Capitolul 10 - INFRASTRUCTURI - Cod din 2013 de proiectare a construcţiilor cu pereţi structurali de beton armat - indicativ CR 2-1-1.1/2013

M.Of. 583 bis

Ieşit din vigoare
Versiune de la: 1 Ianuarie 2014
CAPITOLUL 10:INFRASTRUCTURI
SUBCAPITOLUL 1:10.1. Probleme generale
(1)10.1.1. Condiţiile de alcătuire a infrastructurilor şi modelarea lor pentru calcul fac obiectul reglementărilor tehnice specifice acestor sisteme/componente structurale.
Infrastructura cuprinde sistemul pereţilor şi al planşeelor subsolurilor (dacă acestea există) şi fundaţiile construcţiei, dimensionate şi alcătuite în conformitate cu reglementările tehnice în vigoare privind proiectarea fundaţiilor de suprafaţă.
În principiu, infrastructura este constituită din ansamblul elementelor situate sub marginea inferioară a suprastructurii, având o rigiditate şi o rezistenţă semnificativ mai mare decât a suprastructurii.
Prevederile date în acest capitol au ca principal obiect evidenţierea concepţiei de bază a alcătuirii infrastructurilor clădirilor cu pereţi structurali de beton armat.
Aceste prevederi au un caracter limitat, nefiind în măsura să acopere întreaga problematică specifică şi/sau toate situaţiile posibile.
În ce priveşte modelele şi procedeele de calcul, precum şi soluţionarea unor probleme de detaliu, prevederile din prezentul capitol se referă la un număr limitat de situaţii şi au, de regulă, un caracter orientativ.
În absenţa unor date certe privind distribuţia şi mărimea reacţiunilor pe teren, în special în regim seismic de solicitare, se vor adopta ipoteze cu caracter acoperitor pentru dimensionarea capacităţii de rezistenţă a elementelor infrastructurii.
(2)10.1.2. Clasificări ale infrastructurilor şi ale sistemelor de fundare sub aspectul comportării la acţiuni seismice:
a)După modul în care sunt distribuite presiunile pe tălpile fundaţiilor se identifică următoarele cazuri:
- fundaţii în contact permanent cu terenul (în orice stadiu de solicitare posibilă se dezvoltă practic numai presiuni pe toată suprafaţa de rezemare) care prezintă numai deformaţii elastice;
- fundaţii care în stadiile de solicitare maximă se desprind parţial de teren şi la care presiunile pe teren pot depăşi sau nu limita comportării elastice;
- fundaţii care pot dezvolta eforturi de întindere la contactul cu terenul prin intermediul piloţilor şi/sau pereţilor mulaţi.
b)După nivelul solicitării în elementele infrastructurilor, acestea se diferenţiază în:
- infrastructuri cu comportare elastică;
- infrastructuri cu incursiuni în domeniul postelastic de deformare.
(3)10.1.3. Proiectarea seismică a ansamblului suprastructură-infrastructură-teren, în situaţiile construcţiilor obişnuite în care intervin solicitări în domeniul postelastic, va urmări dirijarea deformaţiilor postelastice cu prioritate în elementele suprastructurii.
Se vor lua măsuri, prin dimensionarea suprafeţelor de rezemare pe teren, pentru încadrarea în limite admisibile a deformaţiilor remanente.
De asemenea, cu excepţia unor cazuri speciale, se va urmări, prin proiectare, limitarea şi, eventual, eliminarea deformării postelastice a elementelor infrastructurii, ale căror degradări sunt dificil de depistat şi, în multe situaţii, dificil de reparat sau de consolidat.
Prin concepţia proiectării şi prin detaliile adoptate trebuie eliminate soluţiile în care pot apărea deformaţii plastice şi, implicit, degradări semnificative în elemente ale infrastructurilor inaccesibile pentru examinare după un eveniment seismic.
SUBCAPITOLUL 2:10.2. Tipuri de infrastructuri
În prezentul paragraf se prezintă, cu caracter exemplificativ şi în mod schematic, câteva tipuri caracteristice de soluţii de infrastructură a construcţiilor cu structura din pereţi structurali, cu mecanisme diferite de plastificare.
a)Fundaţii izolate directe pentru pereţi individuali sau grupuri de pereţi (Fig. 10.1)
În situaţiile unor construcţii în care sunt prevăzuţi pereţi individuali sau nuclee de pereţi cu o comportare specifică de consolă verticală, se poate adopta un sistem de fundare similar celui utilizat pentru fundarea stâlpilor în cadre. Fundaţiile se vor prevedea cu dimensiunile necesare pentru transmiterea la teren a solicitărilor de la baza suprastructurii. Fundaţia va putea îngloba, când aceştia există, pereţii de subsol.
Fig. 10.1
b)Infrastructuri cu elemente de fundare de adâncime
În situaţiile în care suprafaţa de fundare sau capacitatea de rezistenţă a terenului sunt insuficiente, se poate recurge la fundarea de adâncime prin piloţi sau/şi pereţi mulaţi de beton armat, capabili să se încarce la eforturi de compresiune şi de întindere. În vederea sporirii capacităţii de preluare a momentelor de răsturnare la teren şi pentru a asigura condiţiile necesare pentru dezvoltarea unor mecanisme structurale de plastificare în zona de la baza pereţilor, se poate adopta soluţia din Fig. 10.2, cu piloţi evazaţi la bază. În cazul în care piloţii traversează structuri moi până la stratul de bază, se vor lua măsuri speciale pentru preluarea forţelor tăietoare. Se vor putea alege soluţii cu:
- piloţi înclinaţi, capabili să preia, prin compresiune axială, forţele orizontale aferente (Fig. 10.3);
- pereţi mulaţi (sau barete);
- piloţi verticali dimensionaţi adecvat la forţele tăietoare aferente.
c)Fundaţii comune pentru mai mulţi pereţi structurali
În Fig. 10.4(a) se prezintă cazul unor pereţi structurali legaţi printr-o fundaţie comună, iar în Fig. 10.4(b) cazul unor pereţi cuplaţi cu o bază unică. Proporţiile fundaţiilor sunt corelate cu dimensiunile pereţilor.
Fig. 10.4
Porţiunile de perete situate sub cota teoretică de încastrare sunt solicitate la eforturi de natura celor ce apar în nodurile structurilor în cadre, şi, ca atare, vor fi dimensionate în consecinţă.
În funcţie de scopul propus, se vor lua măsuri pentru evitarea apariţiei deformaţiilor plastice în grinda de legătură de la baza pereţilor sau, dimpotrivă, aceste elemente vor fi proiectate ca disipatori de energie, cu măsurile de ductilizare asociate (Fig. 10.5).
d)Infrastructuri care realizează un efect de încastrare (efect de "menghină") al pereţilor prin intermediul planşeului peste subsol (Fig. 10.6).
În asemenea infrastructuri se instalează un mecanism care preia o parte importantă din momentul de răsturnare prin cuplul forţelor dezvoltate în planşeu şi radier.
Acest tip de infrastructură poate fi aplicat, de exemplu, în situaţiile în care funcţiunea subsolului nu permite dispunerea unor pereţi interiori, dar sunt prevăzuţi pereţi perimetrali. Mobilizarea unui asemenea mecanism este condiţionată de capacitatea planşeului de a
îndeplini rolul de diafragmă de "transfer" a eforturilor de la baza suprastructurii la pereţii de contur. "Descărcarea" de momente a pereţilor pe înălţimea subsolului este însoţită de dezvoltarea unor forţe tăietoare înalte, ale căror valori depind de rotirea bazei peretelui în teren (Fig. 10.6c).
Fig. 10.5
Fig. 10.6
e)Infrastructura alcătuită sub formă de reţele de grinzi
Aceste sistem reprezintă o dezvoltare a sistemului (c) prin prevederea de grinzi continue pe două direcţii, sub forma unei reţele. Reţeaua de grinzi poate fi constituită din pereţii subsolului sau poate fi dezvoltată sub cota pardoselii subsolului (Fig. 10.7).
f)Infrastructura alcătuită ca o cutie închisă
Cutia este realizată de ansamblul pereţilor de subsol de contur şi intermediari, şi de diafragmele orizontale constituite de planşeele subsolurilor şi dala de la nivelul terenului. Aceasta poate fi proiectată ca radier pentru a prelua încărcările normale la planul ei, reprezentate de presiunile pe teren. De regulă, acest tip de infrastructură trebuie să fie suficient de rigid şi rezistent pentru a asigura condiţia de încastrare a elementelor verticale ale structurii la nivelul planşeului peste primul subsol.
g)Fundaţii pentru pereţi care se pot roti liber la bază (Fig. 10.8)
Această soluţie este indicată în situaţiile în care nu sunt necesare armături verticale la baza pereţilor pentru preluarea momentelor de răsturnare, ca, de exemplu, în cazul clădirilor cu pereţi deşi cu puţine niveluri.
În acest caz, la fel ca la pereţii de zidărie simplă, momentul de răsturnare este echilibrat de momentul dat de rezultanta presiunilor pe teren (respectiv, în alte cazuri, a presiunilor pe blocul de fundaţie): la nivelul terenului, rezultanta încărcărilor verticale se suprapune cu rezultanta egală ca mărime a presiunilor pe teren.
Pentru aceste infrastructuri, răspunsul seismic al ansamblului structural nu implică deformaţii plastice semnificative, astfel încât la calculul eforturilor se vor considera forţe seismice sporite corespunzător (factor de comportare de ordinul q = 2.. 3).
SUBCAPITOLUL 3:10.3. Indicaţii privind modul de calcul al elementelor infrastructurii
SECŢIUNEA 1:10.3.1. Modelarea pentru calcul
Un model de calcul riguros pentru evaluarea eforturilor din acţiunile verticale şi orizontale în elementele infrastructurii implică considerarea ansamblului spaţial suprastructură-infrastructură-teren de fundare, cu proprietăţi definite prin legi constitutive fidele comportării reale a elementelor care alcătuiesc fiecare dintre cele trei componente. După caz, acţiunile sunt modelate, fie prin intermediul forţelor orizontale de proiectare din acţiunea seismică, fie prin intermediul accelerogramelor.
Dacă fundarea elementelor verticale ale structurii se realizează prin fundaţii independente, de suprafaţă sau de adâncime, sau pe reţele de grinzi, calculul acestora se face cu procedeele curente aplicabile oricărui tip de structură.
În cazul infrastructurilor complexe, alcătuite din ansamblul format din planşeele şi pereţii subsolului şi radier, se vor adopta modele în măsură să evidenţieze cât mai fidel interacţiunea elementelor şi a mecanismului lor de rezistenţă. Se vor utiliza, după caz, elemente de tip bară (grindă sau stâlp) sau elemente de tip placă.
În cazurile obişnuite, în care proiectarea are în vedere realizarea unei suprastructuri disipative şi a unei infrastructuri elastice, o cale aproximativă, simplă, de evaluare a eforturilor în elementele infrastructurii, suficient de riguroasă pentru proiectarea curentă, este aceea de a aplica modelului încărcările gravitaţionale aferente combinaţiei de încărcări seismice şi forţe orizontale mărite faţă de forţele seismice de proiectare (cu rezultanta Fb) pentru a ţine seama de suprarezistenţa structurii mobilizate prin instalarea mecanismului de disipare de energie (Fig. 10.9).
Fig. 10.9
Schema de calcul este prezentată la pct. 10.3.2.
În situaţiile în care mecanismul de încovoiere de ansamblu este preponderent (mecanismul de menghină este slab sau absent), infrastructura se poate modela ca un sistem structural plan, cu eforturile de la baza suprastructurii acţionând perpendicular pe acest plan.
Fig. 10.10
În situaţiile obişnuite, când se urmăreşte ca mecanismul de plastificare al ansamblului să aibă zonele plastice localizate în suprastructură, forţele de legătură dintre suprastructură şi infrastructură vor fi asociate mecanismului de plastificare al suprastructurii. Proprietăţile terenului se vor exprima prin legi de deformare elastică sau prin legi constitutive mai riguroase, astfel încât resorturile care modelează terenul să poată fi definite de legi liniare sau neliniare. Se va ţine seama de posibilitatea ridicării parţiale a fundaţiei de pe teren.
În Fig. 10.10 se prezintă, cu caracter exemplificativ, schema de principiu a echilibrului unei zone de infrastructură, care include un perete şi zonele aferente ale radierului şi planşeului peste subsol.
SECŢIUNEA 2:10.3.2. Evaluarea eforturilor de proiectare ale fundaţiilor
În practica curentă de proiectare se disting două situaţii principale:
a)Pereţi cu fundaţii independente
În acest caz, valorile de proiectare EFd, ale eforturilor secţionale aplicate la baza pereţilor, la legătura cu fundaţia, se determină cu expresia generală:
S-a notat:
EF,G efortul secţional produs de acţiunile neseismice incluse în combinaţia de acţiuni pentru situaţia de proiectare seismică
EF,E efortul secţional rezultat din calculul la acţiunea seismică de proiectare
raportul între valoarea momentului de răsturnare capabil şi valoarea rezultatelor din calculul în situaţia de proiectare seismică (vezi 7.2.2); <= q.
Rd factor ce ţine seama de diferitele surse de suprarezistenţă:
Rd = 1,0, pentru q <= 3
Rd = 1,2, pentru q > 3
b)Pereţi cu sisteme spaţiale sau bidirecţionale de fundaţii: reţele de grinzi de fundare (care pot fi constituite şi din pereţii de subsol), infrastructuri complexe asimilabile cu cutii rigide şi rezistente, etc.
În acest caz, eforturile secţionale în elementele sistemului de fundare se pot obţine utilizând modelul de calcul elastic complet al ansamblului suprastructură - infrastructură, încărcat cu forţele seismice de proiectare multiplicate printr-un factor de suprarezistenţă mediu pe structură (Fig. 10.9):
Pentru limitarea acţiunii asupra infrastructurii şi terenului de fundare se recomandă limitarea factorului Q prin dimensionarea cât mai strictă a pereţilor la baza lor.
În cazurile curente se poate lua medRd = 1,5.
La proiectarea planşeelor peste subsol se vor utiliza modele de calcul adecvate care să permită stabilirea cât mai precisă a eforturilor secţionale care rezultă din rolul de diafragmă de "transfer" al acestora.
Schemele de calcul adoptate pentru planşee trebuie să furnizeze şi valorile eforturilor pentru dimensionarea "colectorilor", armături care "adună" încărcările orizontale din planşeu şi le transmit pereţilor, şi "suspensorilor", armături prin care se ancorează în masa planşeului încărcările care produc întinderi în planşeu.
SECŢIUNEA 3:10.3.3. Probleme de dimensionare specifice
Elementele infrastructurilor (pereţi structurali, grinzi de fundare) prezintă de multe ori, ca urmare a proporţiilor şi a modului de solicitare, o comportare de elemente scurte de beton armat şi, ca atare, vor fi dimensionate potrivit procedeelor specifice acestora.
Necesarul de armătura longitudinală (orizontală) rezultă din calculul de dimensionare la încovoiere, potrivit prevederilor SR EN 1992-1-1 şi Anexa Naţională. În calculul la forţa tăietoare, ponderea armăturilor orizontale şi a celor verticale depinde de proporţiile grinzilor (pereţilor de subsol) şi de distribuţia dintre punctele de contact cu elementele suprastructurii. În cazul grinzilor cu proporţii de grinzi scurte, se vor aplica metodele de calcul specifice grinzilor pereţi sau metodele bazate pe mecanismul de grindă cu zăbrele. În cazul grinzilor cu proporţii de bară se aplică procedeele de dimensionare din SR EN 1992-1-1 cu Anexa Naţională şi din P 100-1.
O problemă particulară o constituie evaluarea eforturilor şi dimensionarea pereţilor structurali verticali care se continuă cu aceeaşi secţiune transversală şi în interiorul infrastructurii de tip cutie.
La aceşti pereţi (Fig. 10.11) se consideră că regiunea critică se extinde sub nivelul planşeului superior al infrastructurii cu înălţimea hcr (vezi 7.1).
În aceste situaţii starea de eforturi din pereţi pe înălţimea subsolului (subsolurilor) trebuie să fie determinată pe modele de calcul riguroase ale ansamblului suprastructură - infrastructură - teren în măsură să ia în considerare rotirea pereţilor pe teren şi flexibilitatea diafragmelor planşeelor. Modelele de calcul cu rezemări fixe la bază şi la nivelul planşeelor de subsol furnizează valori foarte mari, nerealiste, ale forţelor tăietoare din pereţi.
Fig. 10.11
Armăturile verticale care traversează rosturile de lucru dintre talpa (cuzinetul) fundaţiei şi perete, precum şi rostul de lucru de sub planşeu vor fi dimensionate pentru rolul de conectare a zonelor realizate cu betoane cu vârste diferite.
Alcătuirea infrastructurii şi modul specific de solicitare a elementelor acesteia implică, de multe ori, "rezemări indirecte", care impun prevederea unor armături de suspendare la intersecţia fundaţiilor dimensionate adecvat.
La dimensionarea armăturii planşeului peste subsol, precum şi a radierului, se va ţine seama de faptul că solicitările de încovoiere rezultate din acţiunea încărcărilor normale pe planul lor sunt însoţite de eforturi de întindere sau compresiune din încovoierea generală a infrastructurii rezultată din transmiterea încărcărilor orizontale şi verticale la terenul de fundare.
SUBCAPITOLUL 4:10.4. Probleme specifice de alcătuire a elementelor infrastructurilor
(1)10.4.1. Prezentele prevederi se referă la situaţiile curente în care prin proiectare se dirijează apariţia deformaţiilor postelastice la acţiuni seismice de mare intensitate în suprastructură, infrastructura rămânând solicitată preponderent în domeniul elastic.
Infrastructura poate fi constituită, în funcţie de modul de alcătuire a clădirii, din pereţii unui nivel, sau pereţii mai multor niveluri de la partea inferioară a clădirii, cu fundaţiile lor (nivelurile subsolului plus, eventual, primul sau primele niveluri supraterane).
(2)10.4.2. Pereţii infrastructurii vor avea, de regulă, o grosime superioară grosimii pereţilor din suprastructură.
Pereţii de contur ai subsolului vor avea o grosime de cel puţin 250 mm, iar cei interiori de cel puţin 200 mm.
(3)10.4.3. Se va adopta o înălţime suficientă a infrastructurii (incluzând, în funcţie de situaţie, înălţimea pereţilor de subsol sau a mai multor niveluri de la baza structurii) în măsură să asigure, în mod optim funcţiile structurale pe care le are acest subansamblu.
(4)10.4.4. Golurile pentru instalaţii vor avea dimensiuni minime şi vor fi dispuse în afara celor mai solicitate zone. Astfel, în cazul pereţilor de subsol cu proporţii de pereţi scurţi, golurile se vor plasa de preferinţă în afara traseelor diagonalelor comprimate corespunzătoare mecanismului de grindă cu zăbrele (Fig. 10.12).
Se va evita dispunerea golurilor în poziţii care să creeze riscul unor ruperi la forţă tăietoare în secţiuni înclinate (Fig. 10.13).
În cazul golurilor de dimensiuni mari, se vor prefera golurile rotunde sau cu colţuri teşite, în locul golurilor dreptunghiulare.
În jurul golurilor se va prevedea o armătură de bordaj reprezentând cel puţin secţiunea barelor întrerupte prin prezenţa golurilor.
(5)10.4.5. La alegerea deschiderilor şi traveelor se va urmări ca distanţele dintre punctele de încărcare verticală a infrastructurii să nu depăşească, de regulă, 6 m.
(6)10.4.6. Procentele de armare orizontală şi verticală în inima pereţilor, considerând ambele plase, vor fi cel puţin 0,30%.
(7)10.4.7. La structurile cu pereţi rari, planşeul peste subsol va avea cel puţin o grosime de 150 mm. Armarea minimă în ambele direcţii va reprezenta, pe fiecare faţă, un procent de minim 0,25% şi cel puţin 6 bare 8/m.
Planşeul trebuie să conţină, pe lângă armăturile necesare pentru preluarea încărcărilor normale pe planul său, şi armăturile rezultate din încovoierea de ansamblu a infrastructurii, precum şi armăturile rezultate din acţiunea forţelor din planul planşeului, inclusiv armăturile cu rol de colectori şi suspensori.