a energiei induse

s-a disipat prin deformaii plastice ale structurii i/sau a elementelor de umplutur (de

exemplu ziduri despritoare), reducnd drastic capacitatea portant a ntregii structuri de

rezisten. Orice activitate de restaurare/consolidare const n principal n dou grupe de

msuri. Prima privete numai structura de rezisten n sensul refacerii sau chiar a

mbuntirii proprietilor mecanice iniiale (rezisten, rigiditate, ductilitate i rspuns

dinamic). A doua gup de msuri privete proprietile fizice i integritatea tuturor

elementelor structurale i nestructurale pentru refacerea performanelor iniiale i

durabilitii construciei.

Considernd o structur n cadre de beton armat supus aciunii puternice a unui

cutremur (Fig. 1.12.a) este de observat c articulaiile plastice datorate momentelor pozitive

apar pe grinzi n apropierea legturii cu stlpii. n aceast situaie, pentru restaurarea

capacitii de rezisten dinamic, msura recomandabil ar fi prevederea unor tendoane ca n

Fig. 1.12.b pentru nchiderea fisurilor din zon, capabile s asigure capacitatea iniial fr s

se modifice rigiditatea cadrului. n situaia n care se constat o apropiere periculoas ntre

25

micarea pmntului i spectrul de rspuns al construciei, este indicat s se modifice

rigiditatea cadului prin adoptarea soluiei din Fig. 1.12.c (corecia parial a rigiditii).

Fig. 1.12. Consolidarea unei structuri n cadre de b.a.: a) supunerea la aciunea puternic a

unui cutremur; b) prevederea tendoanelor pentru nchiderea fisurilor; c) corecie parial a

rigiditii; d) modificri pentru corectarea total a rigiditii structurii i a ductilitii ei.

26

n conformitate cu aceast soluie, zona nodului este amplificat esenial n timp ce

deschiderea grinzii i nlimea stlpului este mult redus. Se pstreaza astfel proprietile

ductile ale grinzii i stlpului cu modificarea fin a rigiditii structurii n ansamblu.

n cazul structurilor n cadre proiectate s reziste la aciuni seismice mai mici dect

cele efective (lipsa normativului la data proiectrii, construcii vechi), procesul restaurrii

este complex i mai dificil. n aceast situaie fisurarea structurii de rezisten este nsoit de

intrarea n curgere a oelului n cele mai multe cazuri precum i de fracturi ale elementelor

structurale. Msurile care sunt necesare pentru refacerea/ consolidarea unor astfel de structuri

se refer att la elementele componente ct i la ansamblul structural rezultnd structuri cu

schema static modificat. n Fig. 1.12.d sunt prezentate sintetic modificrile necesare,

modificri care atrag corecia total de rigiditate a structurii i a ductilitii ei. Tehnicile

actuale se regsesc n urmtoarele procedee generale:

- barete metalice care rigidizeaz cadrul la sarcini orizontale;

- prevederea de legturi suplimentare exterioare cu scopul realizrii unui sistem

avantajos de fore;

- nchiderea golurilor dintre stlpi i grinzi cu materiale rezistente la compresiune

(beton monolit, prefabricat, zidrie etc.).

Msurile enumerate aduc n general modificarea schemei statice iniiale fapt care

impune reproiectarea atent n special la conectarea celor dou sisteme: sistemul constructiv

vechi i cel adugat.

1.5. Principii teoretice de abordare a reabilitrii sub exploatare

1.5.1. Probleme ridicate de reabilitarea unei construcii

1.5.1.1. Defectele unei construcii

Defectele constituie anomalii care au asupra construciei diferite urmri, locale sau

mai extinse, care impun remedieri, consolidri, cu ntreruperea activitii normale i cu

cheltuieli, n unele cazuri mari.

Principalele categorii de defecte:

1.5.1.1.1. Defecte datorate proiectrii:

- concepia soluiei de ansamblu cu rezolvri ale structurii de rezisten, a detaliilor,

neraionale din punct de vedere tehnic i economic (de exemplu: sensibilitatea soluiei

constructive la diferite abateri de execuie);

27

- interpretarea greit a unor prescripii tehnice, omisiuni n luarea n considerare a

unor aciuni;

- neconcordana ntre schema static adoptat la calculul solicitrilor n elementele

structurii de rezisten i schema constructiv realizat;

- greeli n alegerea materialelor din care se execut structura de rezisten. Neluarea

n considerare a particularitilor pe care le impun caracteristicile procesului tehnologic

adpostit de construcie (agresivitate chimic, caracterul solicitrilor etc.).

1.5.1.1.2. Defecte datorate execuiei:

- abateri neadmisibile ale formei, dimensiunilor, calitii materialelor, prefabricatelor

furnizate de staii de betoane, fabrici de prefabricate, uzine;

- trasarea defectuoas a construciei;

- defecte la montarea elementelor structurii, la armare, la turnarea betoanelor, la

executarea asamblrilor de montaj, la executarea lucrrilor de izolaie hidrofug;

- nlocuirea la locul de punere n oper a materialelor prevzute n proiect cu altele de

calitate inferioar;

- nerespectarea tehnologiei de execuie (succesiunea fazelor tehnologice, lucrul n

condiii speciale etc.).

1.5.1.1.3. Defecte ce se produc n timpul exploatrii:

- defecte care produc inconveniente n timpul folosirii construciei (cu dificulti de

ntreinere: izolri hidrofuge, termice, fonice), care sunt cauzate de execuia

necorespunztoare, dar nu au fost depistate i remediate la timp, nainte de predarea la

beneficiar; pot produce degradri ale construciilor;

- defecte puse n eviden de solicitrile de exploatare, normale, dar cu valorile

maxime;

- defecte care apar n timpul sau din cauza exploatrii i care sunt provocate de lipsa

de ntreinere normal a construciei, de depirea ncrcrilor admise, din neglijen, de

schimbarea destinaiei cldirii, de exploatarea necorespunztoare a instalaiilor i utilajelor ce

funcioneaz n cladire (ce pot conduce la degajri accidentale de gaze sau lichide corozive,

cu aciune agresiv asupra elementelor construciei).

1.5.1.2. Analiza defectelor constatate

Pentru adoptarea unei soluii de remediere este necesar cunoaterea cauzelor care au

provocat sau au contribuit la producerea defectelor. O analiz ampl a defectelor depistate

constituie singura baz acceptabil pentru abordarea problemei reabilitrii construciei.

28

De cele mai multe ori defectele sunt provocate de mai multe cauze, una din ele avnd,

de regul, un efect preponderent, celelalte cauze putnd avea efecte mai reduse, dar toate sau

numai unele contribuind la amplificarea defectelor produse de cauza principal. Eliminarea

numai a cauzei principale nu este suficient pentru o rezolvare sigur a problemei.

Pentru nlturarea defectelor exist posibiliti variate, ns, oricare ar fi, soluia

adoptat trebuie s ndeplineasc o serie de condiii:

- s nlture complet defectele, oricare ar fi cauza care le-a produs;

- s redea construciei i elementului gradul de siguran necesar;

- s se execute uor i cu mijloace curente;

- consumul de materiale i costul remedierilor s fie ct mai reduse;

- s se execute pe ct posibil fr ntreruperea exploatrii construciei sau cu o

ntrerupere limitat n timp.

1.5.2. Reabilitarea sub exploatare a unei construcii

1.5.2.1. Principii generale privind reabilitarea sub exploatare

La o serie de obiective industriale nu este posibil ntreruperea procesului de

producie n perioada efecturii operaiilor de consolidare a structurii de rezisten, datorit

pierderilor financiare nsemnate pe care le-ar antrena, pentru beneficiar, oprirea produciei.

Aceasta necesit conceperea unor sisteme de consolidare care s fie montate i puse n

funciune n timpul exploatrii construciei, sau n timpul ntreruperilor tehnologice curente.

Sistemele de acest tip trebuie s rspund la o serie de condiii:

- reducerea la minimum a operaiilor ce se efectueaz la faa locului;

- durat foarte scurt de montare a sistemului;

- posibilitatea adaptrii sistemului la abaterile de la geometria proiectat a structurii

ce urmeaz a se consolida (abateri de excuie, deformaii accentuate datorate deteriorrii

structurii etc.);

- asigurarea manipulrii uoare a elementelor constitutive ale sistemului de

consolidare;

- asigurarea intrrii practic instantanee a sistemului n lucru, fr perioade de

ateptare semnificative;

- posibilitatea controlului eficienei msurilor de consolidare i a interveniei viznd o

eventual corectare a efectului acestora;

- posibilitatea evalurii corecte a efectului consolidrii asupra strii de eforturi din

structur.

29

1.5.2.2. Concretizarea principiilor generale pe tipuri de elemente i ansambluri

structurale

Concretizarea principiilor generale este dependent de:

- tipul elementului;

- rolul lui n structur ca element structural;

- rolul lui funcional, particularitile procesului tehnologic;

- condiii specifice de exploatare;

- natura cauzelor care determin intervenia.

n continuare se exemplific modul de abordare a consolidrii n sistemul preconizat

a unor elemente sau ansambluri structurale reprezentative, cu luarea n considerare a

condiiilor comune.

1.5.2.2.1. Grinzi consolidate cu tirani macaz

Consolidarea se poate realiza prin tirani macaz, cu sau fr efort iniial.

Se insist asupra variantei cu efort iniial fiind mai complex i totodat mai

eficient. Este, desigur posibil i adoptarea sistemului de tirani macaz nepretensionai, cele

prezentate n continuare constituind cazul general n care precomprimarea introduce

suplimentar fa de varianta fr efort iniial un sistem de fore exterioare.

Soluia de consolidare cu tirani macaz avnd eforturi iniiale (precomprimare

exterioar cu traseu poligonal), din punct de vedere mecanic, reprezint o metod de transfer

a solicitrilor din domeniul ncovoierii cu for tietoare n cel al compresiunii excentrice.

Prin introducerea unui sistem de fore exterioare, care acioneaz asupra elementelor

preponderent ncovoiate se reduc efectele din ncovoiere i for tietoare provenite din

sarcini de exploatare.

De asemenea se pot pune n discuie:

- distanieri deflectori de tipul montanilor cu nlime mare, distincte, n raport cu

nlimea grinzii, sau

- macazuri, care rmn n ntregime n gabaritul de nlime al seciunii de beton; n

aceast situaie funcia montanilor este preluat de nsi ginda din beton prin intermediul

deviatorilor (schimbtori de traseu).

Utilizarea sistemului de consolidare cu tirant macaz posttensionat se impune datorit

avantajelor pe care le are n proiectare, execuie i exploatare.

- nu se micoreaz gabaritul util al spaiilor adpostite iniial, nu perturb arhitectura

interioar;

30

- tiranii macaz posttensionai reprezint confecii metalice cu volum redus i cu un

nalt grad de prefabricare, cu montaj rapid (de regul) fr ntreruperea procesului de

exploatare;

- proiectarea este uoar, fr probleme speciale;

- ntreinerea, respectiv nlocuirea tirantului nu ridic probleme tehnologice deosebite.

n principiu, consolidarea grinzilor de beton armat prin precomprimare exterioar cu

tirant macaz avnd traseu poligonal const n prevederea unor tirani metalici din oel de

nalt rezisten pentru beton precomprimat, de exemplu, simetric dispui n seciunea

transversal, ancorai pe reazemele grinzii i urmnd un traseu poligonal obligat de piesele

metalice pentru deviere (deviatori). Transferul eforturilor iniiale i variaia din sarcini de

exploatare se face prin piesele de ancorare i prin deviatorii tirantului (Fig.1.13), n care se

ilustreaz schematic soluia de consolidare prin precomprimare exterioar cu tirant macaz i

ncrcarea echivalent cu momentele ncovoietoare aferente tensionrii tirantului. De

remarcat efectul favorabil al precomprimrii exterioare asupra grinzii de beton armat

(Fig.1.14.).

Transformarea elementului de beton armat ncovoiat ntr-un element comprimat

excentric, ofer parial avantajele betonului precomprimat. Grinzile de beton armat cu tirani

macaz postntini sunt capabile s suporte suprasolicitri de scurt durat fr ca efectul

defavorabil al acestora (la ncetarea aciunii) s se fac simit. Eventualele fisuri provocate de

suprancrcri se nchid dup ncetarea aciunii lor. Dirijarea eforturilor n beton i armturi

(inclusiv n tirantul macaz), printr-o proiectare riguroas, asigur un grad de precomprimare

corespunztor cu:

- durata i condiiile de exploatare a construciei;

- exigenele economice;

- modul i durata de aplicare a aciunilor;

- gradul de agresivitate al mediului ambient;

- sensibilitatea la coroziune i condiiile de protecie a armturilor.

Problemele care trebuie abordate pentru proiectare sunt pe plan teoretic i pe plan

tehnologic.

Pe plan teoretic se va insista asupra:

ipotezelor de calcul;

stadiului de lucru n exploatarea elementului de beton armat n momentul

interveniei;

determinrii eficienei precomprimrii exterioare prin tirant macaz.

31

Fig. 1.13. Transferul eforturilor iniiale i variaia din sarcini de exploatare

Ca i ipoteze de calcul se consider ca fiind posibile dou situaii:

consolidarea unui element de beton armat sau precomprimat n stare nefisurat (n

cazul suplimentrii sarcinilor n exploatare);

consolidarea unui element de beton armat sau precomprimat n stare fisurat.

32

Fig. 1.14. Efectul favorabil al precomprimrii exterioare asupra grinzii din beton armat

n cazul primei situaii dimensionarea precomprimrii exterioare cu tirant macaz se

face ca i pentru o lucrare nou, cunoscndu-se starea de eforturi n beton i armturi.

n cazul al doilea eforturile n beton n dreptul fisurilor sunt nule, fapt care constituie

ipoteza de baz la efectuarea dimensionrii precomprimrii exterioare prin tirant macaz i

care este justificat de dou motive tehnice:

(1) dac structura rmne fisurat i dup precomprimarea exterioar, este evident c

eforturile de compresiune din precomprimare au fost preluate de zona intact a betonului

provocndu-se suprasolicitri; este necesar refacerea integritii fizice a elementului din

beton prin injectarea fisurilor ct mai perfect posibil;

(2) se impune limitarea tensiunilor n cablurile existente n beton; n cazul fisurrii,

variaia momentului ncovoietor M este preluat numai de cablurile iniiale i nu i de cele

din precomprimarea adiional, fapt care nu reduce riscul ruperii cablurilor iniiale.

Pentru proiectare se pot distinge dou posibiliti la elementele de beton armat

fisurate:

(a) elementul de beton armat este fisurat, avnd deschiderea fisurilor n domeniul

normal de funcionare, caz n care, dac nu exist incertitudini n ce privete calitatea

betonului i oelului, soluia cea mai economic este realizarea tirantului macaz prin

33

precomprimare exterioar, calculul de dimensionare fcndu-se la compresiune excentric,

adic precomprimarea exterioar este considerat ca o for exterioar.

(b) elementul din beton armat are deschiderea fisurilor exagerat i exist dubii n

ceea ce privete calitatea betonului i a oelului. n acest caz dimensionarea se face fr s se

in seama de oelul pasiv, deci elementul se transform din beton armat n beton

precomprimat cu precomprimare exterioar.

Sub aspect tehnologic problemele care se ridic se refer n principal la:

- refacerea monolitismului structural (integritatea fizic a elementului de beton

armat), injectri de fisuri, nlturarea betonului degradat chimic, neutralizarea betonului

afectat chimic, rebetonri de la caz la caz i dac este necesar;

- realizarea elementelor de ancorare i deviere a tirantului macaz;

- efectuarea precomprimrii elementului de beton armat;

- protecia anticoroziv.

1.5.2.2.2. Stlpi consolidai cu distanieri precomprimai

Consolidarea stlpilor cu ajutorul sistemelor spaiale alctuite din elemente

longitudinale i transversale se poate concepe cu sau fr eforturi initiale n elementele

longitudinale.

Eforturile iniiale introduse n faza de montare a cadrelor plane au rolul:

- de a asigura intrarea n lucru (instantanee) a sistemului de consolidare;

- de a descrca parial sau total elementul, n funcie de sporul de capacitate portanta

necesar.

n funcie de solicitarea la care stlpul este supus (compresiune excentric cu

excentricitate mic sau mare) precum i legat de degradrile elementului structural care se

consolideaz, elementele longitudinale se dispun pe o parte sau pe ambele pri a seciunii

transversale.

- distaniere simple de exemplu n cazul n care degradrile (de beton i/sau de

armtur ) se manifest pe o latur a seciunii transversale;

- distaniere duble sunt caracteristice stlpilor expui la compresiune excentric cu

mic excentricitate, a stlpilor afectai pe ntreaga lor seciune transversal.

Distanierele sunt alctuite din profile metalice rigide, n sistem Vierendeel, unde

ncrcrile sunt preluate i transmise prin rigiditatea nodurilor.

1.5.2.2.3. Cadre consolidate prin sisteme structurale suplimentare

Sisteme structurale suplimentare sunt de la caz la caz elemente sau chiar ansambluri

structurale. Ele se dezvolt n spaii astfel nct s dernjeze n ct mai mic msur procesul

34

tehnologic adpostit; sunt legate de structura de rezisten (care urmeaz s fie consolidat)

n ansamblul ei. Exist o mare diversitate de soluii posibile precum:

la nivel de structuri parter prevederea pentru rigle a unor reazeme intermediare

elastice suplimentare (formarea de cadre hobanate) poate reprezenta o variant eficient din

orice punct de vedere. i n acest caz introducerea unor eforturi iniiale majoreaz

randamentul soluiei prin:

asigurarea intrrii n lucru instantaneu a schemei statice transformate;

descrcarea structurii iniiale folosit peste limitele acceptabile de exploatare etc.;

tiranii suplimentari precum i celelalte elemente structurale necesare realizrii

structurii hobanate sunt confecii metalice nu prea sofisticate, relativ uoare i montate

comod pe elementele structurale existente;

structurile etajate pot fi ajutate n ansamblul lor prin regruparea elementelor

verticale comprimate i ntinse;

prevederea unor console exterioare structurii de rezisten i suspendarea de acestea

a unor elemente suplimentare de rezisten (reazeme intermediare elastice) este de asemenea

o variant care poate fi generalizat cu succes.

1.5.3. Observaii

Avnd n vedere diversitatea mare a parametrilor ce determin tipul sistemului de

consolidare, modul lui de comportare, calculul i alctuirea, abordarea cu titlu general a

acestor probleme are o utilitate redus n practica reabilitrii construciilor.

35

Capitolul 2

SISTEME DE ALCTUIRE A SOLUIILOR DE CONSOLIDARE SUB

EXPLOATARE, PE TIPURI DE STRUCTURI, CU ASPECTE TEHNOLOGICE

SPECIFICE

2.1. Introducere

Procesul de consolidare a structurilor n general i a elementelor n particular

presupune o analiz atent a proprietilor fizice i mecanice ale materialelor componente i

ale elementelor structurale, astfel nct elementul sau ansamblul s devin din punct de

vedere static i dinamic asigurat local i/sau n ntregime, pentru atingerea parametrilor

proiectai iniial sau chiar s-i depeasc.

Procesul de degradare fizic i mecanic, fiind de natur continu sub aspectul

exploatrii i discontinu sub aspectul sarcinilor speciale, i problemele legate de consolidri

primesc aspecte diferite. Dezvoltarea tehnologic i explozia comercial conduc permanent la

cerine de consolidare imediate, aplicabile fr diminuarea procesului de exploatare.

Procesul de restaurare prin reabilitare local sau complet a construciei presupune

ntotdeauna refacerea:

proprietilor fizice ale materialelor componente cum ar fi: integritatea maselor i

rezistena la oboseal;

proprietilor mecanice cum ar fi: rezisten, rigiditate i ductilitate.

Aspectele statice i dinamice sunt tratate difereniat dup cum i importana

degradrilor intervin n soluionarea problemelor.

n general diminuarea proprietilor fizice conduce la soluii de reabilitare prin

refacerea capacitii portante cu sau fr modificarea schemei statice n timp ce diminuarea

proprietilor mecanice conduce la soluii cu modificarea schemei statice iniiale restaurnd

sau chiar mbogind comportamentul dinamic al structurii afectate.

2.2. Structuri liniare

Sistemele de alctuire a soluiilor de consolidare de tip liniar constau practic ntr-un

element de tip bar din laminate cu diverse seciuni (rotund, ptrat, L,T,U etc.) cu rol de

36

preluare a unor eforturi de ntindere introduse n structurile de beton prin conectare. Se

disting dup modul de intrare n lucru:

- sisteme active;

- sisteme pasive.

2.2.1. Sisteme active

Elementul principal al unui sistem activ este bara flexibil cu eforturi iniiale. Realizat

practic prin precomprimare exterioar, sistemul este eficace pentru repararea sau rigidizarea

unui element de structur. Utilizarea precomprimrii pentru remedierea unor situaii de

insuficien a capacitii portante la ncovoiere, pentru elementele de beton armat sau

precomprimat, ridic probleme de ordin teoretic i tehnologic.

Teoretic se disting cazurile de rigidizare a unui element de beton intact i/sau de

reparare a unui element de beton cu deficiene fizice (fisurat, corodat etc.).

Tehnologic realizarea unei precomprimri exterioare este condiionat pentru fiecare

caz n parte de:

- alegerea traseului armturilor de precomprimare exterioar (rectiliniu sau macaz);

- alegerea sistemului de transfer al efortului de precomprimare.

Fig. 2.1 prezint schematic soluia de grind de beton armat consolidat prin sistemul

macaz activ, soluie experimentat, i detalii de principiu privitor la realizarea transferului de

fore interioare, adiionale. Sistemul ofer avantajul transformrii elementului de beton armat

ncovoiat intr-un element supus compresiunii excentrice. n plus sistemul macaz activ asigur

i un spor de capacitate portant pentru preluarea forelor tietoare. Din punct de vedere

tehnologic, execuia sub exploatare a unui astfel de sistem are marele avantaj al vitezei de

execuie, procedeul fiind uzat uscat i cu un mare grad de prefabricare.

Fig. 2.2 trateaz o alt variant a montrii aparatului de transfer, cu guseu i etrier

tensionat. Aceasta are dezavantajul consumului de material, ns este mai sigur la transfer. n

comparaie cu sistemul macaz care se execut simetric n raport cu axa vertical a

elementului de beton armat, la sistemul rectiliniu de precomprimare utilizarea unei singure

bare de tensionare cere o mare precizie la axarea n raport cu elementele de beton armat. Este

important s se in cont i de stabilitatea lateral. n plus sistemul rectiliniu nu ofer mrirea

capacitii portante la fore tietoare.

n Fig. 2.3 sunt prezentate variante de consolidare a unor grinzi metalice cu sistem

activ rectiliniu cu detalii specifice pentru aparatul de transfer.

37

Fig. 2.1. Sistem macaz activ:a) grind de beton armat cu tirant post tensionat; b) detalii explicative privind ancorarea i devierea tirantului macaz postntins: ancoraj pentru tirant

macaz postntins; c) deflector pentru tirant macaz postntins

38

Fig. 2.2. Variant la consolidarea chesonului cu sistem tirant activ

2.2.2. Sisteme pasive

Sistemele pasive intr n lucru n momentul modificrii strii de deformare (i implicit

a strii de eforturi) a elementelor consolidate fa de situaia existent n momentul montrii

sistemului. Efectul lor asupra elementului poate fi asimilat cu introducerea unor reazeme

elastice suplimentare n cmpul grinzii i cu apariia unor componente orizontale ce trebuie

compensate pe nlimea acesteia.

Eficiena sistemului este dat de deformabilitatea (n stadiul elastic) elementelor

ntinse. Dimensionarea componentelor ntinse se face, n consecin, prin ncercri, pn la

atingerea eficienei necesare, adic a sporului necesar de capacitate portant a ansamblului

sau, ceea ce este similar, a reducerii strii de solicitare n elementul consolidat.

Sistemele pasive se pot utiliza att pentru restabilirea capacitii portante a unor

elemente degradate ct i pentru majorarea ei peste cea proiectat.

2.2.2.1. Sisteme pasive de tip macaz, cu tirani orizontali

n cazul grinzilor continue rezemnd pe stlpi (estacad), sistemul de consolidare se

poate rezolva ca n Fig. 2.4 i 2.5. Numrul reazemelor elastice suplimentare (det. C, Fig. 2.6)

create n cmpul grinzilor poate fi de 2 sau 4, funcie de nlimea grinzii ce se consolideaz

i de sporul de capacitate portant neceasar. Eficiena barelor nclinate scade cu micorarea

unghiului fcut cu orizontala, ceea ce condiioneaz dispunerea reazemelor elastice att ca

numr ct i ca poziie.

39

Fig. 2.3. Consolidarea grinzii metalice cu sistem tirant activ

Componentele orizontale ale ntinderilor ce apar n tiranii nclinai sunt preluate n

cmp de tirani orizontali, iar pe reazeme sunt compensate prin aparatele de reazem

intermediare (Fig. 2.6, det. A i B). Diferenele ce apar n cazul solicitrilor diferite n

cmpuri (ncrcri diferite, deschideri diferite) sunt transmise prin sistem la aparatele de

reazem de capt, unde, suprapuse componentelor orizontale din cmpurile marginale sunt

transferate elementului consolidat. Elementul consolidat se transform astfel ntr-un element

continuu pe reazeme fixe (rezemarea pe stlpi) i reazeme elastice (datorate sistemului de

consolidare) solicitat la ncovoiere (din forele exterioare) i compresiune (transmis de

aparatele de reazem de capt). n cazul estacadelor aparatul de reazem se limiteaz ca

nlime la nlimea unei traverse, constituind i reazem pentru ina de rulare.

40

Fig. 2.4. Consolidare cu tirani macaz pasiv

Cuplarea tiranilor nclinai cu tiranii orizontali i cu aparatele de reazem se face de

tip articulaie, ceea ce asigur o adaptare uoar a sistemului la geometria efectiv a

elementului ce se consolideaz. Lungimea disponibil a filetului de la capetele tiranilor

nclinai este determinat funcie de abaterile dimensionale avute n vedere la proiectarea

sistemului.

Montarea aparatului de reazem se face la faa superioar a elementului ce se

consolideaz, pe betonul curat de eventualele pri degradate, prin intermediul unui strat

subire de mortar epoxidic de poz.

Punerea n stare de funcionare a sistemului se realizeaz prin strngerea piulielor de

la capetele tiranilor nclinai cu ajutorul unei chei dinamometrice. O intrare mai eficient n

lucru a sistemului se poate realiza, n cazul existenei unei sarcini mobile pe elementul

consolidat (poduri rulante, vagonei etc.) prin ncrcarea cmpurilor nvecinate cmpului n

care se strng piuliele tiranilor. Elementele constitutive ale sistemului de consolidare se

confecioneaz n atelierele specializate, cu un control riguros al calitii mbinrilor.

Dimensiunile i greutatea redus a acestor elemente asigur o manipulare i montare uoar.

41

Operaiile ce se efectueaz la faa locului sunt puin pretenioase. Sistemul de

consolidare rmne aparent i se protejeaz anticoroziv prin vopsire.

Fig. 2.5. Consolidare grind (estacad) b.a. continu cu sistem macaz pasiv

Fig. 2.6. Detalii de consolidare a grinzii de b.a.

cu sistem macaz pasiv

42

Foto 2.1. Consolidare

sub exploatare estacad

vagonei minereu.

Ansamblu

a b

c d

Foto 2.2. Detalii realizare confecie

metalic de consolidare e

43

Fig. 2.7. Consolidare a grinzii de b.a.

continue cu sistem macaz pasiv - varianta

contrafie

44

Fig. 2.8. Consolidarea consolei de b.a. pentru fixarea grinzii de rulare - sistem tirani pasivi

Foto 2.3. Consolidare sub

exploatare console susinere

grinzi de rulare

Foto 2.4. Detalii alctuire

confecie metalic de consolidare e

45

2.2.2.2. Sisteme pasive de tip macaz, cu contrafie

La acest sistem de consolidare (Fig. 2.7) componentele orizontale ale ntinderilor din

tirani sunt preluate de bare comprimate i transmise stlpilor. Sistemul este alctuit dintr-o

serie de ansambluri dispuse independent unul de cellalt, pe reazemele grinzii.

Principiul de alctuire i montare este similar cu cel prezentat la punctul anterior.

Sistemul se utilizeaz cu bune rezultate pentru nclinri ale tiranilor fa de vertical de pn

la 45. Se realizeaz cu un consum de metal mai redus dect varianta precedent, dar

prelucrarea componentelor orizontale ale ntinderilor din tirani se face prin transferul forelor

de compresiune la betonul din stlpi, cu problemele specifice pe care le antreneaz acest

lucru.

2.2.2.3. Sistem cu tirani pasivi pentru reabilitarea consolelor verticale de beton

armat la estacade pentru pod rulant

Consolele verticale de beton armat de pe capetele stlpilor ce susin grinzile de rulare

la estacade pentru pod rulant au rolul fixrii la fore orizontale a tlpii superioare a grinzii de

rulare. Degradarea consolei se produce de obicei la baza ei, n zona de moment maxim (zon

n care este plasat i rostul de turnare, consolele executndu-se ntr-o etap ulterioar montrii

stlpilor).

Sistemul de consolidare (v. Fig. 2.8) este conceput n ideea dezvoltrii pieselor lui

componente doar spre exteriorul estacadei, datorit prezenei podului rulant la interior.

Adaptabilitatea sistemului la variaii ale geometriei ansamblului consolidat este datorat celor

3 evi de blocare care se pot roti n reazemele lor i celor 2 tirani nclinai filetai la un capt.

Rezemarea pieselor metalice pe beton se face prin intermediul unui strat de chit

epoxidic. Remedierea zonelor deteriorate ale consolelor se face prin injectarea fisurilor cu

rin epoxidic.

2.3. Structuri plane

2.3.1. Sisteme rigide pasive

Sistemele rigide la ncovoiere se utilizeaz la realizarea structurilor plane n cazul

necesitii majorrii capacitii portante sau rigiditii acestora pe direcie normal la planul

lor.

Un sistem rigid de consolidare (Fig. 2.9), utilizat la reabilitarea plcilor, poate fi

conceput sub forma unei grinzi metalice care se fixeaz ntre feele grinzilor principale cu

ajutorul unui aparat de reazem tip pan.

46

Fig. 2.9. Consolidarea plcii de b.a. cu sistem rigid

Succesiunea operaiilor tehnologice este urmtoarea:

- se practic guri n placa de beton armat pentru buloanele de fixare a sistemului de

consolidare;

- se pune n poziie grinda metalic (cu mortar epoxidic de poz ntre metal i beton)

cu ajutorul uruburilor de conlucrare;

- se monteaz aparatele de reazem tip pan, se strng uruburile de fixare; rezult o

blocare a grinzii metalice pe reazeme, inclusiv la deplasri orizontale;

- se sudeaz aparatul de reazem de grinda metalic.

Datorit uruburilor de conlucrare sistemul rigidizeaz placa i la vibraii normale pe

planul plcii.

47

Fig. 2.10. Restabilirea comportrii de aib a planeului cu sistem tirani pasivi

48

Fig. 2.11. Rigidizare longitudinal a estacadei unui pod rulant cu sistem de tirani pasivi

2.3.2. Sisteme flexibile pasive

Sistemele flexibile pasive se utilizeaz la reabilitarea structurilor plane n cazul

necesitii majorrii capacitii portante sau rigiditii acestora n planul lor.

Restabilirea comportrii de aib a planeelor din prefabricate (v. Fig. 2.10),

deteriorate n timpul aciunii seismice prin fisurare n lungul rosturilor dintre prefabricate, se

realizeaz cu ajutorul unor contravntuiri orizontale, montate sub planeu, fr a ntrerupe

exploatarea curent a planeului.

Contravntuirile, din oel rotund, sunt ancorate att n nucleul central ct i n

structura perimetral mai flexibil, obligndu-le s lucreze mpreun la fore orizontale.

Adaptabilitatea sistemului la geometria efectiv a construciei se realizeaz prin prinderea

articulat a tiranilor la intersecia lor i prin prevederea unor zone filetate la capete.

n vederea asigurrii intrrii instantanee n lucru a elementelor de consolidare se

introduce n barele sistemului un efort iniial de circa 5-10 % din efortul capabil.

Rigidizarea longitudinal a estacadelor de beton armat pentru un pod rulant este

realizabil cu sistemul prezentat n Fig. 2.11: un sistem de tirani ncruciai fixai la

extremitile stlpilor cu ajutorul unor buloane. Lunecarea aparatului de cuplare pe stlpi este

eliminat prin dezgolirea armturii longitudinale i sudarea pe aceasta a unor opritori.

49

Capitolul 3

CALCULUL SISTEMELOR DE CONSOLIDARE ALE ELEMENTELOR LINIARE

3.1. Particulariti de comportare sub sarcini a ansamblului grind de beton

armat - sistem de consolidare tip macaz

Dup montarea tirantului macaz pe elementul care se consolideaz se obine un sistem

nou din punct de vedere static, format din grinda de beton armat i tirantul macaz. Sistemul

este static nedeterminat, eforturile n el determinndu-se prin luarea n considerare, pe lng

condiiile de echilibru static, a celor de compatibilitate a deformaiilor. Eforturile se produc n

sistem sub aciunea oricrei sarcini exterioare dispuse ulterior montrii i intrrii n lucru a

tirantului macaz. Efectul tirantului macaz asupra elementului ce se consolideaz este

reprezentat de:

- reaciunile ce apar n reazemele elastice formate n punctele de schimbare de direcie

a tijelor tirantului;

- fora de compresiune;

- momentele de capt ce apar n zona fixrii tirantului pe reazeme.

Deci, peste starea de eforturi iniial din grinda de beton armat, corespunztoare

sarcinilor efective ce acioneaz pe grind n momentul montrii sistemului macaz, se

suprapun momente ncovoietoare, fore tietoare i fore de compresiune suplimentare,

cauzate de sarcinile suplimentare ce se dispun pe grind dup montarea sistemului macaz.

Grinda i modific schema static iniial, devenind un element comprimat excentric.

Eficiena sistemului de consolidare tip macaz este dependent de deformabilitatea

tirantului, crescnd cu creterea ariei acestuia. Ea scade cu creterea excentricitii forei de

compresiune dat de tirant pe reazem.

Sarcina suplimentar ce se poate dispune pe grind dup consolidarea ei cu sistem

macaz pasiv este condiionat de raportul:

Momentul efectiv al grinzii la montarea sistemului de consolidare Mef Momentul capabil al grinzii Mcap

i de caracteristicile tirantului macaz (At, Et, caracteristici geometrice). n cazul n care

raportul

este apropiat de 1 sau sarcina suplimentar este mare n raport cea iniial,

preluarea solicitrii nu se poate face de un sistem macaz pasiv, ci de un sistem activ prin

50

pretensionarea tirantului. Aceast variant presupune utilizarea la confecionarea tirantului a

unor oeluri cu caracteristici corespunztoare pretensionrii.

La sistemele pasive aria seciunii transversale a tirantului se dimensioneaz din

considerente de deformabilitate a tirantului, efortul efectiv de ntindere rezultnd mult sub

valoarea rezistenei de calcul.

La sistemele active fora de prentindere din tirant conduce la apariia unui sistem de

fore exterioare ce acioneaz, n punctele de schimbare a traseului tirantului , asupra grinzii

de beton armat. Valoarea ei este limitat de atingerea momentului capabil n grinda de beton

armat la solicitri cu semn schimbat fa de cele pentru care a fost proiectat.

Condiiile cerute sistemului de consolidare impun verificarea posibilitii prelurii

sarcinilor suplimentare prin sisteme pasive sau prin sisteme active respectiv o

predimensionare a ariei tirantului.

3.2. Predimensionarea tiranilor macaz de consolidare

3.2.1. Ipoteze de calcul

Se neglijeaz, acoperitor, frecarea ntre tirant i grinda de beton armat, n zona

reazemelor elastice.

Se neglijeaz deformabilitatea montanilor grinzii macaz.

Se determin starea de eforturi n elementele sistemului macaz (grinda de beton

armat + tirantul de consolidare) sub efectul forelor dispuse suplimentar pe grind, dup

realizarea sistemului.

Se consider cunoscute: (i) momentul capabil al grinzii de beton armat (Mcap)

corespunztor clasei betonului, ariei efective a armturii (lund n considerare, dac exist,

efectul coroziunii armturii) i efortului de compresiune dat de ntinderea din tirant (se va

determina, la predimensionare, cu relaii aproximative), (ii) modulul de elasticitate al

betonului corespunztor clasei efective, gradului de fisurare al betonului sub sarcini, gradul

degradrii betonului sub aciunea agenilor corozivi, (iii) caracteristicile fizico-mecanice ale

oelului folosit n tirant, configuraia geometric a sistemului.

3.2.2. Calculul efortului n tirantul macaz

Calculul se face pe structura din Fig.3.1. Bara 1-4 reprezint grinda de beton armat ce

trebuie consolidat, bara 1-5-6-4 tirantul, iar barele 2-5 i 3-6 schematizeaz montanii. Se

51

vor determina eforturile n tirant produse de o sarcin uniform distribuit pc, dispus pe

grind dup realizarea consolidrii ei.

Cazul e =0

Structura are un singur grad de nedeterminare static, iar ca necunoscut poate fi ales

efortul axial din tirant notat cu

X1. Determinarea necunoscutei

se face prin metoda eforturilor.

Sistemul de baz static

determinat este redat n Fig.

3.1c. Sub aciunea sarcinii

exterioare pc, diagrama de

moment pe sistemul de baz Mxs

este prezentat n Fig. 3.1d.

Situaia de ncrcare din X1=1

produce att diagrama de

momente ncovoietoare pentru

grind, ct i eforturi axiale n

barele articulate.

Eforturile axiale n barele

tirantului i n montani:

n15 = n46 =

l15 = l46 =

n25 = n36 = -

l25 = l36 = a tg

Fig. 3.1. Calculul efortului pe o grind de beton

armat consolidat cu tirani macaz i montani

Ecuaia de condiie are forma:

( 11 + 56 ) X1 + 1S = 0 (3.2.2.1)

deci X1 =

unde:

52

11 se refer la grinda i la barele articulate rmase n sistemul de baz i

56 =

Calculul deplasrii 1S

1S =

0

( )

( )( )

( ) .

/1

1S= -

0

( )

( )( )

( ) 1

= -

, ( ) ( )( ) ( ) -

= -

( ) (3.2.2.2)

Calculul deplasrilor 11 :

( )

( )

=

.

/

( )

( )

Deci deplasarea total din X1 = 1:

( )

( )

( )

=

( )

.

/

( )( ) (3.2.2.3)

unde =

( ) .

/ (3.2.2.4)

n relaia (3.2.2.3), comparnd pe cu 1, se poate aprecia dac efectul eforturilor

axiale din tirant (deformarea tirantului) este sau nu neglijabil pentru cazul concret studiat.

(Dac efectul deformrii tirantului este neglijabil, adic

53

X1 = ( )

( )

(3.2.2.5)

=

( ) (3.2.2.6)

Cazul e 0

Apare n situaia fixrii excentrice a tirantului la captul grinzii.

Raionamentul este similar celui dezvoltat la cazul e = 0, cu diferena c diagrama

(mx1) devine:

Valorile deplasrilor 1S i 11, n acest caz, devin:

( )

=

. /

=

0 . / 1 (3.2.2.7)

( )

( )

( )

( )

[

( ) ]

(

)

, ( ) - ( ) (3.2.2.8)

X1 = ( )

, ( ) -

(3.2.2.9)

( ) (3.2.2.10)

54

3.2.3. Determinarea coeficientului de eficien d

Utilizarea relaiilor (3.2.2.5) i (3.2.2.9) la stabilirea valorii efortului n tirant X1

necesit cunoaterea prealabil a ariei tirantului. Aria tirantului este condiionat de limitarea

deformabilitii acestuia sub sarcini n vederea asigurrii eficienei necesare a sistemului de

consolidare. Eficiena sistemului de consolidare se evideniaz cu ajutorul coeficientului de

eficien d, definit ca:

d =

momente pe grinda de beton armat ce se consolideaz. pc reprezint sarcina ce acioneaz pe

grind dup efectuarea consolidrii.

n cazul e = 0, cunoscnd relaiile (3.2.2.5.) i (3.2.2.6.) cu ajutorul crora se poate

determina X1, scriem momentul la mijlocul grinzii consolidate sub aciunea sarcinii

pc = pnec pef unde:

pnec = sarcina total pe care trebuie sa o preia grinda dup consolidare

pef = sarcina ce acioneaz asupra grinzii n momentul dispunerii sistemului de

consolidare

.

/ ( )

(3.2.2.11)

unde:

= coeficientul de eficien a sistemului de consolidare (3.2.2.12)

sau, dezvoltnd (introducnd n expresie valoarea lui X1):

( )

( )

( )

( )

notnd ( )

( ) (3.2.2.13)

expresia coeficientului de eficien devine:

(3.2.2.14)

n cazul e 0, urmrind un raionament similar celui dezvoltat mai sus, se obine:

momentul la mijlocul grinzii:

55

( ) .

/

( )

unde:

(3.2.2.15)

Introducnd valoarea lui X1 n expresia lui d obinem:

, ( ) - ( )

, ( ) -

Notnd dmax , ( ) -( )

, ( ) - (3.2.2.16)

expresia coeficientului de eficien devine:

(3.2.2.17)

Coeficientul de eficien al sistemului de consolidare d variaz, pentru o grind de

beton armat dat i pentru o anumit configuraie a traseului tirantului, cu variaia ariei

seciunii tirantului At.

Pentru situaia de ncrcare dat (la care Mnec >Mcap, deci este necesar sporirea

capacitii portante a grinzii) se determin valoarea minim necesar a coeficientului de

eficien, dnec.

( )

( ) ( )

Adoptnd pentru tirant arii At ce ar conduce la o valoare a coeficientului d mai mic

dect valoarea dnec, eficiena sistemului de consolidare este nesatisfctoare ( grinda de beton

armat se distruge sub sarcina pc prin depirea lui Mcap).

Dac dnec> dmax, sistemul pasiv nu poate prelua sarcina suplimentar i este necesar

adoptarea unui sistem activ.

Sistemul activ preia sarcina aplicat dup intrarea n lucru a sistemului de consolidare,

printr-un mecanism care poate fi schematizat ca i n continuare:

56

o parte a sarcinii suplimentare este preluat prin efect pasiv, corespunztor ariei

efective a tirantului i calculat n consecin;

restul sarcinii suplimentare (pn la cea corespunztoare lui Mnec ) este echilibrat de

efectul activ, similar unui sistem de fore exterioare, care se manifest asupra grinzii ce se

consolideaz prin reaciuni dispuse n dreptul punctului de schimbare a traseului tirantului, cu

valoarea:

V1 activ = X1 activ tg

respectiv o for axial, dispus pe reazem i acionnd cu excentricitatea e.

Predimensionarea forei de prentindere n tirant se poate face dup cum urmeaz:

pentru At ales, se determin X1 pasiv

se calculeaz M pasiv = atg X1 pasiv e X1 pasiv

momentul necesar a fi preluat prin pretensionare:

Mactiv = Mnec Mef Mpasiv

de unde

n care: Mpasiv = momentul preluat de sistemul de consolidare prin e

Mactiv = momentul preluat de sistemul de consolidare prin efect activ,

prentinderea tirantului

Xactiv = valoarea forei de prentindere n tirant, dup consumarea pierderilor.

3.2.4. Nomograme pentru determinarea ariei tirantului funcie de coeficientul de eficien

necesar d nec

Dac n expresia (3.2.2.17) introducem caracteristicile corespunztoare unei grinzi de

beton armat (b, h, l, Eb) i caracteristicile tirantului macaz (, a, e, Et), dnd lui At valori

cuprinse ntre 0 i 100 cm2 se obin valori corespunztoare ale lui d. Reprezentarea grafic a

acestei variaii, pentru grinzi cu caracteristici diferite, conduce la realizarea setului de

nomograme prezentate n continuare.

Se poate observa scderea eficienei sistemului de consolidare pasiv cu creterea

excentricitii componentei orizontale a efortului din tirant fa de axa grinzii ce se

consolideaz, pe reazem. De asemenea, creterea excentricitii face ca influena

caracteristicilor traseului tirantului (, a) s aib pondere din ce n ce mai mic n valoarea lui

d.

57

Utilizarea nomogramelor presupune determinarea prealabil a valorii d nec.

Dac d nec dmax, sistemul pasiv nu este capabil s preia singur solicitarea suplimentar

i n consecin este necesar introducerea unui efort de prentindere n tirant.

58

59

60

61

62

63

64

65

66

3.3. Calculul tiranilor macaz de consolidare. Starea de eforturi. Verificri

Se vor determina formulele de calcul necesare stabilirii valorii forei de ntindere

static nedeterminate din tijele tirantului macaz, avnd cunoscut aria tirantului, At . Schemele

de calcul pe baza crora se va conduce calculul, sunt prezentate n Fig. 3.2.

n punctele de schimbare a direciei tijelor tirantului macaz, unde ele reazem, prin