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

3

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 cunotinelor despre caracteristicile mecanice, fizice i chimice

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

structurilor din 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, cauz din care 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 susinut de construcie, 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 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

4

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

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: contribuii 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 actualitate deoarece aplicarea soluiilor de

reabilitare sub exploatare conduce la evitarea perturbrii 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 1 prezint sintetic cazuri de reabilitare din practica naional i

internaional, realizate n ultimii ani, i o trecere n revist a soluiilor utilizate curent

pentru consolidarea structurilor /elementelor structurale.

n capitolul 2 se face introducerea n conceptul de reabilitare sub exploatare. Acest

capitol 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 experimentri numerice printr-un calcul n element finit i n programe elaborate

n limbajul de programare Matlab.

Capitolul 3 prezint sisteme de alctuire a soluiilor de consolidare sub exploatare

la structuri liniare i plane cu aspecte tehnologice specifice.

Capitolul 4 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 5 analizeaz o situaie concret de reabilitare sub exploatare a unei

estacade de beton armat din industria chimic. Se trec n revist aspecte privind calculul

soluiei de reabilitare, soluiile constructive, aspecte tehnologice i o analiz cost beneficiu

care fundamenteaz din punct de vedere financiar alegerea soluiei de intervenie.

5

Capitolul 6 prezint concluziile cercetrii fcute, contribuiile originale i direciile

de cercetare viitoare. Se evideniaz importana , actualitatea temei abordate i necesitatea

aprofundrii acestei studiu. Se subliniaz aspectul aplicativ, n practica reabilitrii

structurilor, al rezultatelor obinute.

Problematica optimizarii sistemelor de reabilitare sub exploatare este abordata n

tez prin modul n care sunt gestionai parametri ce definesc / condiioneaz soluiile de

consolidare analizate.

6

7

CUPRINS

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

a soluiilor adoptate ......................................................................................................... 13

1.1. Introducere ...........................................................................................................13

1.2. Prezentarea sintetic a unor cazuri de reabilitare din practica internaional n

domeniu .......................................................................................................................17

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

precomprimat GRINZI .............................................................................................34

1.3.1. Refacerea capacitii portante a grinzilor fr modificarea schemei statice .....34

1.3.2. Refacerea capacitii portante a grinzilor prin modificarea gabaritului iniial...34

1.3.3. Refacerea capacitii portante a grinzilor prin modificarea schemei statice......35

1.3.4. Refacerea capacitii portante prin sistemul grind macaz.............................35

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

STLPI.........................................................................................................................42

1.4.1. Beton turnat n cofraj..........................................................................................44

1.4.2. Beton torcretat....................................................................................................44

1.4.3. Utilizarea rinilor..............................................................................................45

1.4.4. Armturi.............................................................................................................45

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

modificarea schemei statice..........................................................................................46

Cap. 2. Reabilitarea sub exploatare a elementelor liniare ............................................48

2.1.Principii teoretice de abordare a reabilitrii sub exploatare...................................48

2.1.1. . Probleme ridicate de reabilitarea unei construcii............................................48

2.1.1.1. Defectele unei construcii................................................................................48

2.1.1.1.1. Defectele datorate proiectrii.......................................................................48

2.1.1.1.2. Defectele datorate execuiei.........................................................................48

2.1.1.1.3. Defectele ce se produc n timpul exploatrii................................................49

2.1.1.2. Analiza defectelor constatate...........................................................................49

2.1.2 Reabilitarea sub exploatare a unei construcii.....................................................49

2.1.2.1. Principii generale privind reabilitarea sub exploatare.....................................49

2.1.2.2. Concretizarea principiilor generale pe tipuri de elemente i ansambluri

structurale ................................................................................................................................50

8

2.1.2.2.1. Grinzi consolidate cu tirani macaz............................................... ..............50

2.1.2.2.2. Stlpi consolidai cu distanieri precomprimai............................................54

2.1.2.2.3. Cadre consolidate prin sisteme structurale suplimentare.............................55

2.1.3. Observaii...........................................................................................................56

2.2. Calculul sistemelor de consolidare ale elementelor liniare...................................56

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

sistem de consolidare tip macaz ..............................................................................................56

2.2.2. Predimensionarea tiranilor macaz de consolidare ............................................57

2.2.2.1. Ipoteze de calcul .............................................................................................57

2.2.2.2. Calculul efortului n tirantul macaz ...............................................................57

2.2.2.3. Determinarea coeficientului de eficien d .....................................................60

2.2.2.4. Nomograme pentru determinarea ariei tirantului funcie de coeficientul de

eficien necesar dnec ...............................................................................................................63

2.2.3. Calculul tiranilor macaz de consolidare pentru alte cazuri de ncrcare. Starea

de eforturi. Verificri ...............................................................................................................70

2.3. Exemplu de calcul ................................................................................................77

2.4. Experimente numerice ..........................................................................................79

Cap.3. Sisteme de alctuire a soluiilor de consolidare sub exploatare, pe tipuri de

structuri, cu aspecte tehnologice specifice ......................................................................84

3.1. Introducere ...........................................................................................................84

3.2. Soluii de consolidare pentru structuri liniare ......................................................84

3.2.1. . Sisteme active...................................................................................................85

3.2.2. Sisteme pasive....................................................................................................88

3.2.2.1. Sisteme pasive de tip macaz, cu tirani orizontali...........................................88

3.2.2.2. Sisteme pasive de tip macaz, cu contrafie.....................................................92

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

la estacade pentru pod rulant ...................................................................................................93

3.3. Soluii de consolidare pentru structuri plane ........................................................94

3.3.1. Sisteme rigide pasive..........................................................................................95

3.3.2. Sisteme flexibile pasive......................................................................................95

3.4. Aspecte ale modelarii pentru calcul a sistemelor de consolidare analizate ..........97

9

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

de suprafa........................................................................................................................98

4.1. Consideraii privind consolidarea elementelor de suprafa.................................98

4.1.1. Consideraii generale..........................................................................................98

4.1.2. Schematizarea pentru calcul a elementelor de suprafa....................................98

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

continu........................................................................................................................99

4.2.1. Caracteristici iniiale ..........................................................................................99

4.2.2. Modul de analiz................................................................................................99

4.3. Situaia actual (model teoretic), valori normate. Aciuni permanente.............100

4.3.1. Deplasri grinzi..........................................................................................100

4.3.2. Deplasri plac.................................................................................................100

4.3.3. Momentele n plac pe direcia x......................................................................101

4.3.4. Momentele n plac pe direcia y.....................................................................101

4.3.5. Momentele n grinzi.........................................................................................102

4.4. Situaie consolidat fr luarea n considerare a continuitii pe grinzile

cadrului.............................................................................................................................102

4.4.1. Schema static pentru calculul la aciuni dispuse nainte de activarea sistemului

de consolidare ........................................................................................................................102

4.4.1.1. Deplasrile grinzilor .....................................................................................102

4.4.1.2. Deplasrile plcii...........................................................................................103

4.4.1.3. Momentele n plac dup direcia x..............................................................103

4.4.1.4. Momentele n plac dup direcia y ..104

4.4.1.5. Momentele pe grind ...................................................................................104

4.4.2. Schema static pentru calculul la aciuni dispuse ulterior activrii sistemului de

consolidare .............................................................................................................................105

4.4.2.1. Deplasrile grinzilor......................................................................................105

4.4.2.2. Deplasrile plcii...........................................................................................105

4.4.2.3. Momentul n plac pe direcia x....................................................................106

4.4.2.4. Momentul pe grinzi.......................................................................................106

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

grinzile cadrelor .....................................................................................................107

4.5.1. Schema static pentru calculul la aciuni dispuse nainte de activarea sistemului

de consolidare.............................................................................................................107

10

4.5.1.1. Deplasrile plcii...........................................................................................107

4.5.1.2. Momentele n plac pe direcia x..................................................................108

4.5.1.3. Momentele n plac pe direcia y..108

4.5.1.4. Diagrama de momente pe grinzi ..................................................................108

4.5.1.5. Deplasrile grinzilor......................................................................................109

4.5.2. Schema static pentru calculul la aciuni dispuse ulterior activrii sistemului de

consolidare .............................................................................................................................109

4.5.2.1. Deplasrile plcii ..........................................................................................109

4.5.2.2. Momentele n plac pe direcia x ..................................................................110

4.5.2.3. Momentele n plac pe direcia y ..110

4.5.2.4. Diagramele de momente pe grinzi.................................................................110

4.5.2.5. Deplasrile grinzilor.....................................................................................111

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......................113

5.1. Consideraii generale privind fenomenul de coroziune.......................................113

5.1.1. Coroziunea armturilor (metalelor)..................................................................113

5.1.2. Coroziunea betonului.......................................................................................114

5.2. Consideraii privind cauzele degradrii construciilor din industria chimic......115

5.2.1. Coroziunea general acid.................................................................................116

5.2.2. Coroziunea sulfatic.........................................................................................117

5.2.3. Coroziunea clorului..........................................................................................117

5.2.4. Coroziunea carbonic.......................................................................................117

5.2.5. Coroziunea bazic............................................................................................118

5.2.6. Coroziunea srurilor........................................................................................119

5.2.7. Coroziunea de levigare.....................................................................................120

5.2.8. Coroziunea electrochimic...............................................................................120

5.3. Studiu de caz: reabilitarea structurii de rezisten a estacadei........................121

5.3.1. Descrierea structurii de rezisten a estacadei i a strii tehnice a acesteia.....121

5.3.2. Descrierea soluiei de reabilitare a estacadei....................................................122

5.3.3. Refacerea caracteristicilor seciunii de beton a elementelor estacadei ............123

5.3.3.1. Beton pentru tocretare...................................................................................123

5.3.3.2. Beton pentru turnare......................................................................................124

5.3.3.3. Mortar pentru tencuire...................................................................................124

11

5.3.4. Protecia anticoroziv a scheletului metalic.....................................................124

5.3.5. Soluia alternativ de consolidare a estacadei .................................................124

5.3.6. Breviar de calcul la soluia de consolidare adoptat ......................................126

5.3.7. Comentarii privind calculul structurii la aciuni gravitaionale i orizontale ..130

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

proiectul de execuie ..................................................................................................131

5.4. Analiza cost-beneficiu 138

5.4.1. Identificarea investiiei i definirea obiectivelor .138

5.4.1.1. Identificarea investiiei .138

5.4.1.2. Obiectivul investiiei ....138

5.4.2. Analiza opiunilor ............................................................................................138

5.4.2.1. Varianta zero (varianta fr investiie) ........................................................ 139

5.4.2.2. Varianta 1 (varianta cu investiie minim) ...................................................139

5.4.2.3. Varianta 2 (varianta cu investiie maxim) ..................................................141

5.4.3. Analiza financiar 144

5.4.3.1. Compararea variantelor n vederea alegerii variantei optime ..144

5.4.3.2. Avantajele i dezavantajele variantelor analizate .........................................147

5.4.4. Analiza de senzitivitate ..149

5.4.5. Analiza de risc i principalele riscuri care pot influena proiectul propus.......154

5.4.5.1. Riscurile tehnice ...........................................................................................155

5.4.5.2. Riscuri financiare .156

5.4.6. Concluzii .........................................................................................................156

Cap.6. Concluzii....................................................................................................................158

6.1. Concluzii referitoare la cercetarea efectuat n tez ...........................................158

6.2. Contribuii originale ...........................................................................................160

6.3. Direcii de cercetare viitoare ..............................................................................161

Bibliografie ...............................................................................................................163

Anexe ........................................................................................................................172

12

13

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.

Conceperea soluiilor de reabilitare a construciilor cu deficiene structurale

presupune o procedur orientat n direcia refacerii siguranei n condiii tehnologice i

economice optime.

Proiectarea structurilor cu deficiene nu se face cu acelai grad de rafinament ca i

proiectarea structurilor noi datorit incertitudinilor n evaluarea caracteristicilor structurii

existente precum i la modelarea structurii reabilitate. n practica reabilitrii structurilor, au

fost adoptate diverse soluii privind repararea, consolidarea sau demolarea unor construcii

cu deficiene. Criteriile ce au stat la baza procesului de proiectare a structurilor ce s-au

reabilitat au fost/sunt alese, preponderent, pe baza experienei sau pe baze parial empirice.

Inventarierea i analiza soluiilor de reabilitare i consolidare a diferitelor structuri,

realizate n decursul timpului, a condus la formularea unor criterii de cunoatere a acestei

problematici. Tab.1.1 i 1.2 sunt ilustrative n acest sens[37].

Etapele interveniei asupra structurilor de beton armat cu deficiene sunt:

(i) Msuri urgente constnd n: demolarea, evacuarea, nlturarea ncrcrilor utile,

asigurarea prin sprijinire sau legturi suplimentare a elementelor structurale cu risc de

colaps, etc.

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

caracteristicile reziduale ale structurii de beton armat.

(iii) Concepte de reabilitare: soluii de consolidare n acord cu consideraii

economice, sociale, istorice, etc.

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

efectelor consolidrii, redimensionarea elementelor structurale.

14

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

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

clasificate astfel [30][62][63][71]:

1. Aciuni accidentale sau extraordinare:

- seism, lunecri de teren;

- explozii;

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

- CU PSTRAREA CERINELOR DE PERFORMAN INIIALE

- CU MODIFICAREA CERINELOR DE PERFORMAN INIIALE

REPARAII

deg

rad

ri l

oca

le fisuri semnificative

coroziunea beton, oel

accidente locale

oboseal local

REABILITARE

[necesar]

deg

rad

ri g

ener

aliz

ate mbtrnire fizic

static, dinamic

oboseal general

fisuri, crpturi puternice

deformaii mari

CONSOLIDARE

MODERNIZARE

REFUNCIONALIZARE

cu/f

r

deg

rad

ri

fizi

ce depreciere moral

depreciere economic

PROCESE DE REFACERE A NIVELELOR DE

PERFORMAN ALE CONSTRUCIILOR

15

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

n zonele critice ale elementelor structurale;

- particulariti la evaluare i reproiectare.

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

modernizare

sprijinirea provizorie a structurii

repararea fisurilor

reabilitarea structurii

cu pstrarea schemei statice

cu modificarea schemei statice

intervenii la fundaii

intervenii la elementele nestructurale

REABILITARE

I N T

E R

V E

N

I I

defeciuni generalizate pe ansamblul cldirii

16

Erorile de proiectare i execuie, la elementele de beton armat, pot consta n [37]:

- nerealizarea clasei de beton prescrise; abateri dimensionale; armare

insuficient/necorespunztoare; detalii necorespunztoare.

Reproiectarea i refacerea capacitii portante a structurii/elementelor structurale

trebuie s in cont de dou aspecte majore: asigurarea exigenelor iniiale i durabilitatea.

O importan major n activitatea de reabilitare/consolidare o are activitatea de

control a calitii.

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

slbit are n vedere urmtoarele:

- demolarea parial; limitarea ncrcrilor din exploatare; substituirea elementelor

grav avariate; restaurarea capacitii portante, a rigiditii i a ductilitii;

consolidarea structurii sau a elementelor structurale.

Fig.1.1 ilustreaz sintetic paii procesului de reabilitare a construciilor cu deficiene

structurale.

Fig. 1.1.Etapele procesului de reabilitare a construciilor cu deficiene structurale

17

1.2. Prezentarea sintetic a unor cazuri de reabilitare din practica naional i

internaional n domeniu

Odat cu trecerea timpului se pune tot mai stringent problema recuperrii,

modernizrii i redrii funcionalitii cldirilor construite cu ani n urm. Conservarea i

prelungirea existenei lor preocup specialitii din domeniu, cu prioritate arhitecii i

proiectanii care vor s repun n valoare construciile care definesc evoluia i specificul

autohton. O prim etap din aceast tentativ o reprezint asigurarea rezistenei structurii pe

care este cldit construcia respectiv.

Foto 1.1 prezint soluii de consolidare de principiu la stlpi, grinzi i diafragme de

beton armat, folosind profile metalice, soluii utilizate frecvent n practica internaional

[21].

n continuare sunt prezentate cteva cazuri de consolidare realizate pe plan

internaional n ultimii zece ani [20][48].

Foto 1.2 prezint o structur de beton armat din Mexico City, structur ce este

dezvoltat pe nou niveluri, la care s-a consolidat, cu profile metalice, tot al doilea, respectiv

al treilea cadru, cu scopul asigurrii rigiditii si rezistenei la fore orizontale.

n Foto 1.3 ntlnim reabilitarea unor fundaii ale unei structuri industriale din

Agnano, Napoli. S-au realizat grinzi de fundare de echilibrare din beton armat.

Foto 1.4 (a i b) prezint sisteme de contravntuire pentru structuri de beton armat.

La staia electric de putere din Ungaria, Foto 1.5, a fost necesar dispunerea unor

contravntuiri de consolidare la fore orizontale. Structur consolidat sub exploatare.

Foto 1.6 prezint consolidarea unei structuri antice cu funciunea de muzeu, din

Rione Terra, Pozzuoli (Italia), unde s-au dispus contravntuiri metalice pentru rigidizarea

pereilor din zidrie.

Structurile din Foto 1.7 i 1.8 au fost consolidate cu sisteme metalice de

contravntuiri datorate deplasrilor mari pe orizontal ce au aprut la vrful lor, realizndu-

se mbuntirea comportrii la seism. Soluii de consolidare executate sub exploatare.

n Foto 1.9 este prezentat o structur veche consolidat prin dispunerea de

contravntuiri aranjate ntr-o form interesant arhitectural.

Foto 1.10 prezint soluia de consolidare, executat sub exploatare, la aciunea

seismic, a cldirii University of California, Berkeley, Pennsylvania, SUA. S-a rezolvat prin

realizarea unei structuri suplimentare de rezisten exterioare, prin dispunerea de cadre

18

metalice contravntuite, cadre care sunt conectate cu structura de beton prin intermediul

unor uruburi autoforante.

Foto 1.1 (a-d). Soluii utilizate pentru reabilitarea stlpilor de

beton armat, respectiv a nodurilor de cadru

Foto 1.1. (e-f). Soluii utilizate

pentru reabilitarea grinzilor de

planeu

f

e

d c

b a

19

Foto 1.2. Structur de beton armat la o cldire din Mexico City

Foto 1.3.Cldire industrial n Agnano (Napoli, Italia)

a

b

20

Foto 1.4. Sisteme de

contravntuire pentru

structuri de beton

armat (a, b) Foto 1.5. Staie electric de putere -

Ungaria

Foto 1.6. Parcul

arheologic din Rione

Terra, Pozzuoli, Italia

b

a

21

Foto 1.7. Mexico City. Mexic Foto 1.8. Tessaloniki, Grecia

Foto 1.9. Parcarea

Autosylos,

California, SUA

22

Foto 1.10. University of California,

Berkeley, Pennsylvania, SUA

Foto 1.11. Cldirea Roemerhof, Zurich, Elveia (vedere de ansamblu i seciune)

23

Cldirea Romerhof din Zrich, Elveia (Foto 1.11) este o structur cu foarte multe

compartimentri mici, adugate ulterior de ctre fiecare proprietar. S-au pstrat faadele i n

interior s-a construit o structur metalic independent n care s-au ancorat faadele

existente.

Foto 1.12 trateaz un alt caz de consolidare la Orfelinatul Kannerland Limpertsberg

din Luxemburg, rezolvat tot cu structur metalic dispus n interiorul faadelor, ca i la

exemplul anterior. La aceast cldire, deoarece peretele din zidrie mixt (piatr i

crmid) avea grosime de peste 70 cm, grinzile structurii metalice din interior au fost

sprijinite (descrcate) direct pe aceti perei de zidrie. S-au turnat centuri noi pentru

descrcarea acestor grinzi.

La Jolly Hotel din Caserta, Italia (Foto 1.13) structura metalic cu care a fost

consolidat structura a fost dispus la exteriorul cldirii vechi.

n cartierul Capodimonte din Ancona, Italia (Foto 1.14) sunt vechi case pescreti

pentru care primria a finanat reabilitarea deoarece fac parte din patrimoniul cultural al

Anconei. Soluia aleas a fost cu structur metalic independent interioar, fundaii noi cu

cuzinet, acoperi din lemn nlocuit cu acoperi pe structur metalic, avnd aceeai

configuraie. Planeele intermediare au fost refcute n totalitate pe soluia dal mixt oel-

beton (tabl cutat, conectori i beton). Faadele iniiale au fost pstrate. La ora actual n

interiorul acestor construcii se afl apartamente de lux.

Urmtorul caz prezentat n Foto 1.15 reprezint Palatul Ducal din Genova, Italia.

Toate elementele iniiale, care se observ n imagini, au fost realizate din lemn, care n timp

s-au deteriorat, iar n unele pri au fost distruse de un incendiu. Au fost nlocuite cu

elemente metalice, avnd aceeai seciune, vopsite astfel nct s par din lemn. A doua

problem care s-a urmrit la acest caz de reabilitare a fost reducerea greutii proprii a

construciei, pentru c au aprut cedri ale infrastructurii. Deoarece n subsolul cldirii

exist vestigii istorice i morminte, nu s-a putut interveni la partea de fundaii-infrastructur.

S-a ales soluia nlocuirii a ct mai multor elemente din piatr (acoperiul, diverse

ornamente) cu elemente uoare (n principal realizate din metal), respectiv s-a renunat la

stratul termoizolant realizat din nisip cu zgur din podul cldirii, care a fost nlocuit cu vat

mineral. Scara care ducea la dormitorul ducelui a fost refcut pe soluie metalic. Aceast

scar este celebr datorit dimensiunilor foarte mari, fiind construit astfel nct ducele s

poat fi dus la culcare pe calul su.

24

Foto 1.12. Orfelinatul Kannerland Limpertsberg, Luxemburg (vedere i seciune)

Foto 1.13. Jolly Hotel din Caserta, Italia

25

Foto 1.14. Case pescreti de patrimoniu situate n cartierul Capodimonte

din Ancona, Italia

26

Foto 1.15. Palatul ducal din Genova, Italia (nainte i dup reabilitare)

b a

d c

f e

27

Se prezint n continuare cteva realizri n domeniul consolidrii structurilor de

rezisten a cldirilor industriale realizate la noi n ar, n ultimii ani.

Turnul de rcire cu tiraj forat TRF 3 de la Iernut (Foto 1.16). Este format din 11

celule cu dimensiunile 10,3 x 10,3 m, suprafaa irigat 125 mp i debit de rcire 1100 mc/h.

Structura de rezisten este realizat din elemente de beton armat prefabricat, iar nchiderile

realizate cu plci ondulate din azbociment. nlimea turnurilor este de 16,0 m.

Starea tehnic a structurii nainte de reabilitare (foto 1.16 a, b, c, d): plcile plane de

azbociment erau parial degradate n zona bazinului de colectare a apei rcite; elementele de

beton au prezentat degradri (fisuri, crpturi, desprinderi); s-a identificat un nivel ridicat de

coroziune chimic a suprafeei elementelor de beton armat a suprastructurii i a armturilor

a cror protecie de beton a fost degradat.

Msurile de intervenie luate: elementele principale de rezisten care fac parte din

cadrul spaial au fost cmuite cu beton armat de grosime 7-8 cm. S-au fcut reparaii

locale n zonele n care aceast intervenie era suficient. S-a refcut izolaia. S-au reabilitat

sau nlocuit piesele metalice afectate de rugin [75][76].

Foto 1.17 surprinde reabilitarea arcelor metalice de la structura de rezisten a

Depozitului de fosforite de la Azomure Tg. Mure.

Structura de rezisten a depozitului este realizat din arce metalice cu 3 articulaii,

cu deschiderea de 30,00 m i sgeata de 14,25 m. Traveea este de 6,0 m (9 travei), cu

excepia traveii centrale care este de 12,00 m.

Arcele curente au seciunea I, cu inim plin, alctuit. nlimea seciunii este de

700 mm, iar limea tlpilor de 300 mm. Grosimea tablei folosite la confecionarea inimii i

a tlpilor este de 10 mm.

Arcele reazem, prin intermediul unor aparate de reazem metalice tip articulaie, pe

blocuri de fundaie izolate.

Starea tehnic a arcelor (foto 1.17, a, b, c, e) const n:

coroziunea prii inferioare la unele arce metalice datorat contactului cu materialul

depozitat. Datorit prezenei materialului depozitat nu se pot face investigaii detaliate care

s pun n eviden starea tehnic a arcelor;

deformarea tlpii arcelor adiacente intrrii, prin lovire accidental cu utilajele care

ncarc materialul n buncrul de plecare din depozit;

coroziunea elementelor metalice ale pasarelei de susinere a benzii transportoare.

Soluia de consolidare a constat n refacerea seciunii arcelor n zonele n care

seciunea inimii sau a tlpilor s-a redus cu mai mult de 10%. S-a intervenit difereniat

28

funcie de nivelul de degradare a fiecrei zone, soluia de reabilitare fiind adaptat pentru 3

cazuri: (ti7mm, tt< 7mm); (ti 7mm, tt 7mm); (ti = 5 - 7mm, tt= 5 - 7mm). S-a utilizat

tabl de 10 mm ( foto 1.17 d, f).

Dup consolidare, arcele au fost protejate mpotriva materialului depozitat, n zona

reazemelor, la interiorul i la exteriorul pereilor-zid de sprijin, cu ajutorul unor cutii

metalice (foto 1.17 g).

Foto 1.18 prezint imagini privind consolidarea, sub exploatare, a Turnului de

ntoarcere a estacadei 1345 NPK de la Azomure Tg. Mure.

Starea tehnic a structurii turnului, nainte de consolidare, era caracterizat prin

existena unui proces avansat de degradare a betonului i a armturii (foto 1.18 a, b, c, d, e).

Nu era posibil cuantificarea capacitii portante a structurii degradate.

Partea inferioar a turnului, cuprins ntre 0,00 i +10,00 m, a fost consolidat n

anul 1991, cu profile metalice plus armtur i cmuire cu beton. Procesul de degradare a

betonului i a armturii elementelor consolidate a continuat, n proporie mai redus, n

unele zone ale grinzilor i stlpilor, sub cmuiala de beton.

De la cota +10,00 m pn la extremitatea superioar a turnului (+31,00), starea de

degradare a structurii de rezisten era, la data respectiv, mai accentuat dect la nivelurile

inferioare. Degradarea stratului de beton de acoperire a armturii, urmat de desprinderea i

corodarea armturilor longitudinale i transversale, a condus la pierderea aderenei barelor

de armtur.

Soluia de consolidare adoptat a fost condiionat de:

cerina beneficiarului privind execuia consolidrii de a se face sub exploatare;

prezena unor instalaii i conducte plasate pe platformele de la cota +5,0 i +10,0,

respectiv a unor coloane de evi tehnologice n interiorul turnului ce nu au putut fi

dezafectate pe perioada execuiei lucrrilor;

amplasamentul turnului n vecintatea altor construcii industriale i existena unor

trasee de conducte tehnologice ce limiteaz accesul cu automacarale pe dou din feele

turnului;

regimul de nlime mare a turnului;

condiiile de fundare a turnului: forma n plan a fundaiei i adncimea mare de

fundaie;

starea tehnic a structurii de rezisten de beton armat, imposibilitatea estimrii

capacitii portante a structurii degradate, respectiv a adoptrii unor soluii pentru aducerea

structurii de beton armat la nivelul de siguran necesar;

29

riscul semnificativ privind cedarea accidental a structurii de rezisten a turnului

pe perioada execuiei, fr posibilitatea prevederii unor msuri raionale care s evite acest

lucru n primele etape ale execuiei.

n ceea ce privesc caracteristicile soluiei adoptate, structura metalic, dezvoltat

pn la cota +31,0 m, a fost conformat astfel nct s asigure preluarea n totalitate a

sarcinilor gravitaionale i orizontale ce acioneaz asupra turnului.

Structura metalic de susinere, (foto 1.18 f-j), realizat din oel S235J2G3, este

constituit din 4 profile cu seciune alctuit din eav ptrat 2 200x200x8 solidarizate cu

zbrele. Diagonalele sunt din eav 60x6, montanii din eav ptrat 100x100x7,1.

Diagonalele orizontale sunt din eav ptrat 60x60x7,1. Structura cu zbrele are forma n

plan ptrat cu latura de 5340 mm, rotit cu 45 fa de structura turnului. Dimensiunea

ptratului este stabilit astfel nct s se adapteze la forma dreptunghiular a turnului

(7,0x7.2 m la exterior) i s permit uniformizarea detaliilor de alctuire. Rotirea a fost

determinat de posibilitatea realizrii sau a montrii, majoritar din exteriorul turnului, a

structurii metalice.

La partea superioar se realizeaz devierea tlpilor turnului metalic n vederea

realizrii condiiilor de rezemare a camerei de beton armat la cota +31,0 m. Aceeai soluie

de deviere a fost adoptat i deasupra nivelului platformei de la +10,0 m n vederea

asigurrii rezemrii pe fundaii.

Structura metalic a consolidrii descarc pe extremitile a 4 grinzi de beton armat

(cu nlime de 80 cm, de la cota -0,90 la -0,10), rezemate pe talpa superioar a grinzilor de

fundaie existente. Grinzile propuse au i rol de grinzi de echilibrare, descrcarea stlpilor

structurii de consolidare fcndu-se excentric fa de axul grinzilor de fundaie existente.

Structura metalic de consolidare este fixat i conectat la fore orizontale de

structura n cadre de beton armat a primelor dou niveluri de baz ale turnului.

Aceast zon a turnului are i rolul fixrii sau al ncastrrii la fore orizontale a

structurii metalice de consolidare, motiv pentru care, la aceste prime dou niveluri ale

cadrului de beton armat a turnului, s-a asigurat capacitatea de lucru la fore orizontale printr-

o soluie adecvat de reabilitare a nodurilor de cadru (armare transversal la stlpi, ancorare

a armturii longitudinale din grinzi, n zona nodului).

30

Foto 1.16. Turnul de rcire forat TRF 3, Iernut:

starea tehnic iniial

Foto 1.16. Turnul de

rcire forat TRF 3,

Iernut: situaia dup

reabilitare (e)

a

b

c d

e

31

DEPOZIT

FOSFORITE

ARCE METALICE

NEREABILITATE

Foto 1.17. Arcele metalice ale structurii depozitului de

fosforite de la complexul industrial Azomure, Trgu Mure

d

g

b

c

a

a

f

d

e f g

32

b c

a

Foto 1.18. Turnul de ntoarcere de la complexul

industrial Azomure, Tg. Mure: starea tehnic

iniial (a-e)

Betonul i armtura sunt degradate accentuat. Capacitatea portant a structurii

de beton armat nu este cuantificabil.

a

b

e

c

d

33

Foto 1.18. Turnul de ntoarcere de la complexul industrial Azomure, Tg. Mure:

situaia dup consolidare (f-j)

Foto 1.18. Turnul de

ntoarcere de la complexul

industrial Azomure, Tg.

Mure: detalii ale structurii

metalice de susinere a

camerei de deviere, realizat

sub exploatare (f-j)

h i

j

g f

34

1.3. Procedee de refacere a capacitii portante la elementele liniare de beton

armat i precomprimat GRINZI

Deficienele structurale care conduc la necesitatea refacerii capacitii portante a

grinzilor de beton armat i precomprimat sunt datorate n general[1]:

(i) exploatrii: condiii severe de mediu, suprasolicitrii statice sau dinamice;

(ii) deficienelor de execuie: beton sub clasa prescris, goluri, segregri, fisuri i

deformaii datorate decofrrii timpurii, precomprimarea/armarea 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 schemei statice iniiale prin reducerea deschiderii elementului;

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

1.3.1. Refacerea capacitii portante a grinzilor fr modificarea schemei statice se

realizeaz prin[37][43]:

- 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 [4] (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 mod de refacere a capacitii portante la grinzi presupune un

consum foarte mare de manoper, cu ntreruperea proceselor tehnologice susinute de

structur.

1.3.2. Refacerea capacitii portante a grinzilor prin modificarea gabaritului iniial

La grinzi de hale industriale parter, schema static adoptat n general pentru grinda

de acoperi este de simpl rezemare, ceea ce permite refacerea capacitii portante prin

micorarea deschiderii, rezolvrile posibile fiind:

- realizarea de console rigide de beton armat sub grinzi (Fig. 1.5.), unde conlucrarea

betonului nou cu cel vechi se asigur prin preluarea lunecrii cu armtura transversal i

frecarea pe nlimea cmuirii de beton pe stlpi;

35

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

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

Este necesar introducerea eforturilor iniiale pentru intrarea n lucru a noilor

reazeme.

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

posibil prin urmtoarele metode[37][18]:

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

introducerea tiranilor macaz (Fig.1.7.), unde fixarea deviatorului se realizeaz 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 creterii performanelor grinzii.

1.3.4. 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[46]. 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 semnificative 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).

36

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;

37

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).

38

Fig. 1.4.Consolidare prin suplimentare de armturi transversale

39

Fig. 1.5.Consolidare prin reducerea deschiderii de calcul

Fig. 1.6. Consolidare prin utilizarea contrafielor metalice

40

Fig. 1.7. Consolidarea grinzilor prin tirani macaz

Fig. 1.8.Consolidarea grinzilor prin hobanare

41

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 [42] (Fig.1.9).

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

cu tirani macaz cu eforturi iniiale (a-e)

42

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

STLPI

Consolidarea stlpilor de beton armat, n vederea refacerii capacitii portante, este

o operaie necesar datorit defeciunilor care apar ca urmare a [33] [37][49]:

- exploatrii: condiii severe de mediu, suprancrcrii statice sau dinamice etc.;

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

deformaii datorate decofrrii timpurii etc.

Defeciunile manifestate local sau pe ansamblul stlpului se trateaz diferit,

producnd modificri structurale [23].

n comparaie cu proiectarea structurilor noi, la structurile cu defeciuni exist un

numr de probleme care amplific dificultile de proiectare ale acestora[5]:

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

eforturilor n elementele structurale;

- evaluarea tuturor discontinuitilor geometrice i mecanice.

Experiena cumulat n decursul timpului a condus la generalizarea unor tehnici de

consolidare. Pentru stlpi de beton armat consolidarea se poate executa prin:

- substituire sau refacere 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[14].

Materialele care se utilizeaz la consolidarea stlpilor trebuie s ndeplineasc

urmtoarele 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.

1.4.1. Consolidarea cu beton turnat n cofraj

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

nesigur. Sunt necesare msuri speciale de precauie[23]:

- nlturarea betonului defect;

- prelucrarea suprafeelor betonului vechi n vederea asigurrii unor suprafee

rugoase cu beton sntos;

- ndeprtarea ruginii de pe armturi i neutralizarea procesului de coroziune

43

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

44

- splarea prafului de pe suprafeele betonului vechi;

- 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.

1.4.2. 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 tehnologice de aplicare 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

45

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.

1.4.3. Utilizarea rinilor n consolidri de stlpi se face pentru[23][97]:

- injectarea fisurilor;

- 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 si ageni chimici

- au modulul de elasticitate 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.

1.4.4. 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;

- 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.

46

Armturile de consolidare a stlpilor se protejeaz fa de agenii corozivi[98] 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.

1.5. 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[46]. n aceast situaie, pentru restaurarea

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

(tirani) 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 micarea pmntului i spectrul de rspuns al construciei, este indicat s se

modifice rigiditatea cadrului prin adoptarea soluiei din Fig. 1.12.c.

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

deschiderea grinzii i nlimea stlpului este redus. Se pstreaz astfel proprietile ductile

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

47

Fig. 1.12. Consolidarea unei structuri n cadre de b.a.: a) aciunea orizontal din seism;

b) prevederea tendoanelor pentru nchiderea fisurilor: c) contravntuiri metalice pentru

corectarea rigiditii structurii i a ductilitii ei.

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

cele prevzute n normativele actuale, sau lipsa normativelor 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. Modificrile necesare,

atrag corecia total de rigiditate a structurii i a ductilitii ei. Tehnicile actuale se regsesc

n urmtoarele procedee generale[2]:

bare 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[37].

48

Capitolul 2

REABILITAREA SUB EXPLOATARE A ELEMENTELOR LINIARE

2.1. Principii teoretice de abordare a reabilitrii sub exploatare

2.1.1. Probleme ridicate de reabilitarea unei construcii [31][37]

2.1.1.1. Defectele unei construcii

Deficienele structurale constituie anomalii ale construciei, prezente local sau

generalizate, care impun remedieri/consolidri, executate de regul cu ntreruperea activitii

normale i cu cheltuieli, n unele cazuri, mari.

Principalele categorii de deficiene:

2.1.1.1.1. Deficiene datorate proiectrii:

- conceptul structural cu soluii constructive neraionale din punct de vedere tehnic i

economic (ex: sensibilitatea soluiei constructive la abateri de execuie);

- 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 comportarea real a structurii;

- 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.).

2.1.1.1.2. Deficiene 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.).

49

2.1.1.1.3. Deficiene ce se produc n timpul exploatrii:

- deficiene ascunse, cauzate de execuia necorespunztoare, i care ies n eviden

n timpul folosirii construciei i pot produce degradri ale construciilor;

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

maxime;

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

lipsa de ntreinere normal a construciei, de depirea ncrcrilor admise, de schimbarea

neautorizat a destinaiei cldirii sau intervenii neautorizate asupra structurii de rezisten,

de exploatarea necorespunztoare a instalaiilor i utilajelor ce funcioneaz n cldire (ce

pot conduce la degajri accidentale de gaze sau lichide corozive, cu aciune agresiv asupra

elementelor construciei).[31][37]

2.1.1.2. Analiza deficienelor constatate

Pentru adoptarea unei soluii de reabilitare eficiente 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 acestei probleme.

Deficienele sunt provocate, de regul, de un complex de cauze, cu grad diferit de

influen asupra strii tehnice, dar aciunea lor suprapus conduce la amplificarea

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

a problemei[50].

Pentru nlturarea deficienelor exist posibiliti variate, dar 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 afectat gradul de siguran necesar;

- s se execute uor i cu mijloace curente;

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

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

ntrerupere limitat n timp.

2.1.2. Reabilitarea sub exploatare a unei construcii

2.1.2.1. 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.

50

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 execuie, deformaii accentuate 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.[37]

2.1.2.2. 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 sub exploatare a unor

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

enunate.

2.1.2.2.1. Grinzi consolidate cu tirani macaz

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

Varianta cu efort iniial este mai eficient, dar totodat i mai pretenioas

tehnologic. Este utilizat i sistemul de tirani macaz nepretensionai. In continuare este

prezentat 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), conduce, din punct de vedere mecanic, la modificarea strii

de solicitare n element dup consolidare din ncovoiere n ncovoiere cu efort axial.

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 [47].

51

Se pot identifica:

- 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 grinda 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 funciunea

interioar;

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

nalt grad de prefabricare, montai de regul fr ntreruperea procesului de exploatare;

- ntreinerea / nlocuirea tirantului nu ridic probleme tehnologice deosebite.

Ca soluie de 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, dispui simetric n seciunea

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

metalice pentru deviere [61]. Transferul eforturilor iniiale i variaia din sarcini de

exploatare se face prin piesele de ancorare i prin deviatorii tirantului. In Fig. 2.1 se prezint

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. 2.2.).[18][19]

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

52

Fig. 2.1. Transferul eforturilor iniiale i variaia din sarcini de exploatare

53

Fig. 2.2. Efectul favorabil al precomprimrii exterioare asupra grinzii din beton armat

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.

Ca 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.

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.

54

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;

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

variaia momentului ncovoietor M este preluat numai de barele de armatur iniiale i nu i

de cele din precomprimarea adiional, fapt care nu reduce riscul ruperii barelor 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

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

adic precomprimarea exterioar este considerat ca un sistem de fore exterioare.

(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 [37][42][58].

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.

2.1.2.2.2. Stlpi consolidai cu distanieri precomprimai

Consolidarea stlpilor cu ajutorul sistemelor spaiale alctuite din elemente

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

longitudinale.

Eforturile iniiale introduse n faza de montare au rolul:

- de a asigura intrarea n lucru a sistemului de consolidare;

55

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

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.

2.1.2.2.3. 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 deranjeze n ct mai mic msur

procesul 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[37].

56

2.1.3. 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.

2.2. Calculul sistemelor de consolidare ale elementelor liniare

2.2.1.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 i 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,

57

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

pretensionarea tirantului (situaie n care se utilizeaz oeluri cu caracteristici superioare).

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 [38][47].

2.2.2. Predimensionarea tiranilor macaz de consolidare [38]

2.2.2.1. 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.

2.2.2.2. Calculul efortului n tirantul macaz

Calculul se face pe structura din Fig. 2.3. 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 vor determina eforturile n tirant produse de o sarcin uniform distribuit pc, dispus pe

grind dup realizarea consolidrii ei.

58

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.

2.3.c. Sub aciunea sarcinii

exterioare pc, diagrama de

moment pe sistemul de baz

Mxs este prezentat n Fig.

2.3.d. 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. 2.3. Calculul efortului pe o

grind de beton armat consolidat cu tirani macaz i montani

Ecuaia de condiie are forma:

( 11 + 56 ) X1 + 1S= 0 (2.1)

deci X1 =

, unde:

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

56 =

59

Calculul deplasrii 1S

1S=

*

( )

( )( )

(

) (

)+

1S= -

*

( )

( )( )

( ) +

= -

[ ( ) ( )( ) ( ) ]

= -

( ) (2.2)

Calculul deplasrilor 11 :

( )

( )

=

(

)

( )

( )

Deci deplasarea total din X1 = 1:

( )

( )

( )

=

( )

(

)

( )( ) (2.3)

unde =

( ) (

) (2.4)

n relaia (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

60

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:

( )

=

( )

=

[ ( ) ] (2.7)

( )

( )

( )

( )

*

( ) +

(

)

[ ( ) ] ( ) (2.8)

X1 = ( )

[ ( ) ]

(2.9)

( ) (2.10)

2.2.2.3. Determinarea coeficientului de eficien d

Utilizarea relaiilor (2.5) i (2.9) la stabilirea valorii efortului n tirant X1 necesit

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

61

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 (2.5.) i (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 s o preia grinda dup consolidare

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

consolidare

(

) ( ) (2.11)

unde:

=coeficientul de eficien a sistemului de consolidare (2.12)

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

( )

( )

( )

( )

Notnd ( )

( ) (2.13)

expresia coeficientului de eficien devine:

(2.14)

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

momentul la mijlocul grinzii:

( ) (

)

( )

62

unde:

(2.15)

Introducnd valoarea lui X1 n expresia lui d obinem:

[ ( ) ] ( )

[ ( ) ]

Notnd dmax [ ( ) ]( )

[ ( ) ] (2.16)

expresia coeficientului de eficien devine:

(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:

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

efective a tirantului i calculat n consecin;

63

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 activtg

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

Predimensionarea forei de prentindere n tirant se