Infrastructuri

1. Prevederi generale

Infrastructura cuprinde elementele substructurii si fundatiile.

Fundatiile, considerate ca elemente care transmit eforturile la terenul de fundare, sunt tratate in capitolele 4 11. Prevederile privind fundatiile, prezentate in continuare, considera efectele determinate de conlucrarea acestora in ansamblul infrastructurii.

1.1. Clasificarea infrastructurilor dupa modul de comportare la actiuni seismice

. Infrastructuri cu comportare elastica, la constructiile proiectate sa dezvolte deformatii plastice in cazul actiunilor seismice exclusiv in suprastructura. In acest caz, infrastructura nu se conformeaza cerintelor specifice menite sa ii asigure o comportare ductila. Rezistenta infrastructurii este calibrata cu solicitarile transmise de suprastructura plastifiata.

. Infrastructuri ductile la constructiile in care, prin calibrarea capacitatilor de rezistenta, deformatiile plastice se dezvolta si in substructura. Zonele potential plastice ale infrastructurii se proiecteaza astfel incat sa prezinte o comportare favorabila in domeniul postelastic (deformatii limita mai mari, fara degradare de rezistenta etc.).

In cazul incarcarilor gravitationale nu se admite ca terenul de fundare, fundatiile si elementele substructurii sa fie degradate, adica rezistenta la actiuni verticale sa fie micsorata ca urmare a deformatiei plastice dezvoltate in infrastructura ductila.

De regula, mecanismele de disipare a energiei induse de cutremur bazate pe dezvoltarea de articulatii plastice in elementele infrastructurii nu elimina in totalitate plastificarea suprastructurii, deci vor fi adoptate doar daca conduc la comportari structurale avantajoase verificabile.

1.2. Clasificarea infrastructurilor dupa modul de solicitare a terenului de fundare

In gruparile fundamentale de incarcari toata suprafata fundatiilor trebuie sa fie in contact cu terenul de fundare (arie activa 100%); presiunile pe teren sa fie cat mai uniforme.

Distributia de presiuni pe terenul de fundare in cazul gruparilor speciale de incarcari care cuprind   si actiuni seismice pot fi:

- presiuni pe toata suprafata talpii fundatiei (fundatie fara desprinderi de pe teren);

- compresiuni pe o portiune limitata a talpii fundatiei, cand fundatia se desprinde partial de pe teren.

Aria activa a talpii fundatiei trebuie sa respecte urmatoarele limite in cazul gruparilor speciale   de incarcari:

- la constructii la care distributia de presiune pe teren pentru ansamblul fundatiilor este cvasiliniara (constructii cu subsol rigid, turnuri cu o singura fundatie, castele de apa, silozuri etc.), aria activa (A_a) minima este 0.80 din suprafata fundatiei; rotirea ansamblului constructiei pe teren, in gruparile speciale de incarcari, se va limita la 0.005 radiani; rotirea fundatiei pe teren se determina considerand caracteristicile terenului de fundare corespunzatoare actiunilor statice;

- constructiile rezemate pe fundatii izolate (structuri in cadre etc.) vor avea pentru fiecare fundatie aria activa minima 0.50.

2. Schematizarea incarcarilor pentru calculul infrastructurii

Incarcarile transmise infrastructurilor se stabilesc conform prevederilor de la pct. 5.

Actiunile transmise de suprastructura la elementele infrastructurii pot fi considerate pentru calculul static astfel:

- daca inaltimea sectiunii transversale a elementului vertical (h) respecta conditia (1), eforturile transmise infrastructurii se pot considera aplicate punctual, in centrul de greutate al sectiunii elementului vertical (fig.1.a):

unde: h_p este inaltimea sectiunii transversale a peretelui substructurii, inaltimea sectiunii transversale in zona de rezemare a elementului vertical;

- daca conditia (1) nu este realizata, actiunile transmise de elementul vertical, in gruparile speciale de incarcari, se considera ca in figura 1.b; in gruparile fundamentale de incarcari se admit simplificari ale schemei de incarcare a infrastructurii.

Fig. 1 Incarcari transmise infrastructurii

3. Calculul eforturilor in elementele infrastructurii

Eforturile in elementele infrastructurii constructiilor se determina pentru incarcarile precizate la punctul 2.

Eforturile din fazele intermediare de executie ale constructiei vor fi considerate la proiectarea infrastructurilor (fig.2). Se recomanda ca prin masuri adecvate de etapizare a executiei etc. precizate in proiect, solicitarile infrastructurii in fazele intermediare sa fie inferioare solicitarilor rezultate din calculul ansamblului constructiei.

Fig. 2 Solicitari ale elementeleor infrastructurii in faze intermediare de executie ale constructiei

Daca conditiile de exploatare ale constructiei, de teren de fundare, tasari diferentiale etc. determina si alte situatii de incarcare semnificative, acestea vor fi luate in considerare la proiectarea elementelor structurale (fig. 3).

3.1. Schematizarea pentru calcul a infrastructurii

Modelarea infrastructurilor pentru calculul eforturilor se va adapta caracteristicilor sistemului structural al constructiei precum si influentelor determinate de proprietatile mecanice aleterenului de fundare.

Schematizarea pentru un calcul riguros implica considerarea ansamblului suprastructura, infrastructura si terenul de fundare. Calculul eforturilor implica utilizarea de programe de calcul specializate in care structura este "fidel" modelata iar terenul de fundare este considerat ca un mediu continuu.

Fig. 3 Solicitari ale elementelor infrastructurii datorita incarcarii excentrice a fundatiilor

Sunt recomandate urmatoarele modelari simplificate ale infrastructurii pentru calcul:

- infrastructurile alcatuite din pereti de beton armat, planseu/plansee si fundatii tip radier general se modeleaza in ansamblu prin metoda elementelor finite, calculul fiind abordabil cu programe specializate; infrastructura se caracterizeaza prin rigiditate si rezistenta apreciabile la momente de torsiune in sectiuni verticale; terenul de fundare se poate modela ca un mediu elastic tip Winkler; eforturile in elementele infrastructurii se determina prin integrarea eforturilor in elementele finite;

- infrastructurile alcatuite din pereti de beton armat, planseu peste subsol si fundatii continue sub pereti se pot modela ca un sistem de grinzi de fundare rezemate pe mediu elastic tip Winkler;

- infrastructurile alcatuite din grinzi de fundare si fundatii izolate pot fi modelate in calcul ca un sistem de bare cu reazeme elastice (incastrari partiale).

3.2. Schematizarea pentru calcul a peretilor cu goluri ai infrastructurilor

La peretii infrastructurilor care se pot modela ca un sistem de grinzi pe mediu elastic, zonele cu goluri se pot considera in calculul static astfel:

goluri mari care reduc sectiunea transversala de forfecare cu mai mult de 1/4 din aria de forfecare totala, la care diagrama de momente incovoietoare nu se anuleaza pe latimea golului (fig. 4.a);

. goluri mari la care diagrama de momente incovoietoare se anuleaza pe latimea golului  (fig. 4. b);

goluri mici care reduc sectiunea de forfecare cu mai putin de 25% din aria totala de forfecare (fig. 5).

3.3. Schematizarea terenului de fundare pentru calcul infrastructurilor

Daca in calculul eforturilor infrastructura poate fi considerata ca un sistem de grinzi de fundare sunt admise modelarile date la capitolul 8.

4. Dimensionarea elementelor infrastructurii

Elementele de beton armat ale infrastructurilor se dimensioneaza conform prevederilor generale din STAS 10107/0-90.

a)     Goluri mari

cazul in care diagrama de momente incovoietoare nu se anuleaza pe deschiderea golului

b)     Goluri mari

cazul in care diagrama de momente incovoietoare se anuleaza pe deschiderea golului

Fig. 4

Fig. 5 Goluri mici in peretii infrastructurilor

4.1. Verificarea planseelor

Planseele care conlucreaza in ansamblul infrastructurilor sunt solicitate cu sarcini semnificative in planul lor (comportare specifica de diafragma orizontala) si cu incarcari normale pe plan (comportare de planseu).

Diafragmele orizontale se verifica si la eforturile locale in zonele de intersectie cu elementele structurale verticale (pct. 5).

Verificarea sectiunilor de beton si de armatura se face conform prevederilor generale din  STAS 10107/0-90. In calcul se va considera efectul combinat al solicitarilor specifice planseelorsi diafragmelor orizontale.

Armaturile de centura se dimensioneaza considerand valoarea maxima a fortei taietoare din peretii structuali (fig.6).

Fig.6

4.2. Verificarea peretilor

Verificarea peretilor va considera solicitarile determinate de participarea la preluarea eforturilor infrastructurii si a incarcarilor aplicate direct acestora (impingerea pamantului, presiunea apelor subterane etc.).

Dimensionarea sectiunilor de beton si de armatura se face conform prevederilor generale dinSTAS 10107/0-90. In calcul se va considera efectul combinat al solicitarilor specifice.

Verificarile specifice grinzilor pereti se vor aplica in situatiile in care comportarea peretilor infrastructurilor este asimilabila acestora:

- diagrama de momente incovoietoare se anuleaza la distante mai mici decat inaltimea sectiunii;

- eforturile unitare verticale (s_z) sunt semnificative pentru solicitarea peretelui.

4.3. Verificarea peretilor in zonele de discontinuitate

4.3.1. Intersectii de pereti structurali ai infrastructurii cu rezemari indirecte

Intersectiile de pereti cu forma in plan L, T etc., de regula fara elemente verticale incarcate axial, pot realiza rezemari indirecte care impun si verificari ale armaturilor de suspendare.

Reactiunea maxima transmisa prin intersectia de pereti determina armatura de suspendare necesara (fig. 7).

Aria de armatura de suspendare A_as este:

unde: F - forta taietoare transmisa intre pereti cu planuri mediane intersectate;

R_a - rezistenta de calcul a armaturii de suspendare.

Armatura de suspendare se ancoreaza in zona de dezvoltare a diagonalelor comprimate din beton.

Sectiunea de beton a peretilor se verifica ca in sectiunile curente.

Fig. 7 Rezemari indirecte - dispunerea armaturilor de suspendare

4.3.2. Intersectii de pereti si plansee la infrastructuri (sectiuni prefisurate)

Verificarea intersectiilor dintre pereti si plansee la forta taietoare considera forta de lunecare maxima transmisa prin rostul de turnare - sectiune prefisurata.

Forta de lunecare rezulta din verificarea ansamblului infrastructurii (pereti, plansee, fundatii)  la incovoiere cu forta taietoare (fig. 8).

Forta de lunecare unitara se poate aproxima ca fiind constanta intre sectiunea de moment incovoietor maxim si sectiunea de moment nul sau sectiunile de aplicare a fortelorconcentrate semnificative.

Daca planseele transmit momente incovoietoare semnificative la pereti (reazeme marginale etc.)se vor verifica sectiunile de beton si armaturi ale peretilor si planseelor.

Armaturile se vor ancora conform regulilor specifice nodurilor.

Fig.8 Distributii de efoturi unitare considerate in verificarea la lunecare

a sectiunilor prefisurate (rosturi orizontale de turnare)

4.3.3. Pereti cu goluri

Golurile in pereti se recomanda sa aibe colturile rotunjite sau tesite.  

Golurile de mici dimensiuni se recomanda sa fie de forma circulara si cofrate cu teava de otel.

Armarea peretelui in zona cu goluri la moment incovoietor se face conform STAS 10107/0-90. Alcatuirea sectiunilor compuse din pereti, plansee si fundatii si schema de armare, cu armaturi cuprinse in centuri, distribuite in pereti, placi si fundatii impune calculul la incovoiere cu metoda generalizata, aplicabila prin utilizarea de programe specializate.

Pentru verificarea sectiunilor cu goluri la forta taietoare, sectiunea de beton trebuie sa asigure respectarea conditiei:

Armatura verticala de bordaj a golurilor mari (fig. 9) se dimensioneaza cu relatia:

In sectiunea curenta armatura verticala se dimensioneaza ca etrieri, conform STAS 10107/0-90.

Armatura longitudinala (orizontala A_ao), distribuita pe inaltimea sectiunii peretelui,   va respecta minimum:

Procentele minime de armatura sunt:

- armatura transversala verticala                               0.20%

- armatura longitudinala distribuita pe inaltimea sectiunii                   0.15%

- armatura longitudinala concentrata la marginea sectiunii (sus/jos)        0.20%.

Fig. 9 Armatura verticala de bordaj a golurilor mari

4.4. Verificarea fundatiilor

Verificarea fundatiilor va considera eforturile sectionale (moment incovoietor, forta taietoare, moment de torsiune si forta axiala) determinate de participarea acestora la infrastructura si de transmitere a incarcarilor la terenul de fundare.

Verificarea sectiunilor de beton si armatura se face conform STAS 10107/0-90.

5. Transmiterea eforturilor la infrastructura prin intermediul planseelor - "efectul de menghina"

5.1. Prevederi generale

Transmiterea eforturilor (M, Q) la infrastructura se realizeaza prin efect de menghina daca elementele verticale ale suprastructurii, care transmit fortele orizontale, intersecteaza cel putin doua plansee ale infrastructurii, rigide si rezistente, cu deplasari neglijabile in plan orizontal (fig. 10a si b).

Fixarea elementelor verticale prin efectul de menghina (fig. 11) se realizeaza daca sunt indeplinite urmatoarele conditii:

a) conectarea dintre elementul vertical si planseul superior poate asigura transmiterea fortei   de legatura (lunecare);

b) planseul superior poate prelua forta transmisa prin efectul de incastrare - conditia de rezistenta la forta taietoare si moment incovoietor a diafragmei orizontale superioare;

c) rezistenta la forta taietoare a elementului vertical pe portiunea dintre elementele care realizeaza efectul de menghina;

d) preluarea fortei orizontale de catre planseul inferior sau de catre fundatia elementului vertical;

e) existenta unor elemente verticale rigide (pereti ai infrastructurii) care sa poata prelua reactiunile planseelor si sa le transmita terenului de fundare (fundatii suficient lestate etc.).

Stalpii de beton armat la care se realizeaza efectul de menghina sunt, de regula, conectati cu planseul superior prin riglele de cadru. In aceste situatii verificarea la lunecare a sectiunilor de conectare precum si a eforturilor in diafragma superioara realizata de planseul superior   nu este semnificativa.

Fig. 10

Fig. 11

5.2. Elemente de calcul, dimensionare si verificare

5.2.1. Transmiterea fortei de lunecare la planseul superior (fig. 12)

Valoarea de calcul a fortei de lunecare (forta transmisa planseului superior L_s) este:

unde: Q_as- forta taietoare in elementul vertical al suprastructurii, asociata mecanismului de plastificare la actiuni seismice;

Q_inf - forta taietoare care se dezvolta in elementul vertical sub planseu; valoarea de calcul   se determina acoperitor:

Valoarea fortei taietoare care se dezvolta in elementul vertical, sub planseul superior este dependenta de gradul de incastrare asigurat de fundatie (fig. 12 a) si de schema de rezemare asigurata de planseele subsolurilor (fig. 12 b si c), in interactiune cu restul peretilor substructurii.

Fig. 12

5.2.2. Verificarea sectiunilor de conectare la lunecare

Efortul tangential mediu t_med pe suprafata de lunecare se limiteaza la:

unde: L_s - forta de lunecare calculata cu (6);

A_wf - suprafata sectiunii de forfecare (lunecare) dintre elementul vertical si planseu (placa); daca suprafata de contact perete - planseu este insuficienta se poate realiza o centura(fig. 11 si fig. 13b); sectiunea de beton si armatura longitudinala a centurii se verifica la efortul axial determinat de forta transmisa planseului;

R_t - rezistenta de calcul la intindere a betonului.

Verificarea la lunecare va lua in considerare efectele determinate de prezenta golurilor din plansee, prin reducerea corespunzatoare a sectiunilor de forfecare in zona de conectare si in verificarea planseelor ca diafragme orizontale.

5.2.3. Armatura in zona de conectare

Armatura de conectare din planseu dispusa perpendicular pe planul de lunecare, calculata conform STAS 10107/0-90, este cel putin:

Armatura se dispune pe lungimea de transmitere corespunzatoare sectiunilor de lunecare (fig. 13).

Fig. 13

5.2.4. Rezemarea elementului vertical la partea inferioara.

Blocarea deplasarilor si preluarea reactiunilor de la partea inferioara se poate asigura de catre fundatii (independente, retele de grinzi sau radier) sau de o diafragma orizontala (planseu intermediar de subsol).

Forta taietoare din elementul vertical (perete, stalp) se considera cu valoarea data de relatia 11 si se considera la determinarea reactiunii aplicate fundatiei sau diafragmei orizontale de la partea inferioara.

In cazul fundatiilor independente, daca forta orizontala (Q_inf) verifica conditia (10), atunci fundatia se fixeaza in plan orizontal prin legaturi cu diafragme orizontale sau grinzi ("centuri")  de fundare.

5.2.5. Verificarea elementului vertical (stalp, perete) pe inaltimea infrastructurii se face conform prevederilor din STAS 10107/0-90.

Efortul tangential mediu este limitat la valoarea:

13. Reglementari tehnice de referinta