rezumat teza stefan ardelean · pdf filesisteme de ancoraje în teren pentru cl ădiri...
TRANSCRIPT
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 1
CUPRINSUL REZUMATULUI
1. Introducere......................................................................................................................2 1.1. Utilizări ale ancorajelor în teren................................................................................2 1.2. Definiţii. Tipuri de ancoraje în teren..........................................................................4 1.3. Exemple de ancoraje în teren.....................................................................................5
2. Proiectarea şi execuţia ancorajelor în teren.................................................................7 2.1. Proiectarea ancorajelor în teren conform normativelor ............................................7
2.1.1. Proiectarea ancorajelor în teren conform NP 114-04.....................................7 2.1.2. Proiectarea ancorajelor în teren conform SR EN 1997-1:2006......................9 2.1.3. Proiectarea ancorajelor în teren conform reglementărilor din Austria.........10
2.2. Execuţia ancorajelor în teren...................................................................................11 3. Încercarea, controlul şi monitorizarea ancorajelor în teren.....................................11
3.1. Prevederi ale normativelor.......................................................................................11 3.2. Încercărilor pe teren ale ancorajelor – Bucureşti.....................................................11
3.2.1. Prezentarea condiţiilor încercărilor pe teren.................................................11 3.2.2. Rezultatele încercărilor pe teren...................................................................13
3.3. Modelarea ancorajelor în teren................................................................................14 3.3.1. Calibrarea şi descrierea modelului................................................................14 3.3.2. Modelul fără cedare......................................................................................16 3.3.3. Modelarea cedării la interfaţa pământ-bulb..................................................16 3.3.4. Modelarea unei încărcări dinamice...............................................................18 3.3.5. Concluzii în privinţa modelării.....................................................................19
4. Alcătuirea structurilor situate în zone seismice.........................................................21 4.1. Acţiunea seismică....................................................................................................21 4.2. Cutremurele de pământ pentru proiectarea construcţiilor........................................21 4.3. Consideraţii constructive privind alcătuirea construcţiilor situate în zone
seismice.....................................................................................................................21 4.3.1. Aspecte generale...........................................................................................21 4.3.2. Alcătuirea construcţiilor înalte situate în zone seismice...............................21
4.4. Fundaţii pentru clădiri înalte situate în zone seismice.............................................21 5. Proiectarea şi execuţia fundaţiilor ancorate situate în zone seismice......................24
5.1. Conceptul fundaţiilor ancorate pentru clădiri înalte situate în zone seismice.........24 5.2. Exemple de fundaţii ancorate...................................................................................27
6. Concluzii şi contribu ţii personale................................................................................30
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 2
Remarcări
Pot spune că bursa atribuită prin proiectul „Burse doctorale pentru ingineria
mediului construit” , cod POSDRU/59/1.5/S/2, beneficiar UTCB, proiect derulat în cadrul
Programului Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile
Structurale Europene, din Bugetul naţional şi cofinanţat de către UTCB a fost un mare
stimulent şi mi-a acordat un oarecare confort financiar necesar pe parcursul celor trei ani.
Vreau să remarc aici tot sprijinul şi căldura cu care am fost tratat de către Prof. Univ.
Dr. Ing. Virgil Petrescu, Prof. Univ. Dr. Ing. Mirc ea Alămoreanu şi Ing. Silvia
Rusănescu.
Tot în cadrul acestui proiect am beneficiat şi de un stagiu de şase luni la TU Graz,
Austria sub supervizarea Prof. Univ. Dr. Ing. Stephan Semprich.
Gazdele mi-au oferit o primire extraordinară, mi-au asigurat condiţii excelente pentru
studiu şi nu numai. În acelaşi stagiu firma Keller, prin Ing. Laurenţiu Floroiu în primul rănd,
şi-a oferit tot sprijinul pentru a-mi face cunoscută tehnologia de execuţie a ancorajelor şi nu
numai atât.
Remarc centrul universitar Graz şi consider că este un loc excelent pentru studiu şi
cercetare.
Utilitatea acestui stagiu o pot aprecia ca fiind maximă.
De asemenea, trebuie să subliniez sprijinul acordat de către conducătorul ştiinţific,
Prof. Univ. Dr. Ing. Iacint Manoliu , probabil cel mai cunoscut profesor din România în
domeniul Ingineriei Geotehnice atât în Europa, cât şi în întreaga lume.
Nu în ultimul rând vreau să subliniez că am beneficiat de întreg suportul Catedrei de
Geotehnică şi Fundaţii din cadrul U.T.C.B., cu menţionări speciale pentru Conf. Dr. Ing.
Manole Şerbulea, Asist. Dr. Ing. Daniel Manoli, dar şi pentru studentul masterand la
Masterul de Inginerie Geotehnică, Ing. Liviu Bugea.
Ştefan Ardelean
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 3
1. Introducere
Lucrările de constucţii trebuie să îndeplinească anumite condiţii din punct de vedere
economic, din punct de vedere al rezistenţei şi din punct de vedere al stabilităţii. În multe
situaţii criteriile economic şi de rezistenţă sunt îndeplinite, iar pentru asigurarea stabilităţii
lucrării se apelează la lucrări suplimentare cum ar fi ancorajele în teren.
În prezenta teză, propunem o soluţie pentru fundarea clădirilor înalte situate în zone
seismice.
Aceste tipuri de clădiri au în general fundaţiile de tip radier general datorită încărcărilor
semnificative pe care le transmit terenului de fundare. În grupările fundamentale de încărcări,
pentru terenuri relativ bune de fundare, soluţia de fundare cu radier general este fezabilă. În
grupările speciale de încărcări, datorită acţiunii cutremurului, pe talpa radierului general apar
presiuni foarte mari pe de o parte, iar pe de altă parte chiar presiuni “negative”. Utilizarea
ancorajelor în teren pentru preluarea presiunilor “negative“ şi atenuarea presiunilor foarte mari
poate fi o soluţie.
În acest scop, ne propunem ca, mai întâi, să analizăm partea cu privire la ancorajele în
teren, apoi comportarea structurilor înalte amplasate în zone seismice.
După aceasta, ne vom concentra atenţia asupra soluţiei de ancorare a fundaţiilor
clădirilor înalte situate în zone seismice.
În final vom trage câteva concluzii şi vom pune în evidenţă contribuţiile personale cu
privire la tema abordată.
1.1. Utilizări ale ancorajelor în teren
Ancorajele în teren, numite pe scurt ancoraje, sunt elemente de susţinere solicitate la
tracţiune care se fixează cu o extremitate într-o lucrare de constucţii a cărei stabilitate trebuie
asigurată, iar cu cealaltă extremitate se fixează într-un strat de pământ sau într-o rocă
stâncoasă.
Realizarea ancorajelor în teren, datorită tehnicităţii ridicate a lucrărilor, trebuie
încredinţată numai unei unităţi de specialitate care are experienţă în acest gen de lucrări.
În ce priveşte folosirea ancorajelor, trebuie menţionat de la bun început că sunt
categorii de terenuri improprii pentru aceasta. În această categorie se află pământurile sensibile
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 4
la umezire, argilele cu contracţii şi umflări mari, pământuri mâloase şi pamânturi care conţin
materii organice.
Din punct de vedere istoric se poate aprecia ca moment al originii ancorajelor în teren
sfârşitul secolului al XIX-lea.
Pe măsura avansului tehnologic şi a apariţiei unor lucrări tot mai complicate, ancorajele
au fost tot mai mult folosite la diverse lucrări de construcţii.
Astfel, Petros P. Xanthakos, în lucrarea sa „Ground anchors and anchored structures”,
precizează că utilizarea ancorajelor este favorizată de următorii factori:
- dezvoltarea tehnicilor de pretensionare a armăturilor, inclusiv miniaturizarea,
- producerea unor foreze cu viteză mare de forare în pământuri şi îmbunătăţirea
metodelor de injectare sub presiune în terenuri,
- extinderea perioadei de viaţă a ancorajelor şi implementarea unor noi metode de
monitorizare,
- mărirea rezistenţei armăturilor la forţe de întindere, în primul rând prin tipurile de
materiale folosite,
- producerea unor ancoraje care să poată fi utilizate şi în terenurile formate din
nisipuri fine, praf sau chiar pământuri argiloase,
- cerinţa de tot mai multe şi mai adânci excavaţii în zonele urbane, de multe ori sub
nivelul apelor subterane,
- puterea tot mai mare de înţelegere şi discernământ a specialiştilor, dar şi a
beneficiarilor în ce priveşte soluţiile privind proiectarea şi execuţia precum şi
costurile lucrărilor de construcţii.
Ancorajele în teren sunt folosite deocamdată, cel mai frecvent la lucrări de susţinere cu
caracter temporar, respectiv pereţi de incintă din palplanşe sau pereţi de incintă din panouri de
beton armat. De asemenea sunt utilizate ancorajele în teren şi la lucrări cu caracter definitiv
cum ar fi ziduri de sprijin, radiere generale aflate sub nivelul apei şi supuse fenomenului de
subpresiune, fundaţiile unor construcţii înalte – stâlpi de linii electrice aeriene, piloni de radio,
televiziune sau telefonie mobilă, coşuri de fum – pe talpa cărora se dezvoltă eforturi de
întindere. Nu în ultimul rând, ancorajele în teren sunt folosite la lucrări de stabilizare a
versnţilor sau a unor masive de roci stâncoase fisurate puternic.
Diferite utilizări ale ancorajelor în teren sunt arătate în figurile 1.1, 1.2, 1.3 şi 1.4.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 5
Fig.1.1.Susţinerea unor pereţi mulaţi Fig.1.2.Ancorarea unor radiere generale
Fig.1.3.Ancorarea unor ziduri de sprijin Fig.1.4.Ancorarea fundaţiilor unor stâlpi
1.2. Definiţii. Tipuri de ancoraje în teren
Conform EN 1997-1:2004 ancorajele în teren sunt folosite pentru a asigura suportul
unei lucrări de susţinere sau pentru a asigura stabilitatea pantelor, excavaţiilor sau tunelurilor
sau pentru a rezista forţelor de ridicare exercitate asupra structurilor prin transmiterea unei
forţe de tracţiune unui strat rezistent de pământ sau de rocă.
În normativul românesc NP 114:2004 ancorajul în teren este definit ca un element
structural capabil să transmită forţele de întindere care îi sunt aplicate la un strat portant.
În figura 1.5 este redată schiţa unui ancoraj în teren conform SR EN 1537:2004.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clă
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin
213 4
6
L e
Legendă:
Le - lungimea armăturii exterioare, de la punctul de fixare în blocaj pânLfree - lungimea zonei libere a ancorajuluiLfixed - lungimea zonei de ancorare a ancorajuluiLtf - lungimea liberă a armăturii Ltb - lungimea de ancorare a armăturii1 - Punct de fixare al armăturii în presă2 - Punct de fixare a armăturii în capul ancorajuiui în exploatare3 - Placă de distribuţie 4 - Bloc de transfer a forţelor de întindere5 - Element structural 6 - Pământ sau rocă stâncoasă 7 – Foraj 8 - Manşon de protecţie împotriva aderen9 – Armatură 10 - Corp injectat (bulb)
Fig. 1.5
1.3. Exemple de ancoraje în teren
Un prim exemplu este sistemul de
sunt prezentate în figura 1.7.
Fig. 1.7
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Ing. Constantin Ştefan Ardelean
78
L tfL f ree
exterioare, de la punctul de fixare în blocaj până la punctul de fixare în preslungimea zonei libere a ancorajului lungimea zonei de ancorare a ancorajului
ăturii turii în presă la tensionare
turii în capul ancorajuiui în exploatare
elor de întindere
ie împotriva aderenţei
Fig. 1.5.Schiţa unui ancoraj în teren
Exemple de ancoraje în teren
sistemul de ancoraj temporar DYWIDAG (DSI),
Fig. 1.7. Ancoraj temporar DYWIDAG (DSI)
6
9 1 0
L tbL f i x ed
la punctul de fixare în presă
DYWIDAG (DSI), ale cărui detalii
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 7
În figura 1.9 este arătată schiţa unui ancoraj permanent tip toron de la Keller, iar în
figura 1.10 schiţa unui ancoraj SBMA de la Keller. Ancorajul de tip SBMA presupune
executarea unui singur foraj, dar a mai multor bulbi care lucrează independent. Astfel, este
permisă mărirea lungimii zonei de ancorare de trei-patru ori, comparativ cu sistemul mono-
ancoraj.
Fig. 1.9. Ancoraj permanent Keller (tip toron)
Fig. 1.10. Ancoraj temporar sau permanent Keller (tip SBMA)
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 8
2. Proiectarea şi execuţia ancorajelor în teren
2.1. Proiectarea ancorajelor în teren conform normativelor
2.1.1. Proiectarea ancorajelor în teren conform NP 114-04
NP 114-04 este indicativul normativului românesc privind proiectarea şi
execuţia ancorajelor în teren şi a fost elaborat în anul 2004 de UTCB.
Dimensionarea şi verificarea ancorajelor se va face prin metoda stărilor limit ă
(stări limit ă ale exploatării normale şi stări limit ă ultime).
Condiţia generală de verificare la starea limită a exploatării normale este ca sub
efectul încărcărilor totale de exploatare din gruparea fundamentală, solicitarea pe
direcţia ancorajului nS să nu depăşească efortul de pretensionare din faza finală,
adică după consumarea pierderilor.
Dimensionarea sau verificarea secţiunii de armătură se face pe baza următoarei
relaţii de calcul:
unde,
nS - solicitarea din ancoraj sub efectul încărcărilor totale de exploatare în grupările fundamentale;
tA - aria transversală a armăturii ancorajului;
pkσ - efortul unitar de blocare (efortul unitar transmis armăturii de
către dispozitivul de tensionare a ancorajului);
lk - suma pierderilor de tensiune în ancoraj;
ξ - coeficient al pierderii de tensiune din tabel
Condiţia de verificare la starea limită ultimă de deplasare a elementului ancorat
datorită alungirii ancorajului este ca, sub efectul valorilor limită ale încărcărilor în
grupările fundamentale, alungirea armăturii, pe zona de lungime a , să fie mai mică
sau cel mult egală cu cea care rezultă pe direcţia longitudinală a ancorajului
considerat, ţinând seama de deplasarea admisibilă a elementului ancorat. Pentru
dimensionare şi/sau verificare se va folosi următoarea relaţie de calcul:
kttc fAS )(ε⋅≤
în care,
cS - solicitarea din ancoraj sub efectul încărcărilor limit ă în grupările fundamentale şi speciale;
∑⋅−⋅< )( lpktn kAS ξσ
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 9
tA - aria secţiunii de armătură pretensionată;
ktf )(ε - rezistenţa caracteristică la întindere a armăturii, corespunzătoare unei
deformaţii specifice ε . Condiţia de verificare la starea limită de depăşire a capacităţii portante a unuia
dintre reazemele ce asigură stabilitatea elementului ancorat este ca solicitarea sub
efectul încărcărilor limit ă în grupările fundamentale şi speciale, să fie mai mică
sau cel mult egală cu capacitatea portantă a ancorajului. Pentru teren se vor considera
valorile de calcul ale caracteristicilor geotehnice. La ancorajele de clasă A se sporeşte
nivelul de asigurare cu până la 10%, independent de nivelul de asigurare prevăzut
pentru ansamblul structurii. La stabilirea solicitărilor se vor considera ipoteze cât mai
apropiate de modul de lucru al terenului şi al elementului ancorat în momentul cedării.
Pentru dimensionare sau verificare solicitarea cS nu se va lua mai mică decât
. Dacă nc SS ⋅> 5.1 se vor reanaliza ipotezele limită considerate, precum şi
poziţia şi geometria ancorajelor, iar dacă în aceste condiţii inegalitatea rămâne
valabilă, atunci se va adopta în calcul valoarea rezultată. Dimensionarea şi verificarea
ancorajului la această stare limită ultimă se face cu relaţia:
unde,
- solicitarea din ancoraj sub efectul încărcărilor limit ă în grupările fundamentale şi speciale;
tkf - rezistenţa caracteristică la întindere a armăturii;
m - coeficient al condiţiilor de lucru din tabel
Lungimea zonei de ancorare se va stabili pe baza uneia dintre relaţiile de mai
jos:
în care,
1k - coeficient de siguranţă, egal cu 0.8;
1m - coeficient de siguranţă, egal cu 0.7 pentru ancorajele de clasă A şi B, şi
respectiv 0.8 pentru cei de clasă C;
cS
nS⋅25.1
ttkc AfmS ⋅⋅=
cS
sc NmkS 111 ⋅⋅≤
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 10
sN1 - forţa de smulgere la ancorajele de probă.
sc NmkS 222 ⋅⋅≤
în care,
2k - coeficient de siguranţă, egal cu 0.7;
2m - coeficient de siguranţă, egal cu 0.7 pentru ancorajele de clasă A şi B, şi
respectiv 0.8 pentru cei de clasă C;
- forţa de smulgere determinată prin calcul, pe baza valorilor normate ale
caracteristicilor.
Verificarea siguranţei în exploatare a ancorajelor se va face cu ajutorul unui
factor de siguranţă dat de relaţia:
0P
RF d
S =
unde,
dR - capacitatea portantă a ancorajului;
0P - forţa de întindere la blocare.
În funcţie de durata de viaţă şi de gradul de risc estimate la proiectare pentru
ancoraj, normativul NP 114-04 recomandă adoptarea valorilor minime pentru SF ,
conform unui tabel.
2.1.2. Proiectarea ancorajelor în teren conform SR EN 1997-1:2006
SR EN 1997-1:2006 reprezintă versiunea română a standardului european EN 1997-
1:2004, anume Eurocodul 7, partea 1 şi care se referă la regulile generale privind proiectarea
geotehnică.
Coeficienţii parţiali de sigutanţă ce trebuie avuţi în vedere la proiectarea ancorajelor în
teren sunt definiţi în anexa A a standardului, precum şi, eventual în anexa naţională.
Stările limită la care trebuie făcute verificările sunt: STR şi GEO.
Condiţia generală de verificare este:
dd RE ≤ ,
în care,
dE - valoarea de calcul a efectelor acţiunii,
sN2
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 11
dR - valoarea de calcul a rezistenţei faţă de o acţiune.
Abordarea de calcul ce trebuie avută în vedere pentru calculul ancorajelor este
Abordarea 1 cu următoarele grupări:
- gruparea 1: A1”+”M1”+”R1;
- gruparea 2: A2”+”M1”+”R4.
Verificările ce trebuie făcute sunt:
dad RP ,≤
dtda RR ,, ≤ ,
în care,
dP - valoarea de calcul a încărcării asupra unui ancoraj,
daR , - valoarea de calcul a rezistenţei la smulgere a unui ancoraj,
dtR , - valoarea de calcul a rezistenţei la tracţiune a structurii unui ancoraj.
2.1.3. Proiectarea ancorajelor în teren conform reglementărilor din Austria
Determinarea capacităţii portante se poate face şi cu ajutorul tabelelor Ostermayer
prezentate în figura 2.1. Capcitatea portantă este dată în funcţie de natura terenului şi de
lungimea bulbului.
Fig. 2.1.Capacităţi portante ale ancorajelor pentru pământuri necoezive şi coezive
De remarcat este faptul că lungimea bulbului este limitată, anume mărimea lungimii
bulbului peste o anumită valoare nu mai aduce niciun surplus de capacitate portantă, iar pe de
altă parte aceste diagrame sunt foarte practice şi au o precizie acceptabilă.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 12
2.2.Execuţia ancorajelor în teren
Fig. 2.5. Părţi din ancoraje după execuţie (Keller)
3. Încercarea, controlul şi monitorizarea ancorajelor în teren
3.1. Prevederi ale normativelor
3.2.Încercări pe teren ale ancorajelor – Bucureşti
3.2.1. Prezentarea condiţiilor încercărilor pe teren
Încercările s-au efectuat în anul 2008, în Bucureşti, de firma Keller Geotehnica sub
coordonarea Prof. Lothar Martak de la Universitatea Tehnică din Viena. Amplasamentul se află
situat în Bucureşti, sectorul 6, str. Gheorge Ranetti.
Testele au fost supervizate de Hon. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Lothar
MARTAK . Prof. Martak este expert în domeniul ancorajelor si reprezentat din partea Austriei
la organismele europene de elaborare a normelor referitoare la proiectarea, execuţia şi testarea
ancorajelor.
Figura 3.4. oferă o prezentare generală a echipamentelor folosite pentru încărcarea
ancorajelor şi instrumentarea folosită la măsurarea forţelor şi a deplasărilor.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 13
Fig. 3.3..Stratificaţia şi amplasarea ancorajelor de probă
Fig. 3.4..Prof. L. Martak, maistrul H. Zumpf şi alţii în timpul testarii unui ancoraj
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 14
3.2.2. Rezultatele încercărilor pe teren
Tabelul 3.2.
Centralizarea rezultatelor testelor
Fig. 3.5.Graficul încărcare – deformaţie pentru ancorajul 1
Pornind de la o încărcare maximă de probă Pp de 700 kN, forţa de proiectare Pd pentru
ancoraje provizorii nu ar trebui sa depăşească următoarele valori conform cu ISO/DIS 22475-5:
Pp= 1,15 Pd,
unde, Pd este valoarea încărcării din ancoraj la starea limită de exploatare normală.
Încărcarea caracteristică ce rezultă din calculul geotehnic al terenului, suprasarcini,
trafic şi presiunea apei subterane etc. trebuie multiplicată cu cel puţin un factor de siguranţă
între 1,35 şi 1,50 în funcţie de valoarea încărcării temporare sau permanente, după caz. Astfel
rezultă:
Pd=l,40 Pk
Forţa de întindere la blocare P0 a capătului ancorajului poate fi egală cu Pk. Conform
Eurocode 7, Partea 1 şi EN ISO/DIS 22477-5, Anexa A. (normativ), A.3. Acceptance test
procedure, forţa de întindere la blocare va fi:
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 15
Pp= 1,15x1,40 Pk, astfel că:
Pp=1,61 Pk
3.3. Modelarea ancorajelor în teren
3.3.1. Calibrarea şi descrierea modelului
În vederea modelării s-a ales utilizarea Metodei Elementelor Finite şi a programului
ABAQUS. Modelul tridimensional creat iniţial a fost unul perfect elastic. După cum se poate
observa în Figura 3.10., s-a modelat un masiv de pământ de o arie suficient de mare pentru a nu
influenţa rezultatele analizei.
Fig. 3.10. Geometria modelului tridimensional analizat
Ca mărimi, a fost ales un masiv de pământ cilindric, de rază 50m şi înălţime 25m.
Motivul alegerii formei cilindrice a masivului de pământ rezidă atât în simplificarea mesh-ului
(discretizarea solidului creat), cât şi în compatibilitatea dintre geometria acestuia şi cea a
ancorajului.
Ancorajul a fost creat din două părţi: toroanele, asimilate în totalitatea lor ca un cilindru
cu raza de 0.1m, de lungime liberă (în afara bulbului) de 10m şi încă 6m – lungimea bulbului,
acestea trecând prin centrul acestuia. Bulbul are o secţiune inelară, cu rază exterioară de 0.2m
şi cea interioară egală cu raza exterioară a fasciculului de toroane.
Ca parametri de calcul au fost alese următoarele valori: pentru bulbul de beton s-a
considerat o comportare perfect elastică, având modulul lui Young E=2.7*107 kPa şi
coeficientul lui Poisson, ν, de 0.25. Pentru fasciculul de toroane s-au utilizat valorile E=29*107
kPa şi ν=0.30.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 16
Pentru modelarea terenului de fundare a fost ales un pământ care iniţial a avut o
comportare perfect elastică, caracterizată de următorii parametri: E=18000 kPa şi
ν=0.30. Acest model perfect elastic a fost folosit doar în cadrul modelării ini ţiale pentru a
verifica rapid convergenţa modelulului. Pentru modelarea comportării plastice a acestuia a fost
utilizat modelul constitutiv Drucker-Prager, cu următorii parametri: β=13.70° şi d=10.50 kPa.
Masivul de pământ a fost sprijinit la deplasare laterală (după axele 0X şi 0Y) cu
reazeme simple pe respectivele direcţii, iar la fel s-a procedat şi pentru direcţia 0Z.
Pentru modelarea interacţiunilor şi a legăturilor, atât interne – fascicul de toroane-bulb,
cât şi ancoră-pământ, au fost folosite diferite tipuri de interacţiuni. Astfel, între bulbul de beton
injectat şi fasciculul de toroane a fost aleasă o interacţiune tangenţială de tip „Rough” (fără
alunecare), simulând astfel priza dintre armătura ancorei şi betonul injectat la vârful acesteia.
De asemenea, pentru componenta normală a interacţiunii dintre cele două, s-a ales tipul „Hard
Contact”, fără posibilitatea deplasării relative a bulbului faţă de toroane. În acest fel, s-a
modelat întreaga interacţiune beton-metal din interiorul ancorajului.
Pentru a crea interacţiunea dintre ancoraj şi terenul de fundare din jur, elementul de
rezistenţă a fost separat în 2 suprafeţe de contact: o suprafaţă de contact între fasciculul de
toroane şi terenul de fundare şi una între bulbul activ şi teren. Pentru prima suprafaţă,
componenta normală a fost aleasă de tipul „Hard Contact”, fără posibilitatea deplasării relative
faţă de teren. Componenta tangenţială a fost una de tip „Lagrange multiplier”. Asupra acestuia
a fost realizată întreaga calibrare – neexistând date asupra coeficientului de frecare statică µ.
Calibrarea a fost realizată, urmărindu-se pe parcursul a mai multor modele obţinerea, la partea
superioară a toroanelor aşa cum a fost realizată şi monitorizarea încercării pe ancoră, a
aceleiaşi deplasări sub aceeaşi forţă de pretensionare. Astfel, din 4 puncte pe grafic, de
coordonate deformaţie-încărcare, au putut fi obţinute 3 dintre acestea cu aceeaşi valoare, pentru
o valoare a lui µ de 0.82.
A doua suprafaţă de contact, dintre fasciculul de toroane şi terenul de fundare, a fost
considerată la nivelul componentei tangeţiale de tipul „Frictionless” – fără frecare. Această
alegere a fost făcută ţinându-se cont de coeficientul de frecare statică - µ, dintre teaca de PVC
care protejează armătura şi fasciculul de toroane, care are o valoare foarte redusă. Componenta
normală a acestei interacţiuni a fost aleasă tot de tipul „Hard Contact”, însă permiţându-se
posibilitatea de a se deplasa relativ cele două suprafeţe aflate în contact.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 17
Fig. 3.11. Secţiune prin modelul
MEF
Fig. 3.12. Mesh-ul modelului MEF
3.3.2. Modelul fără cedare Pentru modelul fără cedare, au fost modelate două ancoraj încărcate diferit, la
N=225kN, respectiv la N=520kN. Rezultatele obţinute – deplasări la partea superioară a
toroanelor, au fost apropiate de cele rezultate în urma testelor de teren efectuate: astfel pentru
forţa de pretensionare N=225kN a fost obţinută pe teren o deplasare de 10.1mm, iar în modelul
MEF – 9.7mm. Pentru forţa egală cu N=520kN, a fost obţinută în cadrul modelului o valoare a
deplasării de 37mm, în vreme ce înregistrat pe teren a fost determinată o valoare de 35mm, aşa
cum se arată în graficul din Figura 3.13.
3.3.3. Modelarea cedării la interfa ţa pământ-bulb
Modelarea a dorit să evidenţieze caracteristici ale efectelor diferitelor încărcări asupra
ancorajelor. Astfel, printre altele, modelarea şi-a propus să realizeze depăşirea capacităţii
portante prin realizarea echivalenţei τmax≥τinterfaţă. Astfel, se va evita depăşirea rezistenţei
structurale prin forfecarea pământului la interfaţa dintre zona activă, de lângă bulb şi restul
terenului de fundare.
În vederea realizării cedării la interfaţa bulb-pământ, a fost adoptat un criteriu liniar de
scădere a coeficientului de frecare statică, µ, funcţie de deplasarea bulbului, adimensionalizată
faţă de mărimea acestuia (v. Figura 3.14.).
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 18
Fig. 3.13. Graficul de drumuri efort-deformaţie-parcurse de către ancore atât în cadrul testelor in situ, cât şi în
cazul modelării
Fig. 3.14. Grafic al variaţiei coeficientului µ cu deplasarea adimensionalizată
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
µ (
µ (
µ (
µ ( −− −−
)) ))
Deplasare adimensionalizata (%)
Variatia coeficientului de frecare statica cu deplasarea adimensionalizata
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 19
Fig. 3.15. Deformaţia longitudinală (după axa 0Z) a ancorei; U3max=66mm
Fig. 3.18. Alunecarea relativă a ancorajului faţă de terenul de fundare
3.3.4. Modelarea unei încărcări dinamice
În această parte ne-am propus să observăm, prin intermediul modelării utilizând MEF,
efectele pe care o încărcare dinamică le are asupra unui ancoraj.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 20
Pentru realizarea acestui lucru, în programul ABAQUS, a fost utilizat modulul de
calcul dinamic explicit. Modelarea unei forţe dinamice, variabile în timp, a fost realizată
folosind o funcţie care să dea, adimensional, amplitudinea forţei de pretensionare din ancoraj,
căreia i-a fost afectată o forţă constantă de 200 kN.
Fig. 3.19. Funcţia de variaţie a amplitudinii forţei de pretensionare în timp
În urma încercării dinamice modelate cu ajutorul MEF, s-au putut observa următoarele:
după terminarea unui ciclu de încărcare-descărcare, deplasarea ancorajului scade de la valoarea
maximă înregistrată în momentul de maxim al forţei aplicate, la o valoare reziduală, diferită de
0, datorată comportamentului plastic al pământului, precum şi o creştere a valorii coeficientului
de frecare statică. Astfel, de la o valoare maximă de 19cm deplasare maximă la aplicarea forţei
de pretensionare maximă, s-a ajuns la o valoare reziduală de 14 cm.
În urma acestei observaţii putem concluziona că µ va scădea nu doar odată cu
deplasarea relativă, cât mai ales odată cu creşterea vitezei cu care se „mobilizează” ancorajul,
iar la revenirea acestuia la starea de repaus, µ va creşte iar, dar nu la o valoare maximă, ci una
mai mică.
Modelarea unui test dinamic a evidenţiat de asemenea o degradare a capacităţii portante
posibile, de la ciclu la ciclu, prin scăderea forţei de frecare la interfaţa dintre bulbul activ şi
terenul de fundare.
3.3.5. Concluzii în privin ţa modelării
De-a lungul tuturor modelelor s-a putut evidenţia diferenţa dintre valorile deplasării
ancorajului la partea superioară a fasciculului de toroane, la partea superioară a bulbului,
respectiv la partea inferioară a bulbului. În acest sens, s-a putut observa o diferenţă foarte mică
a deplasărilor diferenţiale, ce poate fi neglijată, între nivelul superior şi cel inferior al bulbului,
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 1 2 3 4 5
A (
-)
Timp (s)
Variatia amplitudinii in timp
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 21
explicaţia rezidând în faptul că elementul de beton armat este unul foarte rigid în comparaţie cu
fasciculul simplu de toroane, de lungime considerabilă.
Fig. 3.21. Variaţia efortului vertical (σ3) în ancoraj în cazul unei încercări de tip dinamic: de la stare de repaus (stânga-sus), la încărcare maximă (dreapta-sus), la descărcare totală (dreapta-jos)
O altă concluzie importantă a acestui studiu, este aceea a degradării parametrilor
mecanici ce influenţează frecarea dintre bulb şi pământ la efectuarea mai multor cicluri de
încărcare-descărcare. În vederea realizării unei modelări mai apropiate de realitate se pot
propune teste in situ, care, prin calcul indirect să arate capacitate portantă a ancorajului,
precum şi o valoare orientativă a coeficientului de frecare µ, care depinde de litologia
amplasamentului şi de stratul de încastrare al ancorajului.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 22
4. Alcătuirea structurilor situate în zone seismice
4.1. Acţiunea seismică
4.2.Cutremurele pentru proiectarea constucţiilor
4.3. Consideraţii constructive privind alcătuirea construcţiilor situate în zone seismice
4.3.1. Aspecte generale
4.3.2. Aspecte privind alcătuirea construcţiilor înalte situate în zone seismice
De la bun început trebuie precizat faptul că tendinţa generală este ca structurile foarte
înalte situate în zone seismice să fie tratate special.
Astfel, în redactarea I-a a ultimului Cod de Proiectare Seismică P100 (Partea I – P100-
1/2011, Prevederi de proiectare pentru clădiri), se specifică faptul că pentru construcţiile de
importanţă deosebită, pentru clădirile cu regim foarte mare de înălţime şi pentru clădirile care
adăpostesc foarte mulţi oameni, nivelul valorii de proiectare a forţelor seismice corespunde
unui cutremur cu intervalul mediu de recurenţă de referinţă de 475 ani, spre deosebire de
celelalte construcţii pentru care nivelul valorii de proiectare a forţelor seismice corespunde
unui cutremur cu intervalul mediu de recurenţă de referinţă de 100 ani.
În situaţiile respective valorile de proiectare a acţiunii seismice se vor calcula folosind
valorile de vârf ale acceleraţiei terenului pentru proiectare pentru cutremure având intervalul
mediu de recurenţă de 475 ani conform hărţii de zonare.
Trebuie menţionat că nivelul de asigurare al construcţiilor situate în zone seismice, se
diferenţiază în funcţie de clasa de importanţă şi de expunere la cutremur din care acestea fac
parte. Clasa de importanţă şi de expunere la cutremur este caracterizată de valoarea factorului
de importanţă, g.
Conform normativelor din România, clădirile foarte înalte fac parte din clasa a treia de
importanţă, clasă căreia îi corespunde factorul de importanţă, g=1.2.
4.4. Fundaţii pentru clădiri înalte situate în zone seismice
Elementele de baza ale proiectarii elementelor fundaţiilor sunt date în “Normativul
privind proiectarea fundaţiilor de suprafaţă”, NP 112-2011. Pentru construcţii cu pereţi
structurali se aplica prevederile din CR-2-1-1.1:2011.
Dacă eforturile de proiectare aplicate fundaţiilor reprezintă reacţiunile unor structuri
disipative proiectate pe baza conceptelor ierarhizării capacităţii de rezistenţă, fundaţiile trebuie
să evidenţieze o comportare în domeniul elastic de deformaţii.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 23
Dacă nu se poate evita solicitarea elementelor fundaţiilor dincolo de pragul de
deformaţie elastică, atunci proiectarea acestora se face în acord cu regulile aplicate la
proiectarea suprastructurii pentru construcţii cu clasa de ductilitate înaltă sau medie.
Deoarece răspunsul seismic al fundaţiilor prezintă un grad mai mare de incertitudine, la
proiectare se recomandă prevederea unor măsuri pentru asigurarea unei capacităţi minimale de
deformare în domeniul postelastic.
Dacă răspunsul aşteptat al structurii este cvasielastic, dimensionarea elementelor
fundaţiilor se va face conform codului de proiectare pentru structuri de beton armat, ca pentru
elementele de beton armat care nu se proiectează pentru a prelua acţiunea seismică.
Clădirile înalte au în general, fundaţiile de tip radier general datorită încărcărilor mari
pe care le aduc la nivelul terenului.
În grupările fundamentale de încărcări, pentru terenuri de fundare relativ bune, soluţia
de fundare de tip radier general este fezabilă.
Pentru clădirile înalte situate în zone seismice, în grupările speciale de încărcări,
datorită acţiunii cutremurului, pe talpa radierului general apar presiuni foarte mari pe de o
parte, iar pe de altă parte chiar presiuni ”negative”.
Utilizarea ancorajelor în teren pentru preluarea presiunilor ”negative” şi atenuarea
presiunilor foarte mari poate fi o soluţie.
Fig. 4.21. Presiuni pe talpa fundaţiei în grupările fundamentală şi specială de încărcări
admo p
A
Np ≤= admp
W
M
W
M
A
Np ≤±±=
2
02
1
010max
0min ≥p ,0min <p
AAcomp ⋅≥ 75.0
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 24
În cazul depăşirilor presiunilor admisibile ori a zonei comprimate, există căteva soluţii
clasice, arătate în figura 4.22.
Fig. 4.22. Soluţii pentru fundaţii
De asemenea, ancorararea fundaţiilor poate fi o soluţie pentru clădirile înalte situate în
zone seismice (vezi figura 4.23.).
Fig. 4.23. Fundaţie cu ancoraje în teren
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 25
5. Proiectarea şi execuţia fundaţiilor ancorate situate în zone seismice
Utilizarea ancorajelor în teren la fundaţiile clădirilor situate în zone seismice prezintă
două mari avantaje.
În primul rând ancorajele în teren pot prelua eforturile de întindere ce pot apărea pe
talpa fundaţiilor şi implicit se pot reduce şi presiunile foarte mari ce s-ar dezvolta pe talpă în
timpul cutremurului.
În al doilea rând, în situaţiile în care fundaţia se află într-un strat geologic şi care are o
anumită densitate, implicit şi o anume viteză de propagare a undelor seismice, iar bulbii
ancorajelor se află în alt strat geologic, cu altă densitate, deci cu o altă viteză de propagare a
undelor seismice, atunci se poate conta pe o reducere importantă a mişcării terenului la
suprafaţă, a acceleraţiei terenului, implicit a forţelor de inerţie şi în final a forţei seismice ce ar
acţiona asupra construcţiei în timpul cutremurului.
5.1. Conceptul fundaţiilor ancorate pentru clădiri înalte situate în zone seismice
Pentru precizarea termenilor, sistemele de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone
seismice sunt sisteme auxiliare pentru fundaţiile de tip radier general.
Ancorajele se vor amplasa cu o extremitate – bulbul - în terenul de sub fundaţie, iar
cealaltă extremitate fixată în radier.
Amplasarea ancorajelor se va face în zonele care în urma analizei structurii fundate pe
radier general sub acţiunea seismului apar întinderi, luându-se în considerare toate direcţiile
posibile de acţiune a cutremurului.
Ancorajele trebuie să fie verticale sau înclinate spre interior, dar fără a depăşi limita de
proprietate, astfel nemaifiind necesar acordul vecinilor pentru amplasarea acestora.
Pentru ca ancorajele să intre în lucru imediat ce se manifestă un seism, acestea trebuie
să fie pretensionate până la capacitatea lor portantă, bineînţeles având în vedere factorii de
siguranţă.
Din această cauză, probabil că tasările construcţiei vor creşte, dar ele vor fi uniforme şi
se vor consuma în cea mai mare parte înainte de finalizarea construcţiei.
Este util ca tensionarea ancorajelor să se facă imediat după execuţia radierului, a
ancorajelor şi întărirea betonului din injectarea secundară.
Ancorajele vor fi permanente şi se va asigura accesul la ele în timpul exploatării
construcţiei pentru a fi monitorizate şi tensionate dacă este nevoie după fiecare seism şi la un
interval regulat de timp.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 26
În ce priveşte tipul structurilor pentru care fundaţiile ancorate reprezintă o soluţie
fezabilă, acestea sunt clădiri cu 20 până la 40 de nivele, cu amprenta la sol de până la 2000 de
metri pătraţi şi cu un număr de maxim două subsoluri, în orice caz cu o adâncime de fundare de
maxim 6 – 7 metri. În alte situaţii, de exemplu un număr mai mare de subsoluri, fundaţiile
ancorate nu mai pot prezenta decât avantajul reducerii acţiunii seismice.
De asemenea, prin avantajul conferit de fundaţiile ancorate şi anume acela de reducere
a acţiunii seismice, clădirile proiectate cu astfel de fundaţii vor putea fi mai suple, reducându-
se încă o dată presiunile pe teren.
În ce priveşte regimul de înălţime al clădirilor, de exemplu pentru Bucureşti se
recomandă ca structurile înalte să aibă cel puţin 20 de nivele pentru evitarea rezonanţei, iar
construcţii cu mai mult de 40 de nivele nu se încadrează în arhitectura Bucureştiului, astfel că
structuri cu 20 până la 40 de niveluri se execută şi se vor executa, ceea ce înseamnă că soluţia
cu fundaţii ancorate trebuie avută în vedere.
Având în vedere cele de mai sus (cu referire şi la capitolele anterioare), terenul de
fundare propice sau, mai degrabă potrivit pentru această soluţie cu fundaţii ancorate trebuie să
îndeplinească următoarele condiţii:
- stratul de fundare trebuie să fie suficient de bun pentru a putea prelua presiunile aduse de
structură la teren în gruparile fundamentale de încărcări;
- dacă nu este îndeplinită condiţia de mai sus, atunci se poate îmbunătăţi terenul de fundare;
- stratul în care se încastrează bulbii ancorajelor în teren trebuie să difere semnificativ faţă de
stratul de fundare;
- este preferabil ca stratul în care se încastrează bulbii ancorajelor în teren să fie constituit din
material necoeziv;
- stratul în care se încastrează bulbii ancorajelor în teren trebuie să fie cel puţin mediu îndesat
(dacă este necoeziv) sau de o consistenţă mare, preferabil tare (dacă este coeziv);
- nivelul apei subterane trebuie să fie adâncimea de fundare;
- în stratul în care se încastrează bulbii ancorajelor în teren este preferabil ca eventuala apă
subterană să fie cu nivel liber.
În multe zone din Bucureşti se întâlneşte o stratificaţie care îndeplineşte aceste condiţii:
umplutură – până la 2-3 m, argilă prăfoasă (lut de Bucureşti) – până la 6-8 m, nisipurile de
Colentina – până la 16-20 m şamd.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 27
Fig. 5.7. Schema de principiu a unei fundaţii ancorate eficiente
Aşadar, în situaţia în care talpa radierului se află într-un strat – argilă, de exemplu – iar
bulbii ancorajelor se află în alt strat – nisip, de exemplu – atunci, în afară de preluarea
întinderilor de pe talpa fundaţiei, este posibilă şi reducerea amplitudinii mişcării terenului la
suprafaţă şi a fundaţiilor reducându-se forţele seismice.
După calcul şi amplasarea ancorajelor în teren, se va face din nou o analiză a structurii
fundate pe radier general, dar luând în considerare forţele de pretensionare din ancoraje şi
ţinând seama de comportarea ansamblului structură – fundaţie – ancoraje – teren sub acţiunea
seismică.
Pe de altă parte fundaţiile ancorate sunt o alternativă la fundaţiile de adâncime pe piloţi,
faţă de care prezintă mai multe avantaje. Aceasta în condiţiile prezentate mai sus.
Datorită faptului că ancorajele nu preiau forţe de compresiune, amplasarea lor nu
afectează radierul şi se amplasează doar acolo unde sunt necesare.
În cazul fundaţiilor pe piloţi, ei lucrând şi la compresiune, afectează radierul, astfel
încât este nevoie de amplasarea lor cât mai uniformă în plan, chiar dacă nu este necesară din
punct de vedere al transmiterii eforturilor de la structură la teren.
Aceasta are implicaţii asupra costurilor: o fundaţie ancorată este mai economică decât o
fundaţie pe piloţi.
De asemenea, fundaţiile pe piloţi nu se încadrează la categoria de soluţii care reduc
acţiunile sau efectele acţiunilor seismice asupra structurilor, ceea ce se transpune până la urmă
în costuri mai mari.
În astfel de situaţii singurul dezavantaj al fundaţiilor ancorate faţă de fundaţiile pe piloţi
este acela al tasărilor mai mari, dar despre acest aspect s-a menţionat deja în rândurile de mai
sus.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 28
Fig. 5.8. Tipuri de fundaţii
5.2. Exemple de fundaţii ancorate
P. Habib şi C. Roch au publicat articolul “Clădiri existente protejate cu un sistem
paraseismic amplasat în pământ, sub fundaţii” la a X-a Conferinţă de Inginerie Seismică ce a
avut loc la Viena în anul 1994.
Metoda propusă pentru protecţia clădirilor existente constă în obţinerea unei largi
participări a maselor de pământ la mişcările clădirii prin ancorarea fundaţiilor cu bare metalice
fixate adânc în pământ.
Cei doi autori ai articolului, împreună cu ehipa lor au efectuat teste în centrifugă şi mai
multe calcule pe un model elasto-plastic.
În mai multe cazuri, ei au obţinut o reducere de trei ori a mişcării terenului la suprafaţă
şi o reducere asemănătoare a acceleraţiei terenului sau a cuplului maxim la baza stâlpilor
supuşi efectelor celor mai mari încărcări asupra structurii.
Aceasta reducere s-a obţinut în cazul utilizării ancorajelor înclinate, reducerea fiind mai
redusă în cazul ancorajelor verticale.
Pe modele este posibil să se aleagă lungimea şi înclinarea ancorajelor în teren fixate în
fundaţii pentru a reduce la maximum posibil efectele seismului asupra clădirii existente.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 29
Fig. 5.9. Amplasarea ancorajelor pentru situaţia dată
Pentru a studia posibilitatea de a utiliza ancoraje cel puţin prin înlocuirea unor piloţi
solicitaţi la smulgere s-au efectuat calcule pe un model în Lucrarea de dizertaţie – Ancoraje,
D.A. Anghel şi C.A. Crihan, îndrumător - Ştefan Ardelean, iunie 2009.
Structura luată în considerare este din beton armat cu pereţi structurali şi este prevăzută
cu 2 subsoluri şi 20 de nivele.
Structura are forma dreptunghiulară , cu latura mare de 66 m iar latura mică de 18 m .
Au fost luate în considerare trei variante de fundare :
a) Radier din beton armat de 2 m grosime,
b) Radier din beton armat de 2 m grosime şi piloţi foraţi de 1.20 m,
c) Radier din beton armat de 2 m grosime , piloti de 1.20 m şi ancoraje permanente.
Structura a fost modelată în Etabs, iar pentru evaluarea forţei seismice, s-au folosit
spectre normalizate de răspuns elastic pentru acceleraţii .
Radierul a fost modelat pe mediu Winkler, considerându-se un coeficient de pat pe
direcţia verticala Ks = 25000 KN /m3 , iar pe direcţia orizontală un coeficient de pat Ks = 12000
KN /m3.
Pentru calculul grupei de piloţi şi ancoraje s-a utilizat programul PileGroup, care ia în
considerare interacţiunea dintre piloţi şi teren.
Capacitatea portantă a ancorajelor a fost determinată conform normativelor în vigoare.
În figura 5.12. e arătat modul de aplasare a piloţilor şi a ancorajelor în variantele b şi c.
În varianta c a fost introdus un număr de 118 ancoraje care să înlocuiască piloţi supuşi
la smulgere în anumite grupări de încărcări.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 30
Fig. 5.11. Structura 2S+P+20E
Tabelul 5.1.
Centralizator cu încărcarile ce acţionează asupra structurii
Din tabelul 5.2. se relevă numărul de piloţi şi de ancoraje pentru fiecare variantă în
parte, tasările construcţiei pentru fiecare variantă şi, de asemenea o estimare a costurilor pentru
ancoraje şi piloţi la nivelul anului 2009.
De remarcat este faptul că doar înlocuirea unor piloţi cu ancoraje duce la scăderea
costurilor.
Tabelul 5.2.
Date referitoare la cele 3 variante
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 31
Fig. 5.12. Amplasarea piloţilor şi ancorajelor în variantele b) şi c)
6. Concluzii şi contribu ţii personale
Utilizarea ancorajelor în teren la fundaţiile clădirilor situate în zone seismice prezintă
următoarele avantaje:
- ancorajele în teren pot prelua eforturile de întindere ce pot apărea pe talpa fundaţiilor
şi implicit se pot reduce şi presiunile foarte mari ce s-ar dezvolta pe talpă în timpul
cutremurelor;
- în situaţiile în care fundaţia se află într-un strat geologic şi care are o anumită
densitate, implicit şi o anume viteză de propagare a undelor seismice, iar bulbii ancorajelor se
află în alt strat geologic, cu altă densitate, deci cu o altă viteză de propagare a undelor seismice,
atunci se poate conta pe o reducere importantă a mişcării terenului la suprafaţă, a acceleraţiei
terenului, implicit a forţelor de inerţie şi în final a forţei seismice ce ar acţiona asupra
construcţiei în timpul cutremurului;
- în condiţiile nevoii de creştere a siguranţei construcţiilor la cutremur, fundaţiile
ancorate reprezintă o soluţie economică;
- nu în orice situaţie fundaţiile ancorate sunt soluţia optimă din punct de vedere al
rezistenţei, al stabilităţii, al tasărilor ori al criteriului economic, însă soluţia cu ancorarea
fundaţiilor poate fi combinată şi cu altele, cum ar fi îmbunătăţirea terenului de fundare sau
fundaţii de adâncime pe piloţi.
Trebuie subliniat că ideea de a folosi sistemele de ancoraje pentru clădiri înalte în zone
seismice este absolut originală şi fireşte că ea trebuie întărită de mai multe validări decât s-au
putut aduce în această lucrare.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 32
De asemenea, remarcăm faptul în reducerea acţiunilor sau efectelor acţiunii seismului
asupra structurilor, această soluţie este una care implică o nouă dezvoltare şi cercetare în
domeniul Ingineriei Geotehnice.
În ce priveşte contribuţiile personale ale autorului se pot menţiona următoarele:
• Sistematizarea cunoştinţelor din domeniul ancorajelor în teren;
• Acumularea de informaţii necesare elaborării de norme cu privire la lucrările de
construcţii sprijinite ori stabilizate cu ancoraje;
• Dobândirea unei importante experienţe în ce priveşte tehnologia de execuţie, metodele
de încercare şi monitorizare a ancorajelor în teren;
• Modelarea prin metode de element finit a ancorajelor, inclusiv la acţiuni dinamice;
• Punctarea elementelor esenţiale la proiectarea şi alcătuirea clădirilor înalte în zone
seismice, cu impact asupra proiectării şi execuţiei fundaţiilor;
• Tema propusă este de mare actualitate, anume în contextul cererii de creştere a
nivelului de asigurare al construcţiilor la acţiunea seismului;
• Originalitatea temei propuse;
• Soluţia propusă, sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice, este
economică, atât în ce priveşte costul substructurii, dar şi în ce priveşte costul
suprastructurii.
Desigur că lucrarea de faţă este finalizată, însă tema şi direcţia de cercetare sunt abia
deschise.
Până la sperata punere în practică a unei lucrări cu soluţia de fundare cu radier general
şi ancorat, autorul îşi propune să continue cercetările şi să aducă şi alte dovezi în sprijinul
utilităţii soluţiei respective.
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 33
Biliografie selectivă
[A4] - Aydan, Ö., Ichikawa Y., Kawamoto T.: Load bearing capacity and stress distributions in/along rockbolts with inelastic behaviour of interfaces, Fifth international conference on numerical methods on geomechanics, Nagoya, Japan, 1–5 April 1985. p. 1281–92 [B1] - Bachman, H.: Seismic Conceptual Design of Buildings – Basic principles for engineers, architects, building owners, and authorities, Biel 2002 [B2] - Barley, A.D., C.R. Windsor.: Recent advances in ground anchor and ground reinforcement technology with reference to the development of the art, GeoEng 2000 International Conference, November 19-21, Melbourne, Australia [B4] - Benmokrane, B., Chekired M., Xu H.: Monitoring behaviour of grouted anchors using vibrating-wire gauges, J Geotech Eng 121 (6) (1995), pp. 466–475 [C2] - Chopra A. K.: Dynamics of Structures, Prentice Hall, 2001 [H1] - Habib, P., Roch C.: Existing buildings protection by a paraseismic device in the soil, under foundations, European Conference on Earthquake Engineering, Viena, 1994 [I2] - Ifrim, M.: Dinamica Structurilor şi Inginerie Seismică, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1984 [I5] - Ivanović, A. The dynamic response of ground anchorage systems. PhD thesis, University of Aberdeen, Aberdeen, UK; 2001 [K1] - Kramer, S. L.: Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1996 [M1] - Manoliu, I.: Fundaţii şi procedee de fundare, Editura Didactică şi Pedagogică, 1983 [M2] - Martak, L. – Bucharest Metropolis, Results of anchor tests executed on 29th and 30th October 2008, Explanation of the results [O1] - Ostermayer, H.: Construction carrying behaviour and creep characteristics of Ground Anchors, ICE Conference on Diaphragm Wallsand Anchorages, London, pp. 141-151, 1974 [S1] - Solomos, G., Berra M.: Testing of anchorages in concrete under dynamic tensile loading, RILEM, 2006 [T2] - Terzaghi, K., Peck R. B.: Soil Mechanics in Engineering Practice, 2d ed. Wiley, New York, 1967 [X1] - Xanthakos, P.P.: Ground anchors and anchored structures, John Wiley & Sons, Inc., 1991 *** Codul de proiectare seismică P 100, Partea I – P100-1/2006, Prevederi de proiectare pentru clădiri *** Grundbau Taschenbuch, Vol. 2: Geotechnische Verfahren, Ernst & Sohn, 2009 *** NP 114-2004 – Normativ privind proiectarea şi execuţia ancorajelor în teren, UTCB, Bucureşti, 2004 *** SR EN 1997-1 – Eurocod 7, Proiectarea geotehnică, Partea 1: Reguli generale, 2006 *** SR EN 1998-1 – Eurocod 8, Proiectarea structurilor pentru rezistenţa la cutremur, Partea 1: Reguli generale, acţiuni seismice şi reguli pentru clădiri, 2006 *** SR EN 1537 – Execuţia lucrărilor geotehnice speciale. Ancoraje în teren, ASRO, Bucureşti, 2004 *** User Manual – Abaqus 6.10
Sisteme de ancoraje în teren pentru clădiri înalte în zone seismice
Rezumat Teza de doctorat – Ing. Constantin Ştefan Ardelean 34