of 64/64
UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCUREŞTI FACULTATEA DE CONSTRUCTII CIVILE INDUSTRIALE SI AGRICOLE TEZĂ DE DOCTORAT CONTRIBUŢII LA STUDIUL TEORETIC ŞI EXPERIMENTAL AL COMPORTĂRII ŞI CALCULULUI ŞURUBURILOR DE ANCORAJ ALE ELEMENTELOR STRUCTURALE METALICE DIN PUNCT DE VEDERE AL PROIECTĂRII, EXECUŢIEI ŞI MONTAJULUI, AL EXPLOATĂRII ŞI FIABILITĂŢII (rezumat) Doctorand: Ing. BOGDAN DRAGOŞ FĂLCUŢĂ Coordonator ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. EUGEN CHESARU BUCUREŞTI - 2010

COMPORTAREA ŞI CALCULULUI ŞURUBURILOR DE ANCORAJ

  • View
    90

  • Download
    3

Embed Size (px)

Text of COMPORTAREA ŞI CALCULULUI ŞURUBURILOR DE ANCORAJ

  • UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURETI

    FACULTATEA DE CONSTRUCTII CIVILE INDUSTRIALE SI AGRICOLE

    TEZ DE DOCTORAT

    CONTRIBUII LA STUDIUL TEORETIC I EXPERIMENTAL

    AL COMPORTRII I CALCULULUI URUBURILOR DE ANCORAJ

    ALE ELEMENTELOR STRUCTURALE METALICE DIN PUNCT DE VEDERE AL

    PROIECTRII, EXECUIEI I MONTAJULUI,

    AL EXPLOATRII I FIABILITII

    (rezumat)

    Doctorand: Ing. BOGDAN DRAGO FLCU

    Coordonator tiinific: Prof. univ. dr. ing. EUGEN CHESARU

    BUCURETI - 2010

  • - 1 -

    CONTRIBUII LA STUDIUL TEORETIC I EXPERIMENTAL AL COMPORTRII I CALCULULUI URUBURILOR DE ANCORAJ

    ALE ELEMENTELOR STRUCTURALE METALICE DIN PUNCT DE VEDERE AL PROIECTRII, EXECUIEI I

    MONTAJULUI, AL EXPLOATRII I FIABILITII - cuprins -

    I - INTRODUCERE. (5 pag.)

    I.1- Structurarea tezei de doctorat. I.2- Generaliti.

    I.2.1- Structura metalic. I.2.2- Sistemul de rezemare al unei structuri metalice. I.2.3- urubul obinuit.

    I.3- Conlucrarea dintre structura metalic i fundaie. I.4- Descrierea general a urubului de ancoraj. I.5- Obiectul tezei de doctorat.

    II PARTICULARITI DE ALCTUIRE ale prinderii

    elementelor structurale metalice n fundaie. (26 pag.)

    II.1- Moduri uzuale de prindere ale elemetelor metalice n fundaie. II.2- Cazul particular al elementelor structurale metalice de seciune circular tubular de diametru mare. II.3- Prinderea articulat n fundaie prin dispunerea a dou uruburi de ancoraj n axul prinderii. Deficienele acesteia. II.4- Aparatul de reazem fix cu articulaie, de prindere al elementelor metalice n fundaie.

    II.4.1- Clasificarea aparatelor de reazem. II.4.2- Reazeme fixe utilizate la realizarea prinderii articulate a stlpilor metalici n fundaie.

    II.5- Prinderea ncastrat n fundaie a stlpilor metalici. II.6- Msuri constructive pentru mbuntirea comportrii.Argumente tehnice

    II.6.1- Enumerarea msurilor constructive. II.6.2- Prevederi suplimentare pentru prinderea elementelor structurale metalice de seciune circular mare (coloane tehnologice, prize de aer, couri de fum etc.). II.6.3- Metode de mbuntire a comportrii la solicitri statice a prinderii elementelor structurale metalice n fundaie.

    II.7- Particulariti de execuie i montaj. II.7.1- Particulariti de execuie a fundaiilor aferente structurilor metalice. II.7.2- Montajul structurilor metalice.

    II.8- Consideraii privind exploatarea i fiabilitatea prinderii.

  • - 2 -

    III ANALIZA STRII DE EFORTURI n uruburile de ancoraj. (76 pag.)

    III.1- Alctuirea uruburilor de ancoraj. III.2- Transmiterea solicitrii de la nivelul urubului de ancoraj la fundaie. III.3- Metode de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare. III.4- Verificarea prin calcul a seciunii tijei uruburilor de ancoraj. III.5- Particularitile de calcul ale uruburilor de ancoraj n cazul elementelor metalice de seciune circular tubular de diametru mare.

    III.6- Influena solicitrilor mecanice a prinderii n fundaie asupra tensiunilor din urubul de ancoraj.

    III.6.1- Influena solicitrilor statice a captului inferior al elementului metalic ancorat. III.6.2- Starea de tensiune determinat de solicitri statice. III.6.3- Considerarea caracterului solicitrii mecanice. III.6.4- Necesitatea asigurrii lungimii libere de deformare a uruburilor de ancoraj.

    III.7- Influena procesului metalurgic de obinere a oelului asupra caracteristicilor mecanice ale oelurilor ce se folosesc la realizarea uruburilor de ancoraj. III.8- Defeciuni curente. Consecinele lor. Remedieri. III.9- Analiza zonei filetate a uruburilor de ancoraj.

    III.10- Starea de solicitare maxim posibil n placa de ancoraj a unui urub. III.11- Notarea n proiectare a uruburilor de ancoraj.

    IV STADIUL ACTUAL AL CUNOATERII comportrii

    i metodelor de calcul ale uruburilor de ancoraj.(19pag.)

    IV.1- Stadiul actual al cunoaterii. IV.2- Prezentarea metodei de dimensionare i verificare. (n cazul prinderii ncastrate n fundaie a stlpilor metalici)

    IV.2.1- Placa de baz. (dimensiuni plane) IV.2.2- Tija urubului de ancoraj. IV.2.3- Traversele. IV.2.4- Placa de baz. (grosimea, necesitatea dispunerii de traverse suplimentare) IV.2.5- Profilele pe care reazem aiba superioar. IV.2.6- Verificarea final.

    IV.3- Aplicaie Dimensionarea i verificarea prinderii ncastrate n fundaie a unui stlp metalic cu inim plin.

  • - 3 -

    V CONTRIBUII PROPRII la studiul teoretic i

    experimental al uruburilor de ancoraj. (48 pag.)

    V.1- Desfurarea i rezultatele ncercrilor experimentale efectuate. (26 pag.) V.2- Consideraii privind concordana dintre comportarea teoretic estimat i cea obinut n urma ncercrilor experimentale efectuate. (6 pag.) V.3- Prezentare comparativ a metodelor de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj. (1 pag.) V.4- Estimarea duratei de via a uruburilor de ancoraj supuse solicitrilor repetate - Aplicaie. (4 pag.) V.5- Metod de analiz teoretic detaliat a strii de presiune pe betonul de subturnare. (8 pag.) V.6- Metod de mbuntire a comportrii strii de tensiune n beton, la contactul cu elementul metalic. (2 pag.) V.7- Trimiteri la contribuile proprii inserate n textul celorlalte capitole. (1 pag.)

    VI CONCLUZII. (4 pag.)

    Anexe. (16 pag.) Bibliografie. (5 pag.)

    ________

  • - 4 -

    CAPITOLUL I INTRODUCERE.

    I.4- Descrierea general a urubului de ancoraj.

    Funcional, un urub de ancoraj este alctuit din: partea inferioar, nglobat n beton i avnd o dimensiune necesar i suficient fixrii ferme a urubului de ancoraj la oricare dintre solicitrile posibile ale piesei i, simultan, suficient nedeteriorrii n timp a conlucrrii dintre partea nglobat i betonul n care este ancorat. tija urubului, nglobat parial n beton la un capt i filetat la cellalt. partea superioar, reprezentat de piese ce permit fixarea poziiei relative dintre captul filetat al tijei urubului i captul inferior al elementului metalic structural. Fixarea este fcut astfel nct s fie evitat deteriorarea n exploatare a elementelor metalice aflate n contact.

    n practica inginereasc se folosesc mai multe tipuri de uruburi de ancoraj, tipuri ce sunt prezentate n subcapitolul III.1. Elementele componente tuturor tipurilor de uruburi de ancoraj sunt: tija urubului, zona filetat, aiba i piulia. Pentru a preveni desfacerea sub sarcin a prinderii se dispune o a doua piuli, numit contrapiuli. n afar de elementele comune descrise anterior alctuirea uruburilor de ancoraj variaz n funcie de tipul de ancoraj ales. Tipul de ancoraj se alege funcie de nlimea fundaiei, mai exact funcie de lungimea pe care urubul poate fi ancorat n beton. n cazuri speciale, poate fi aleas i ca urmare a necesitii existenei unor tolerane la montaj mari sau pentru a permite nlocuirea uruburilor de prindere.

    I.5- Obiectul tezei de doctorat. Obiectul prezentei teze de doctorat este multiplu i const n: a prezenta particularitile de alctuire ale prinderii elementelor structurale metalice n fundaie ; a sintetiza cunotinele existente la nivel mondial n legtur cu problemele legate de uruburile de ancoraj ; a face recomandri i a prezenta opinii bazate pe experiena autorului n cazul punctelor de divergen existente ntre diferite texte de specialitate, n problemele ce privesc uruburile de ancoraj ; a aduce contribuii la studiul teoretic i experimental al uruburilor de ancoraj ;

  • - 5 -

    a prezenta algoritmi i exemple practice sugestive de dimensionare a prinderii elementelor metalice n fundaie folosind uruburi de ancoraj.

    Problematica uruburilor de ancoraj este mprit i structurat n prezenta tez de doctorat astfel nct s fie privit, n mod consecutiv, din punct de vedere: al alctuirii prinderii elementelor structurale metalice n fundaie; al alctuirii diferitelor tipuri de uruburi de ancoraj; al execuiei i montajului; al comportrii n exploatare; al fiabilitii prinderii n fundaie ce folosete uruburi de ancoraj. Vor fi prezentate defectele curente la montaj, consecinele lor i metodele de remediere.

    ________

    CAPITOLUL II PARTICULARITI DE

    ALCTUIRE ALE PRINDERII ELEMENTELOR STRUCTURALE

    METALICE N FUNDAIE.

    II.1- Modurile uzuale de prindere ale elementelor metalice n fundaie.

    Prinderea elementelor metalice n fundaie trebuie s asigure transmiterea n condiii de siguran a solicitrilor de la nivelul suprastructurii, fr a cauza concentrri periculoase de tensiuni. Diferena major ntre caracteristicile de rezisten ale oelului i betonului face necesar dezvoltarea captului inferior al stlpului. Aceasta are rolul de a permite, prin intermediul unei plci de baz, de grosime adecvat, repartizarea satisfctoare a presiunilor pe betonul de subturnare. Aceste presiuni apar ca urmare a solicitrii stlpului.

    Fig. 2-1.Exemplu de dezvoltare a captului inferior al stlpului

    metalic, cu scopul de a permite o repartizare satisfctoare a presiunilor pe

    betonul de subturnare.

  • - 6 -

    La captul inferior al stlpului se dispune placa de baz, a crei grosime trebuie s fie suficient unei repartizri satisfctoare a presiunilor pe beton. Dimensiunile plcii trebuie s asigure respectarea presiunii maxim acceptate pe betonul de subturnare. Ipoteza acceptat n calculul ingineresc consider o distribuie liniar a presiunilor pe suprafaa de contact dintre betonul de subturnare i placa de baz. Aceasta face necesar realizarea unui aparat de reazem care s asigure indeformabilitatea plcii de baz.

    Este necesar asigurarea unei grosimi a plcii de baz adecvat suprafeei sale, dispunerii rigidizrilor verticale i solicitrii elementului metalic. Msurile constructive impun o grosime minim de 15 mm, n practica curent fiind folosite grosimi de 2040 mm. Dimensiunea n plan a plcii de baz se determin din condiia ca presiunea pe betonul de subturnare s nu depeasc presiunea maxim acceptat. Grosimea plcii de baz se determin din condiia de rezisten la ncovoiere sub aciunea presiunii-reaciune din beton. Rigiditatea prinderii elementului metalic n fundaie trebuie s asigure o distribuie a presiunilor pe beton, conform ipotezelor acceptate n calcul.

    Uneori, din raiuni economice, se poate adopta o plac de baz de grosime mare, fr rigidizri. Pentru ca placa s nu rezulte de grosime prea mare i pentru sporirea rigiditii la nivelul prinderii uzual se dispun rigidizri verticale sudate continuu de profilul stlpului. Acestea mbuntesc rigiditatea plcii de baz. Rigidizrile asigur i o transmitere favorabil a eforturilor de la nivelul inferior al stlpului la placa de baz. n primele paragrafe aceste rigidizri au fost descrise ca o dezvoltare a captului inferior al stlpului. nlimea rigidizrilor verticale se recomand a fi de minimum 250 mm, iar cordoanele de sudur verticale trebuie s fie capabile s preia starea de tensiune indus de solicitarea stlpului.

    Asigurarea comportrii unitare a stlpului metalic i fundaiei sale necesit dispunerea corespunztoare a uruburilor de ancoraj. Msurile constructive, distana minim i maxim ntre dou uruburi alturate i seciunea minim acceptat sunt prezentate la punctul II.6.1. Elementele componente ale diferitelor tipuri de uruburi de ancoraj sunt prezentate n subcapitolul III.1. Dimensionarea uruburilor de ancoraj este prezentat n subcapitolele III.3 i IV.2.

    La nivelul bazei stlpului, solicitarea suprastructurii produce i o for orizontal. Suplimentul de for ce nu poate fi preluat prin frecarea dintre placa de baz i betonul de subturnare se preia prin dispunerea sub placa de baz de pinteni (crampoane) de metal sau plci ancorate n beton prevzute cu piese de blocare sudate. Apare necesar verificarea acestor piese de metal, a rezistenei sudurii acestora de placa de baz i a capacitii betonului de a prelua solicitarea orizontal.

  • - 7 -

    Fig. 2-2.Pies metalic sudat de placa de baz prin intermediul

    creia se preiau forele orizontale, la nivelul prinderii n fundaie.

    n cazul unor structuri metalice realizate n anii 80, lipsa de contact dintre

    pinten i beton, pe direcia i n sensul solicitrii a fcut ca uruburile de ancoraj s intre n lucru pentru preluarea forei orizontale, cauznd o solicitare suplimentar de ncovoiere i forfecare a tijelor uruburilor. n lipsa adoptrii unui element de tipul celui sus precizat pentru preluarea suplimentului de for tietoare, suplimentul este preluat prin intermediul tijei uruburilor. Se recomand dispunerea unor piese suplimentare pentru preluarea forei tietoare ce apare la nivelul prinderii dintre stlpul metalic i fundaia sa.

    Pentru asigurarea unui contact intim ntre placa de baz i betonul de la faa fundaiei, precum i pentru a avea posibilitatea corectrii cotei plcii de baz, se dispune un strat de beton de subturnare, de calitate superioar, ce se injecteaz dup calarea1 stlpului. Montajul stlpilor presupune sprijinirea plcii de baz pe plci metalice (bailagre), a cror suprafa este calculat pentru a putea prelua ncrcrile stlpului pe perioada de montaj. Grosimea stratului trebuie s fie de 3070 mm, iar agregatul betonului trebuie s fie de ru sau concasat, splat i uscat, cu diametrul maxim de 7 mm, pentru a putea ptrunde n condiii bune n spaiul de dimensiuni reduse. n loc de beton de subturnare, n prezent, se folosesc betoane sau mortare epoxidice, care se ntresc n 24 de ore i au rezisten de peste 600 daN/cm2. Suprafaa betonului de subturnare trebuie s fie mai mare dect cea a amprentei pe beton a plcii de baz (vezi fig. 2-5) pentru a evita expulzarea betonului de subturnare datorit solicitrii de compresiune a stlpului. Betonul de subturnare i cel din fundaie trebuie s ndeplineasc, constructiv, o cerina minim de rezisten.

    Exist structuri metalice al cror mod de alctuire al prinderii elementelor structurale metalice n fundaii asigur existena unei lungimi de deformare liber a uruburilor. Inexistena acesteia determin o comportare nesatisfctoare la solicitri dinamice n general i variabile n special, fenomenul de oboseal instalndu-se mult mai rapid. n acest caz se pot folosi elemente suplimentare ce permit asigurarea unei lungimi libere de deformare(def) satisfctoare a uruburilor de ancoraj (elemente suplimentare prezentate n fig. 2-4).

    1 Calarea const n asigurarea poziiei n plan i verticalitii stlpului.

  • - 8 -

    Fig. 2-4. Mod de a asigura lungimea de deformare liber a uruburilor

    de ancoraj . {2.1}

    n imediata vecintate a tijei urubului se sudeaz de talpa stlpului dou platbande verticale (sau dou profile L) de lungime suficient. Sudurile verticale trebuie s poat prelua ntreg efortul axial capabil al urubului. La partea

    superioar a celor dou profile se dispune o plac groas (sau dou profile [[[[

    spate n spate). Aceasta trebuie s fie capabil a prelua prin ncovoiere efortul capabil al urubului, transmis prin intermediul piuliei i s-l transmit reazemelor reprezentate de capetele profilelor L. Starea de tensiune din plac, cauzat de ncovoierea i forfecarea sa, ct i starea de compresiune de pe capetele superioare ale profilelor L trebuie s plaseze elementele prinderii n condiii de siguran.

    O alt soluie const n asigurarea lungimii libere de deformare prin sudarea de placa de baz a unor evi de lungime suficient. Tija urubului de ancoraj trece prin eav. Piulia reazem pe o aib ale crei dimensiuni sunt suficiente prelurii efortului capabil al urubului de la nivelul piuliei i transmiterea sa la pereii evii. Seciunea evii trebuie s poat prelua, n condiii de siguran, compresiunea rezultat.

    n lipsa unei nlimi suficiente deasupra betonului de subturnare, o alt soluie permite asigurarea lungimii de deformaie liber a uruburilor de ancoraj pe o zon din nlimea fundaiei, prin dispunerea n cofraj a unui element ce asigur, pe o nlime de 5 diametre, lipsa contactului dintre tija metalic i betonul din fundaie. Se precizeaz c aceast metod duce la creterea nlimii necesare a fundaiei. (nlimea fundaiei trebuie s fie suficient asigurrii lungimii de deformare liber, a lungimii de ancoraj i asigurrii spaiul necesar dispunerii corecte a armturilor orizontale n fundaie.)

    O soluie constructiv ce permite asigurarea unei suficiente lungimi de deformare liber, este prezentat n fig. 2-5.

  • - 9 -

    Fig. 2-5.Prinderea elementului structural metalic n fundaie, prindere

    ce permite asigurarea unei lungimi de deformare liber suficient a

    uruburilor de ancoraj. (prinderea ncastrat n fundaie)

    Dup definitivarea execuiei prinderii elementului metalic n fundaie, n

    ultima etap, se recomand nglobarea bazei stlpului ntr-un bloc de beton simplu, de la nivelul betonului de subturnare i pn la 510 cm deasupra zonei filetate a uruburilor de ancoraj, pentru a proteja de aciunea mediului exterior ntregul ansamblu.

  • - 10 -

    II.2- Cazul particular al elementelor structurale metalice de seciune circular tubular de diametru mare.

    Fig. 2-6.Alctuirea prinderii n fundaie1 a unui element de seciune

    circular tubular de diametru mare.

    Particularitatea prinderii acestor elemente metalice n fundaie este adus de forma circular tubular a seciunii elementului. Aceasta face ca placa de baz s fie sub form de coroan circular.

    1 Pentru descrierea pieselor urubului de ancoraj (reprezentate n seciunea 2-2) vezi fig. 2-5, seciunea 4-4.

  • - 11 -

    Dimensiunile plcii de baz trebuie s respecte ipotezele acceptate n calcul, ct i prevederile i msurile constructive precizate n subcapitolul II.1. Pentru asigurarea lungimii de deformare liber a uruburilor de ancoraj (de minim 5 diametre) se dispune o flan inelar sudat continuu de faa exterioar a elementului metalic circular tubular care reazem pe nervurile nvecinate uruburilor de ancoraj (cte dou pentru fiecare urub), formndu-se casete pentru preluarea efortului din fiecare urub. Sub aibele superioare ale

    uruburilor de ancoraj se dispun platbande groase i, n general, dou profile [[[[ spate n spate ce reazem pe traverse de rigidizare. Placa de baz este rigidizat prin nervuri. Nervura este o plac groas ale crei dimensiuni plane trebuie s fac un raport cu grosimea de maxim 15. Cele dou nervuri nvecinate unui urub trebuie s fie capabile a prelua n condiii de siguran efortul capabil de ntindere al acestuia. Sudura vertical a nervurilor de mantaua elementului metalic trebuie s permit preluarea ntinderii maxime din urub. Msurile constructive, distana minim i maxim ntre dou uruburi alturate i seciunea minim acceptat sunt prezentate n subcapitolul II.6. Dimensiunile elementelor componente ale diferitelor tipuri de uruburi de ancoraj sunt prezentate n subcapitolul III.1. Dimensionarea uruburilor de ancoraj este prezentat n subcapitolul III.5. Pentru transmiterea suplimentului de for tietoare ce nu poate fi preluat prin frecarea dintre placa de baz i betonul de subturnare se folosesc pinteni sau un alt sistem de blocare. Placa de baz reazem pe un strat de beton de subturnare ce trebuie s respecte prevederile precizate n subcapitolul II.6. n cazul elementelor metalice de seciune circular tubular de diametru mare, la care peretele este sensibil la fenomenul de voalare, este strict interzis asigurarea lungimii de deformare liber a uruburilor de ancoraj prin dispozitivul din figura 2-4 (datorit ncovoierii semnificative induse mantalei de transmiterea excentric a ntinderii din urub). n cazul elementelor metalice de seciune circular tubular de diametru mare prinderea n fundaie, prin modul ei de alctuire, este una ncastrat.

    II.3- Prinderea articulat n fundaie prin dispunerea a dou uruburi de ancoraj n axul prinderii. Deficienele acesteia.

    Prinderea articulat dup o ax a stlpului n fundaie necesit asigurarea unei rotiri libere (nempiedicate) dup axa principal respectiv. O astfel de prindere ar trebui s asigure transmiterea exclusiv a forei axiale din stlp i a forelor orizontale. Implicit, inexistena la nivelul prinderii a unui moment

  • - 12 -

    ncovoietor asigur o presiune uniform pe talpa fundaiei i permite economii semnificative de beton i armtur (la nivelul fundaiei). Prinderea articulat a stlpului n fundaie se poate obine n mod aproximativ prin prevederea uruburilor de ancoraj n axa de simetrie a seciunii stlpului, astfel nct preluarea de ctre acestea a unor eforturi de ntindere s nu se opun rotirii n planul dorit. n practic, rotirea apare n raport cu o ax paralel cu cea de simetrie. Astfel exist un bra de prghie al ntinderii din uruburi permite preluarea unui moment redus n prindere, ceea ce confer o anumit rigiditate la rotire. Aceasta face ca funcionarea articulaiei (ce va fi adoptat n schema static) s fie aproximativ. Fora tietoare se transmite fundaiei prin frecarea dintre placa de baz i betonul de subturnare, prin dispozitive specifice i prin forfecarea uruburilor de ancoraj.

    Articulaia se obine dup o singur direcie, pe direcia ortogonal acesteia prinderea fiind una ncastrat. Prinderea articulat realizeaz prin dispunerea uruburilor de ancoraj pe axa de simetrie a seciunii stlpului metalic, ax dup care se urmrete funcionarea articulaiei.

    II.4- Aparatul de reazem fix cu articulaie, de prindere al elementelor metalice n fundaie.

    II.4.2- Reazeme fixe utilizate la realizarea prinderii articulate a

    stlpilor metalici n fundaie. (conform lucrrii [11])

    Prinderea articulat dup o ax a stlpului metalic n fundaie necesit asigurarea unei rotiri libere dup acea ax. n cazul stlpilor secundari se permite obinerea articulaiei n mod aproximativ prin prevederea a dou uruburi de ancoraj n axa de simetrie1 a seciunii stlpului. n cazul stlpilor importani, a cadrelor i arcelor prinse articulat n fundaie, reazemele fixe se realizeaz astfel nct s se obin o comportare fidel de articulaie.

    (a) (b)

    1 Modul de obinere al prinderii articulate pentru stlpii secundari este prezentat n subcapitolul II.3 i reprezentat grafic n

    figura 2-7.

  • - 13 -

    (c) (d)

    Fig. 2-15.Aparate de reazem fix, cu articulaie, folosite la prinderea

    elementelor metalice importante n fundaie: {2.5} (a) reazem cu plac curb i tachei ;

    (b) reazem cu genunchi ;

    (c) reazem cu bulon de articulaie ;

    (d) prindere cu rezemare direct i suprafa de contact mare, de

    form cilindric.

    II.5- Prinderea ncastrat n fundaie. Prinderea ncastrat n fundaie presupune blocarea translaiilor i rotirilor relative ntre elementul structural i fundaie la nivelul prinderii. Astfel se realizeaz transmiterea la nivelul fundaiei a forei verticale, orizontale i a momentului ncovoietor de la nivelul bazei stlpului metalic, cauzate de ncrcrile suprastructurii. Rigiditatea n zona prinderii este superioar celei a elementului metalic fixat. Astfel se evit eventualele plastificri n zona prinderii. Plastificrile la nivelul prinderii ar determina deteriorarea betonului i implicit dispariia contactului intim dintre placa de baz i betonul de subturnare. Rigiditatea sporit de la nivelul prinderii face ca ipoteza acceptat n calcul, a distribuiei liniare a tensiunilor n beton sub placa de baz, s fie apropiat realitii. Rezistena la solicitri mecanice a prinderii este superioar celei a elementului metalic fixat. Astfel se respect cerinele normativelor n vigoare, ca cedarea s apar la nivelul elementelor structurale i nu n prinderi sau mbinri. Prinderea ncastrat n fundaie a elementelor metalice confer o rigiditate superioar structurii (prin creterea gradului de nedeterminare static a structurii), dar conduce la tensiuni superioare n elementul metalic i n fundaie, fa de prinderea articulat. n consecin dimensiunile elementelor vor fi mai mari. Descrierea elementelor componente ale prinderii ncastrate n fundaie sunt descrise n subcapitolul II.1. Metoda de dimensionare i verificare a pieselor componente ale prinderii ncastrate este descris n subcapitolul IV.2 i

  • - 14 -

    exemplificat n subcapitolul IV.3. Prezentarea grafic este fcut n figura 2-5. Precizri suplimentare legate de prinderea ncastrat n fundaie a elementelor metalice cu seciune circular tubular de diametru mare sunt fcute n subcapitolul II.2 i prezentarea grafic a unei astfel de prinderi este fcut n figura 2-6. Prinderea ncastrat dup ambele direcii a elementelor metalice n fundaie este cea mai des ntlnit n practica construciilor civile i industriale cu structur metalic.

    II.6- Msuri constructive pentru mbuntirea comportrii. Argumente tehnice.

    II.6.1- Enumerarea msurilor constructive. (conform lucrrii [S 1])

    Pentru obinerea unei comportri satisfctoare a prinderii elementelor metalice n fundaia de beton este necesar respectarea prevederilor i ndeplinirea cerinelor minimale impuse de normativele i standardele n vigoare ([S 1], [S 2],[S 4]). Totodat, recomandrile din acestea au ca scop optimizarea comportrii i reducerea gradului de risc. Msurile constructive generale (conform [S 1]) ale prinderii elementelor metalice n fundaie i recomandrile generale, grupate n funcie de piesa component a prinderii la care se refer, sunt urmtoarele:

    - Confecionarea uruburilor de ancoraj(def) se face numai din oeluri calmate. - Diametrul minim constructiv al urubului de ancoraj este 20 mm. - Reziliena(def) uruburilor de ancoraj trebuie s fie garantat la o temperatur inferioar celei minim posibile a mediului unde sunt amplasate. n cazul nglobrii n beton, este suficient utilizarea oelului a crui rezilien este garantat de productor la +20C (de tipul k).

    - Diametrul gurii de trecere a urubului prin placa de baz(def) se recomand a fi cu minimum 10 mm mai mare dect cel al tijei urubului.

    - aibele inferioare(def) (cele aflate n contact cu placa de baz) trebuie s aib o grosime minim de 1520 mm. Dimensiunile exterioare ale acestora se recomand s depesc marginea gurii din placa de baz cu 2030 mm pe tot conturul i niciodat marginea aibei nu trebuie s cad la mai puin de 10 mm de marginea gurii din placa de baz (vezi fig. 2-5). Se va da o mare atenie la faptul c exist tolerane de montaj la poziionarea uruburilor de ancoraj. Astfel niciodat n practic uruburile nu cad centric n gaura plcii de baz. Din acest motiv aibele inferioare se vor confeciona dup nglobarea uruburilor i dup stabilirea abaterilor n plan (fa de gaura din placa de baz). Confecionarea lor se face din oel sudabil, compatibil cu cel al plcii de baz. Diametrul gurii de trecere a urubului prin aib trebuie s fie cu maximum 1 mm mai mare dect

  • - 15 -

    cel al urubului de ancoraj. Este obligatorie dispunerea de aibe n contact cu placa de baz ct i sudarea pe contur a acestora de placa de baz.

    - O alt aib se dispune la captul superior(def), sub piuli. Aceasta trebuie s fie capabil s reziste solicitrii de ncovoiere i forfecare, aprut ca urmare a prelurii de la nivelul piuliei, a efortului capabil al urubului de ancoraj. Ea asigur transmiterea solicitrii, n condiii de siguran, profilelor pe care reazem (vezi fig. 2-5). Dimensiunea aibei superioare se recomand s permit rezemarea sa pe contur pe o lime de 2030 mm.

    - Piulia(def) trebuie s aib o nlime de (80100)% din diametrul brut al urubului de ancoraj (s fie o piuli nalt).

    - Deasupra piuliei este obligatorie dispunerea unei contrapiulie(def), ce poate avea o nlime mai mic dect piulia. Aceasta are rolul de a mpiedica rotirea piuliei (desfacerea piuliei), atunci cnd urubul de ancoraj este solicitat la ntindere.

    - Este necesar asigurarea unei lungimi filetate a urubului de ancoraj care s permit strngerea piuliei i a contrapiuliei. n acest scop este necesar existena a 34 pai de filet liber (fa de poziia strns a contrapiuliei). Se recomand ntreruperea zonei filetate la nivelul aibei superioare. n caz contrar, n calculul tensiunilor de ntindere din urub se consider seciunea redus, msurat la fundul filetului. Se precizeaz c aceast recomandare practic nu este realizabil, datorit abaterilor la montaj. Se va evita prin alctuiri constructive corespunztoare ajungerea filetului n zona de solicitare la fore tietoare i/sau la strivire. Zonele filetate ale uruburilor de ancoraj vor avea lungimi minime necesare i vor asigura toleranele de montaj.

    - Grosimea betonului de subturnare(def) este de 37 cm. Betonul de subturnare depete marginile plcii de baz cu minimum 50 mm, dar nu mai puin dect grosimea betonului de subturnare. Panta pe contur a acestuia trebuie s fie de 45 (Pe contur, betonul de subturnare va fi prelucrat, dup ntrire cu pant de aproximativ 45. Panta va ncepe dup depirea marginii plcii cu minim 50 mm, dar nu mai puin dect grosimea betonului de subturnare). Betonul de subturnare se va prepara cu cimenturi cu contracii reduse(def), cu grosimea granulei maxime de 37 mm (adecvat grosimii de subturnare). Consistena(def)

    este impus de modul de realizare a subturnrii (ndesare, turnare). Se recomand ca rezistena de calcul a acestuia s fie de minim 2 ori mai mare dect efortul unitar maxim de compresiune ce poate apare sub placa de baz.

    - Betonul fundaiei trebuie s aib rezistena de calcul de cel puin de 1.5 ori mai mare dect efortul unitar maxim de compresiune obinut sub placa de baz a elementului structural. - uruburile de ancoraj grupa 5.6 se vor ngloba n beton de fundaie avnd clasa minim C8/10, iar uruburile grupa 6.8 n betoane avnd clasa minim C12/15.

  • - 16 -

    - Distana dintre axul urubului de ancoraj i marginea suportului de beton armat trebuie s asigure plasarea marginii capului inferior al urubului la o distan de minim 20 mm de armtura de rezisten din cuzinet.

    - Se recomand strngerea piuliei uruburilor de ancoraj astfel nct s se obin n urub un efort remanent de 2530 N/mm2. Prima strngere cu cheia dinamometric se va face dup montajul stlpului. n cazul unei structuri masive este necesar repetarea operaiei dup ncrcarea structurii. Practica a dovedit o comportare satisfctoare a uruburilor de ancoraj cu un efort remanent de pretensionare de pn la 50% din capacitatea portant.

    - Este interzis a se suda tija uruburilor de ancoraj de aib sau de placa de baz a elementului structural. n cazul uruburilor de ancoraj din oel aliat, supus tratamentelor termice este interzis sudarea n general. Chiar i sudarea prin puncte a tijei acestora de carcasa rigid, necesar asigurrii poziiei n plan i pe vertical a uruburilor la montaj, este interzis.

    Cerinele minimale de mai sus sunt obligatorii, prin proiectare i execuie trebuind luate msuri ca acestea s fie respectate. Aceste msuri in cont de importana acestei prinderi i de dificultatea remedierii deteriorrilor importante ce ar putea s apar la nivelul acesteia. Recomandrile sunt fcute pe baze teoretice i pe analiza comportrii prinderilor existente.

    II.6.2- Prevederi suplimentare pentru prinderea elementelor structurale metalice de seciune circular tubular de diametru mare (coloane tehnologice, prize de aer, couri de fum etc.).

    n cazul prinderii elementelor structurale metalice de seciune circular tubular de diametru mare n fundaie este necesar respectarea msurilor constructive generale descrise la punctul II.6.1, ct i a msurilor constructive specifice prezentate n paragrafele de mai jos (impuse de normativele i standardele n vigoare: [S 1], [S 2],[S 4]). Totodat, recomandrile generale rmn valabile, acestora adugndu-se cele din prezentul subcapitol: (conform lucrrii [S 1])

    - n cazul elementelor a cror plac de baz este reprezentat de o coroan circular baza este rigidizat prin dispunerea a dou nervuri (vezi fig. 2-6) pentru fiecare urub. Acestea se prind cu sudur de placa de baz, peretele elementului i coroana superioar. - Sudura nervurilor de elementul structural trebuie s permit preluarea ntinderii capabile a urubului de ancoraj. - Nervura este o plac groas ale crei dimensiuni plane trebuie s fac un raport cu grosimea sa de maxim 15.

    - Distana dintre dou uruburi (vezi fig. 2-6) este, n mod obinuit, mai mare de 40 cm. Aceasta trebuie s permit sudarea celor dou nervuri pe ambele fee.

  • - 17 -

    Limea casetei unui urub (vezi fig. 2-6) trebuie s permit sudarea aibei groase de placa de baz, cu respectarea distanei minime admisibile dintre cordonul orizontal de sudare al nervurii i cel de sudur pe contur al aibei groase. Se recomand ca distana dintre uruburile de ancoraj (vezi fig. 2-6), n general, s nu depeasc 50 cm. Pentru o corect transmitere a solicitrii la beton distana minim ntre dou uruburi trebuie s fie de 8 diametre. n cazul uruburilor cu ancoraj scurt, cu plac de distribuie, trebuie ca distana dintre axele lor s fie de minim 2 ori limea unei plci de distribuie.

    II.7- Particulariti de execuie i montaj.

    II.7.1- Particulariti de execuie a fundaiilor aferente structurilor metalice.

    Fundaiile pentru structuri metalice se realizeaz sub form de bloc i cuzinet. Numrul uruburilor de ancoraj, de obicei, este egal cu patru sau cu un alt numr par. Poziia relativ a uruburilor de ancoraj ntr-o fundaie trebuie s rmn fix pe perioada de montaj i la turnarea betonului din fundaie. uruburile pot fi ancorate numai n cuzinet, dar de obicei ptrund i n blocul fundaiei.

    uruburile de ancoraj se asambleaz sub form de carcase rigide. Carcasele sunt prevzute cu abloane formate dintr-o plac metalic gurit, cu gurile cu 12 mm mai mari dect diametrul brut al urubului.

    Proiectarea fundaiei i amplasarea armturilor din cuzinet trebuie s permit introducerea carcasei rigide a uruburilor de ancoraj.

    Poziionarea carcasei rigide i a uruburilor la poziie se face cu ajutorul aparatelor topometrice de precizie, capabile s inregistreze direct lungimi i unghiuri pentru fiecare punct masurat.

    Abaterile la execuia fundaiei, la amplasarea uruburilor de ancoraj, trebuie s fie de maxim 50% din diferena dintre diametrul gurilor din placa de baz i diametrul brut al uruburilor.

    Carcasa rigid format din uruburile de ancoraj ale unui element metalic trebuie meninut n poziia corect pe tot parcursul lucrrilor de cofrare-betonare a fundaiei. n acest sens carcasa se fixeaz rigid de cofrag i de armtura fundaiei. n timpul betonrii i vibrrii betonului se fac verificri ale poziiei reale a uruburilor de ancoraj.

    Verificarea manual a poziiei uruburilor se face prin realizarea de capre de lemn la capetele construciei pe care se ntind srme, n axul stlpilor. Poziia fiecrui urub se determin cu ajutorul firului cu plumb i a metrului dulgherului.

    uruburile tratate termic nu se vor suda de barele carcasei rigide. Distana ntre armtura vertical a cuzinetului i urubul cel mai apropiat de aceasta va fi

  • - 18 -

    stabilit astfel nct s permit ptrunderea plcilor de ancoraj ale uruburilor, chiar dac acestea sunt dispuse nclinat, la 45 (dup dimensiunea cea mai mare posibil). Spaiul liber ntre faa armturii i colul plcii de ancoraj a urubului trebuie s fie de minim 50 mm.

    La finalizarea turnrii fundaiei se ntocmete de ctre topometru un plan complet din care s rezulte abaterile fa de proiect.

    II.7.2- Montajul structurilor metalice.

    Montajul stlpilor structurilor metalice pe fundaie se face cu respectarea poziiei acestora n plan i pe vertical, n conformitate cu proiectul tehnic. Poziionarea n plan se face cu respectarea toleranelor admisibile prevzute n proiect, respectiv a unei abateri maxime egal cu 50% din diferena dintre diametrul gurii n placa de baz i diametrul brut al urubului de ancoraj. Simultan pot apare abateri de execuie la uzinarea stlpilor, abateri ce influeneaz poziionarea acestora n plan. n cazul n care abaterile, la execuie, ale amplasrii uruburilor n fundaie relativ la poziia gurilor din placa de baz nu se ncadreaz n tolerana de execuie prevzut n proiect, sau a amplasrii fundaiei locale fa de celelalte fundaii, noua soluie de rezemare va trebui s fie stabilit tot de ctre proiectant. Exist situaii n care fundaia trebuie demolat i returnat n poziia corect.

    Se iau msuri speciale care s asigure nedeteriorarea filetul uruburilor la montajul stlpului. n acest sens se monteaz capioane din eav subire la fiecare urub, nainte de aducerea la poziie a stlpilor. Aceste capioane sunt refolosibile. Pe toat perioada de la turnarea fundaiei pn la definitivarea montajului filetele uruburilor i piuliele sunt meninute sub strat de vaselin, pentru a mpiedica ruginirea. Cnd montajul a fost definitivat i forele de prestrngere verificate cu chei dinamometrice se degreseaz vaselina. Dup montaj, pe filetul urubului, aiba superioar, piuli i contrapiuli se aplic mai multe straturi de vopsea. Poziionarea stlpului metalic pe fundaie se face la cota de montaj prevzut, cot reprezentat de partea inferioar a plcii de baz. Cota superioar a cuzinetului fundaiei trebuie s se gseasc cu 3070 mm sub cota de montaj a stlpului. Operaiunea de calare(def) a stlpului se face cu ajutorul unor plci metalice de grosimi diferite (bailagre) sau cu ajutorul unor uruburi suplimentare de calaj. Operaiunea de montaj a unui stlp este dificil, avnd n vedere c simultan calrii(def) stlpului trebuie asigurat i o corect poziionare n plan. Pe tot parcursul calrii piuliele uruburilor sunt montate fr a fi strnse, iar stlpul metalic, pe ntreaga perioad, este susinut cu ajutorul macaralei. Operaiunea de calare i poziionare a stlpului poate fi repetat dup montajul tuturor stlpilor, fiind posibile corecii. Betonul de sub suprafaa bailagrelor trebuie s asigure, n faza de montaj, transmiterea ncrcrilor de pe stlp pn la momentul subturnrii plcii de baz.

  • - 19 -

    Din acest motiv numrul, amplasarea i suprafaa bailagrelor trebuie stabilite prin proiect. Spaiul dintre cuzinetul stlpului i partea inferioar a plcii de baz se umple cu betoane de rezisten cu agregat mrunt (cu granula maxim de 7 mm) sau cu mortare epoxidice. Betonul de subturnare va avea rezistena la compresiune superioar betonului din cuzinet. Betonul de subturnare va depi conturul plcii de baz cu minim 50 mm i va fi prelucrat pe contur cu o pant de 45. Betonul de subturnare se va executa pn la fa superioar a plcii de baz pentru o comportare mai bun la preluarea forelor tietoare. Subturnarea se va face numai dup ce au fost verificate poziiile tuturor stlpilor cldirii. Pentru a proteja prinderea elementului metalic n fundaie de aciunea mediului, dup definitivarea montajului, ca etap final, se recomand nglobarea bazei ntr-un bloc de beton simplu, de la nivelul betonului de subturnare i pn la 510 cm deasupra zonei filetate a uruburilor de ancoraj.

    II.8- Consideraii privind exploatarea i fiabilitatea prinderii.

    Prinderea structurii metalice n fundaie prin intermediul uruburilor de

    ancoraj este fundamental pentru corecta funcionare a structurii. Din acest motiv ruperea unuia sau mai multor uruburi de ancoraj reprezint o situaie excepional i trebuie evitat. Conform prevederilor legale n vigoare, uruburile de ancoraj se dimensioneaz astfel nct starea de solicitare maxim posibil s nu duc la intrarea lor n curgere (sub aceast solicitare).

    Pentru buna comportare n timp se iau msuri de prestrngere a uruburilor la montaj. Dup montaj, pe filetul urubului, aiba superioar, piuli i contrapiuli se aplic mai multe straturi de vopsea. Perioada de garanie pentru vopselele speciale anticorozive sunt n prezent n jur de 15 ani.

    Zona bazei stlpului este destul de afectat de suduri i este vulnerabil coroziunii. Acest lucru este cu att mai periculos cu ct atmosfera este mai puternic coroziv (cum este n cazul instalaiilor ce degaj componente ale sulfului sau care sunt amplasate n vecintatea mrii).

    Soluia cea mai bun pentru protecia bazei stlpilor este ca aceasta s fie nglobat n beton, durata de via fiind astfel mult prelungit. n acest caz problema coroziunii apare numai deasupra zonei de nglobare.

    O urmrire atent n timp a comportrii bazei stlpilor i a uruburilor de ancoraj contribuie la o bun comportare pe toat durata de exploatare a structurii.

    Repararea, ulterioar definitivrii montajului, a defeciunilor aprute la nivelul uruburilor de ancoraj este dificil i costisitoare.

    ________

  • - 20 -

    CAPITOLUL III ANALIZA STRII DE EFORTURI N URUBURILE DE ANCORAJ.

    III.1- Alctuirea uruburilor de ancoraj.

    Prile componente comune tuturor uruburilor de ancoraj sunt: (1) tija urubului. Se confecioneaz din oeluri ce trebuie s ndeplineasc anumite condiii minimale necesare satisfacerii cerinelor de ductilitate, rezilien i duritate. (2) zona filetat. Se recomand a avea o lungime minim necesar constructiv, dar care s permit asigurarea toleranelor de execuie i montaj. (3) piulia. Se folosesc piulie nalte, cu grosimea minim de 80% din diametrul nominal al urubului i limitat superior la valoarea acestuia. Acestea se confecioneaz, n general, din oeluri cu aceeai clas de calitate cu a urubului de ancoraj acceptndu-se ns i o clas inferioar. Atunci cnd captul liber nu este nglobat n beton este necesar dispunerea unei contrapiulie. (4) aiba. Se folosesc aibe groase. Sunt confecionate din oeluri sudabile i compatibile cu materialul plcii de baz a elementului structural.

    n afar de elementele comune descrise anterior alctuirea urubului de ancoraj variaz n funcie de tipul de ancoraj ales. Tipul de ancoraj se alege funcie de grosimea de beton disponibil (n care se va realiza ancorarea). n cazuri speciale, tipul de ancoraj poate fi ales i pentru satisfacerea necesitii existenei unor tolerane la montaj mari sau pentru a permite nlocuierea uruburilor de prindere.

    n continuare sunt prezentate principalele tipuri de uruburi de ancoraj folosite n practic: (conform lucrrii [S 1]) - uruburi cu ancoraj normal (prezentate la punctul III.1.1); - uruburi cu ancoraj scurt (prezentate la punctul III.1.2) cele mai folosite; - uruburi de ancoraj cu cap ciocan (prezentate la punctul III.1.3).

    III.1.1- uruburi cu ancoraj normal.

    n cazul n care se dispune de lungimea de ancoraj necesar se recomand folosirea uruburilor cu ancoraj normal, la care efortul de ntindere se consider n mod acoperitor de ctre stas-urile romneti n vigoare a fi preluat integral prin aderena ntre suprafaa lateral a urubului i beton. La captul din betonul

  • - 21 -

    de fundaie se prevede un cioc sau o plac sudat (cu dimensiunile notate n desenul de mai jos i intabulate n Anexa B).

    Fig. 3-1. urub cu ancoraj normal. III.1.2- uruburi cu ancoraj scurt i plac de distribuie.

    Pentru a crete suprafaa lateral minim teoretic posibil a conului de cedare(def) i implicit a reduce lungimea de nglobare necesar se folosesc uruburile cu ancoraj scurt i plac de distribuie. Acoperitor se consider c solicitarea se transmite prin forfecarea betonului de pe suprafaa lateral a prismei cu baza definit de placa de distribuie i cu nlimea dat de lungimea de ancoraj (vezi fig. 3-2, seciunea b-b). uruburile cu ancoraj scurt sunt cel mai des folosite n practic. Folosirea lor permite ancorarea ntr-un bloc de fundaie de dimensiuni mai mici, prin comparaie cu situaia uruburilor cu ancoraj normal. Din acest motiv, n general, soluia de proiectare ce folosete acest tip de ancoraj este eficient economic.

    Se precizeaz c n cazul poziionrii urubului n imediata vecintate a marginii blocului de beton se poate dezvolta o suprafa de fractur nclinat ce intersecteaz limita lateral a volumului de beton. Acest mecanism de cedare duce la dezvoltarea unui efort capabil n urubul de ancoraj inferior celui din calculul uzual i, implicit, la cedarea prematur. Standardele n vigoare permit poziionarea urubului de ancoraj la o distan minim de 50 mm de armtura vertical din cuzinet.

    Caracteristicile geometrice i mecanice ale uruburilor cu ancoraj scurt sunt precizate n Anexa B.

  • - 22 -

    Fig. 3-2. urub cu ancoraj scurt i plac de distribuie. III.1.3- uruburi de ancoraj cu cap ciocan.

    uruburile de ancoraj cu cap ciocan, a cror alctuire este descris n [8], permit o toleran mai mare la montaj i, n cazul neumplerii cu beton a evii, pot fi nlocuite dup o perioad de timp. La captul inferior acestea prezint o evazare ce face posibil solidarizarea cu o plac de ancoraj prevzut cu gaur corespunztoare. Acest ansamblu este ancorat la captul ciocan al urubului prin intermediul plcii de ancoraj ce transmite solicitarea unei evi nglobate pe o lungime suficient transmiterii efortului de ntindere la beton.

    Fig. 3-3. urub de ancoraj cu cap ciocan.

  • - 23 -

    III.2- Transmiterea solicitrii de la nivelul urubului la fundaie.

    Lungimea de ancoraj(def) se calculeaz astfel nct cedarea s apar la nivelul tijei oelului, n mod ductil. Impunerea unei forme i dimensiuni constructive a captului inferior al uruburilor de ancoraj (captul nglobat n beton) are ca scop evitarea cedrii prin smulgere caracterizat prin zdrobirea betonului n contact cu capul nglobat. Acest fenomen ar apare n cazul unor rapoarte mici ntre dimensiunea crligului (respectiv a plcii de repartiie) i diametrul tijei i ar duce la avansarea capului ctre suprafaa elementului. Adncimea mare de nglobare, specific uruburilor de ancoraj, este un factor favorizant al acestui fenomen. Dac distana dintre uruburile de ancoraj sau a acestora fa de marginea liber ar fi prea mic (dimensiunea fundaiei ar fi prea mic pentru numrul sau dimensiunea buloanelor), conul de cedare nu s-ar putea forma integral, fiind precedat de cedarea prin despicare a betonului fundaiei. n cazul respectrii normelor, aferente, n vigoare se consider c fenomenele de mai sus sunt evitate, ruperea n beton fiind caracterizat de formarea unei suprafee de fractur a crei dezvoltare ncepe de la nivelul capului urubului i se manifest pn la suprafaa liber a fundaiei. Lungimea de ancoraj este necesar prelurii solicitrii de ntindere din tij prin tensiuni la nivelul betonului. Astfel, metodele de calcul depind de considerarea formei conului de cedare(def) , de aproximarea strii de eforturi n beton i de ipotezele privind rezistena de aderen(def) pe suprafaa de cedare admis. Aceste metode sunt calibrate i verificate pe baza rezultatelor empirice. Teoria Mecanicii Ruperii(def) a dovedit c atributele betonului n zonele ntinse dein un rol dominant n analiza cedrii la nivelul betonului simplu sau armat. ncercrile experimentale au dovedit o comportare neliniar a betonului mai apropiat de modelul elastic-ideal plastic(def) . Modelul tradiional elastic-fragil(def) conduce la o capacitate portant cu caracter acoperitor. nglobarea n beton trebuie s asigure transmiterea ntregului efort capabil de ntindere al urubului. Acesta are loc prin fenomenul de aderen existent ntre tija metalic i beton, iar, n cazul existenei unei plci de distribuie (pentru uruburile cu ancoraj scurt), prin forfecarea betonului. Rezistena de aderen de calcul, conform prevederilor STAS 10107/0-90 se obine prin amplificarea cu un coeficient supraunitar a rezistenei de calcul la ntindere a betonului. Aceasta ine seama de condiiile de aderen apreciate a avea loc (favorabile, defavorabile) i de tipul solicitrii (normale, severe). Se consider n mod acoperitor c aceast rezisten de aderen nu se manifest pe o lungime de 710 diametre n vecintatea feei superioare a betonului. Se ajunge la o lungime de ancorare de aproximativ 50 de diametre ale urubului.

  • - 24 -

    III.3- Metode de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare.

    Metodele de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare prezentate n continuare folosesc urmtoarele notaii: n numrul uruburilor de ancoraj ; b lungimea plcii de baz ; l limea plcii de baz (vezi fig. 3-4); l0 distana de la axul uruburilor ntinse la latura opus a plcii de baz

    (vezi fig. 3-4); N fora axial de compresiune la baza elementului metalic ; M momentul ncovoietor la baza elementului metalic, corespunztor lui N ; A aria plcii de baz: blA = (3.1)

    W modulul de rezisten al plcii de baz: 6

    2lbW = (3.2)

    (notaiile existente n relaia (3.2) sunt precizate anterior) N1 efortul de ntindere maxim n urub ;

    )max(1

    MN efortul de ntindere din ncovoiere n urubul cel mai solicitat ; Rc rezistena de calcul la compresiune a betonului ; Rb efortul maxim admisibil n betonul de subturnare, la compresiune;

    Ea modulul de elasticitate longitudinal al oelului (Ea = 210000 N/mm2) ; Eb modulul de elasticitate longitudinal al betonului (Eb = 33000 N/mm2 pentru aciuni de scurt durat i Eb = 11000 N/mm2 pentru aciuni de lung durat,peste 24 ore) ; ne coeficient de echivalen ( ne = Ea / Eb )

    ne = 6.4 - pentru aciuni de scurt durat (sub 24 ore) ; ne = 19 - pentru aciuni de lung durat.

    n general se adopt pentru toate combinaiile de ncrcri ne=15. Metodele de calcul prezentate sunt recomandate de [S 1].

    III.3.1- Metoda nr. 1 de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare. (conf. lucrrii [S 1])

    Metoda curent de proiectare, recomandat a fi folosit atunci cnd raportul

    dintre ssssmin (ntindere) i ssssmax (compresiune) este cel mult 0.3, admite ipoteza c

    seciunea prinderii rmne plan dup deformaie i nu ine cont de faptul c oelul i betonul au module de elasticitate diferite. Astfel se obine o distribuie liniar a tensiunilor normale sub placa de baz.

  • - 25 -

    Fig. 3-4. Diagrama de presiune i notaiile folosite pentru metoda nr.

    1 i pentru metoda nr. 2.

    Valorile extreme se obin din relaiile:

    WM

    AN

    =max (3.3)

    WM

    AN

    +=min (3.4)

    Se limiteaz presiunea efectiv maxim n beton: max 0.6 Rc .

    Rezultanta solicitrii de ntindere este preluat de uruburi. Pentru un singur urub, valoarea acesteia se obine din condiia echilibrului ntre aciuni i reaciuni, prin scrierea ecuaiei de moment n raport cu centrul de greutate al eforturilor unitare de compresiune:

    =

    32

    32

    0

    1 xln

    xlNMN (3.5)

  • - 26 -

    unde: lx +

    =

    minmax

    max

    (3.6)

    Se precizeaz c rezultanta ntinderilor este preluat la nivelul tijei uruburilor poziionate constructiv i a cror poziie nu corespunde cu centrul de greutate al tensiunilor de ntindere (a cror distribuie a fost acceptat ca fiind liniar).

    III.3.2- Metoda nr. 2 de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare. (conf. lucrrii [9])

    Metoda de calcul accept o diagram triunghiular de presiuni a cror

    valoare maxim se consider a fi Rb, iar limea zonei comprimate este x=aaaal0.

    Celelalte notaii sunt identice cu cele de la metoda prezentat la punctul III.3.1 (vezi fig. 3-4).

    Factorul aaaa rezult din ecuaia de moment fa de poziia uruburilor ntinse.

    2

    0 bb

    RblN = (3.7)

    NNN ba = (3.8)

    03

    122

    20

    0 =

    +

    bR

    blllNM (3.9)

    Notaii:

    +=

    20llNMM a (3.10)

    b

    a

    RblM

    r

    = 20

    20

    21 (3.11)

    =

    3112

    0

    r (3.12)

    20

    325.25.1r

    = (3.13)

    bN - rezultanta eforturilor de compresiune din beton ;

    aN - rezultanta eforturilor de ntindere din uruburi.

    Efortul de ntindere ntr-un urub se obine prin mprirea valorii obinute Na la numrul uruburilor ntinse.

    III.3.3- Metoda nr. 3 de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare. (conf. lucrrii [S 4])

    n lucrarea [9] se propun formule de calcul diferite n funcie de distribuia presiunilor pe beton. Aceast metod folosete n plus urmtoarele notaii:

    At aria seciunii nominale total a uruburilor de ancoraj ntinse (seciune n zon lis) ; Ft suma eforturilor de ntindere n toate uruburile de ancoraj ; pm tensiunea de compresiune maxim pe beton la marginea plcii de baz

  • - 27 -

    dt distana de la axele uruburilor ntinse la axa dup care acioneaz vectorul moment ; d1 distana de la axele uruburilor din zona comprimat la marginea plcii de baz. Se analizeaz cazul particular n care solicitarea de compresiune cu moment ncovoietor determin o presiune nul n dreptul tijei unui urub. Aceasta necesit o lime a zonei comprimate cel puin egal cu l0 .

    Fig. 3-5. Cazul particular n care diagrama de presiune este

    triunghiular, fr a apare ntindere n uruburi.

    n acest caz se admite c efortul n tije este nul (Ft=0) iar limea zonei comprimate este egal cu hp . Prin scrierea condiiilor de echilibru se poate determina, n funcie de dimensiunile plcii i valoarea momentului ncovoietor, compresiunea maxim n stlp pentru care apare ntindere la nivelul tijei uruburilor. Ecuaia de moment se obine prin exprimarea echilibrului n raport cu centrul de greutate al plcii de baz.

    pp

    tm bh

    dpN

    +=

    221

    (3.14)

    +

    +=

    231

    2221 p

    tp

    pp

    tm

    hd

    hb

    hdpM (3.15)

    tp dh

    MN

    =

    3max (3.16)

    Pentru NNmax nu apar ntinderi n uruburi. Limea zonei comprimate este egal cu limea piesei (y0=hp), iar diagrama presiunilor n beton se accept ca fiind trapezoidal.

    Fig. 3-6. Cazul n care apare presiune la nivelul betonului pe ntreaga

    lime a plcii.

  • - 28 -

    Notndu-se presiunea minim ssssb,min=pm , presiunea maxim ssssb,max=pm i

    scriindu-se condiiile de echilibru echivalente situaiei anterior prezentate se poate obine valoarea presiunii maxime.

    ppmm bhppN +=

    2'

    (3.17)

    ( )12

    '

    2pp

    mm

    hbppM

    = (3.18)

    2max6

    pp

    pm hb

    hNMp

    +== (3.19)

    Pentru N

  • - 29 -

    Se accept poziionarea axei neutre funcie de dimensiunile elementelor componente ale prinderii i de natura aciunilor ce conduc la solicitarea de ncovoiere cu efort axial.

    +

    +

    = 1)2(10 ptte

    p

    p

    te hdAn

    bb

    Any (3.22)

    Supraestimarea n limite ponderate a coeficientului de echivalen (ne) duce la creterea gradului de siguran al prinderii. Aceasta determin creterea efortului de dimensionare a uruburilor de ancoraj i o scdere a presiunii teoretice maxime n beton.

    n cazul n care limea zonei comprimate este suficient de mic pentru a apare ntindere sub efectul solicitrii considerate (compresiune cu ncovoiere monoaxial) n ambele seciuni verticale determinate de tijele uruburilor (y0

  • - 30 -

    Fig. 3-8. Diagrama de presiune i notaiile folosite pentru metoda 4.

    Prin scrierea ecuaiilor de moment n raport cu centrul de greutate al

    diagramei presiunilor i folosirea de aproximri succesive n sensul siguranei s-a determinat relaia efortului de ntindere n uruburi:

    Formula de calcul:

    =

    00 33

    33

    laN

    lMNa

    (3.25)

    Prin scrierea ecuaiei de moment n raport cu tija uruburilor ntinse i folosind aproximri succesive n sensul siguranei s-a determinat relaia tensiunii maxime de compresiune n beton.

    Formula de calcul: ( ) 000

    3

    6

    lblaN

    lM

    b

    +

    = (3.26) S-a exprimat printr-o ecuaie unic condiia impus de ipoteza seciunilor plane sub solicitri n domeniu elastic, inndu-se cont de caracteristicile elastice diferite ale oelului i betonului:

    =

    1ba

    a

    bt

    EE

    NA

    (3.27)

  • - 31 -

    Aceast relaie a fost obinut prin prelucrarea sistemului de ecuaii:

    =

    =

    1000

    lll

    a

    b (3.28)

    bbb E= (3.29)

    bt

    aa EA

    N= (3.30)

    S-au adugat 2 ecuaii de echilibru: NNN ab += (3.31)

    =+ bNaNM

    30ll (3.32)

    Prin prelucrarea celor 3 ecuaii avnd ca necunoscute , b i Na se poate reduce prin nlocuire sistemul la o ecuaie:

    ( )

    =+ 11132 (3.33)

    unde: MaN

    lN+

    =0 (3.34)

    bb

    ta

    AEAE

    = 6 (3.35)

    Aceasta permite determinarea necunoscutei , a crei cunoatere este suficient i necesar pentru determinarea necunoscutelor Na i b din relaiile de calcul

    (3.25), respectiv (3.26).

    Analiznd rezultatele obinute la calculul ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare prin cele 4 metode (vezi punctele III.3.1III.3.4), se consider c diferenele dintre ele ies din domeniul acceptabilului (pentru exemplificare numeric, vezi aplicaia din subcapitolul IV.3).

    Pe aceste considerente, se poate stabili o metod combinat ntre 1 i 2 care s mbunteasc precizia de calcul.

    Metoda propus const n determinarea presiunii maxime pe beton considernd o seciune omogen de beton cu dimensiunile plcii de baz, supus la compresiune i ncovoiere (conform metodei 1). Presiunea maxim pe beton astfel determinat este considerat n calculul ntinderii n uruburile de ancoraj, conform metodei 2 (singura metod cu acoperire legal, unica metod existent n STAS 10108/0-78).

    n cazul structurilor importante, se recomand aplicarea a toate cele 4 metode la dimensionare, pentru a plasa n condiii de siguran prinderea elementelor metalice componente n fundaie.

    O exemplificare numeric comparativ ntre cele 4 metode de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare este fcut n subcapitolul IV.3.

  • - 32 -

    III.4- Verificarea prin calcul a seciunii uruburilor de ancoraj.

    III.4.1- Gruprile de ncrcri ce duc la dimensionarea uruburilor de ancoraj.

    n cazul uruburilor de ancoraj, solicitarea de dimensionare este cauzat de ncrcrile orizontale pe structur (exemplu: vnt, seism, aciunea podurilor rulante). Echivalent formulat, dimensionarea uruburilor de ancoraj , conform lucrrii [S 1], se obine din gruparea ce determin momentul ncovoietor maxim sau din gruparea ce determin fora axial minim n prinderea stlpului metalic de fundaie. La nivelul ancorajului nu se accept incursiuni n domeniul plastic, dimensionarea fcndu-se n mod obligatoriu la solicitri corespunztoare unui rspuns elastic al structurii. Mai mult, datorit incertitudinii comportrii locale, se adopt coeficieni ai condiiilor de lucru ce aduc reduceri importante ale rezistenei de calcul a materialului. n cazul conformrii prinderii ca ncastrat dup ambele direcii se studiaz gruprile ce conduc la valori mari ale momentelor de ncovoiere dup ambele direcii de solicitare.

    Dac rezolvarea constructiv nu permite preluarea forei tietoare n alt mod, uruburile de ancoraj vor prelua i aceast solicitare. Acest caz necesit considerarea suplimentar a gruprii ce conduce la fora tietoare maxim, mrind numrul cazurilor defavorabile de solicitare ale bazei elementului metalic.

    uruburile de ancoraj se dimensioneaz la gruparea de ncrcri cea mai defavorabil. Astfel dimensionarea se face, de obicei, la gruparea ce include aciunea seismic, n conformitate cu cerinele normativului P100-1/2006. Astfel, eforturile secionale de la baza stlpului se determin cu formula: EFovGFdF EEE ,,, 1.1 += (3.36) dFE , - efortul total de calcul la baza stlpului, ce include i aciunea seismului ;

    GFE , - efortul secional din aciunile neseismice coninute n gruparea de

    ncrcri; EFE , - efortul secional ce rezult numai din aciunea seismic ;

    ov - factor de amplificare a limitei de curgere a materialului (suprarezistena): 25.1=ov (3.37) - factor de multiplicare al eforturilor ( EldM , , EldV , ), pentru proiectarea

    elementelor structurale nedisipative.

    iEd

    iRdpl

    MM

    ,

    ,,

    = (3.38)

    iRdplM ,, - momentul plastic, la baza stlpului ;

    iEdM , - momentul efectiv, din gruparea ce conine seismul.

  • - 33 -

    Conform formulei de mai sus, eforturile provenite din seism sunt amplificate cu valoarea EFov E ,1.1 , acest coeficient fiind limitat superior la situaia rspunsului integral n domeniu elastic a structurii: qE EFov

  • - 34 -

    Fig. 3-9. Diagrama de presiune i notaiile folosite pentru calculul

    prinderii cu blocul fundaie al elementelor a cror plac de baz este

    reprezentat de o coroan circular.

  • - 35 -

    Nunit efortul de ntindere ntr-un urub teoretic situat la distana unitate de axa neutr a ncovoierii ; Ni efortul de ntindere ntr-un urub (urubul i) ; di braul de prghie al urubului i pentru solicitarea considerat ; M momentul de ncovoiere al prinderii ;

    FFFF diametrul cercului de poziionare a uruburilor pe seciune ; n numrul de uruburi de ancoraj ;

    aaaa unghiul la centru al arcului determinat de axa de poziionare a dou

    uruburi consecutive ;

    aaaai unghiul ce permite definirea poziiei urubului i fa axa perpendicular

    pe vectorul moment al solicitrii i fa de centrul seciunii (aaaai=090 grade) ;

    Dint - diametrul interior al flanei circulare ce reprezint placa de baz ; Dext - diametrul exterior al flanei circulare ce reprezint placa de baz ; ng numrul gurilor corespunztoare uruburilor n placa de baz ; dg diamentrul gurilor pentru uruburi din placa de baz.

    III.5.1- Metoda nr. 1 de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare, n cazul elementelor metalice de seciune circular tubular de diametru mare. Metoda de calcul propus de [S 1] accept ipoteza seciunilor plane i nu

    ine cont de faptul c oelul i betonul au module de elasticitate diferite. Eforturile secionale considerate sunt reprezentate de ncovoiere monoaxial i de compresiune. n raport cu solicitarea de ncovoiere axa neutr este identic cu axa de simetrie. Dispunerea n seciune a uruburilor este uniform (definit de unghiuri la centru, de valoare aaaa, egale) i solicitarea este direct proporional cu

    alungirea n tij (vezi fig. 3-9, Metoda 1): iuniti dNN = (3.47)

    =2/

    1)(

    21 n

    ii dNM (3.48)

    )cos(2 ii

    d = (3.49)

    [ ]

    =

    4/

    1

    22

    )(cos222

    1 niunitNM

    [ ]= 4/

    1

    22 )(cosn

    i

    unitMN

    (3.50)

    Efortul de dimensionare al uruburilor de ancoraj este:

  • - 36 -

    n

    Nn

    MN

    =4max

    1 (3.54)

    Presiunea maxim pe betonul de subturnare este:

    ( ) + == 22int2max4

    gextb dnDD

    Npi

    ( )

    n

    iggext

    ext

    yddnDD

    DM

    1

    2244int

    4 16

    32

    pi

    (3.63)

    Se limiteaz presiunea efectiv: bb R cb RR = 6.0 (3.64) Rc rezistena de calcul la compresiune a betonului ; yi coordonata gurii n placa de baz corespunztoare urubului i.

    Pentru calculul aportului adus de momentul ncovoietor, n

    MN M

    =4)max(

    1 , se

    poate folosi urmtorul algoritm:

    MN M = )max(1 (3.73)

    )max(1

    MN - ntinderea n urubul cel mai solicitat determinat de momentul ncovoietor ;

    bbbb- coeficient preluat din tabelul 3-1, msurat n m-1 (

    =

    n

    4 ) ; M momentul ncovoietor ce se dezvolt la baza elementului.

    Tabel 3-1. Valorile coeficientului bbbb funcie de diametrul cercului de

    poziionare a uruburilor pe seciune (FFFF) i de numrul de uruburi de

    ancoraj (n).

    n FFFF(m) 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52

    1.00 0.500 1.50 0.223 2.00 0.167 0.125 2.50 0.100 0.080 3.00 0.067 0.056 3.50 0.048 0.041 4.00 0.042 0.036 0.032 4.50 0.032 0.028 0.025 5.00 0.025 0.023 0.020 5.50 0.021 0.019 0.017 6.00 0.019 0.017 0.016 0.014

    bbbb- coeficient ce se poate folosi la dimensionarea uruburilor de ancoraj ale

    elementelor structurale a cror plac de baz este reprezentat de o flan inelar. Se msoar n m-1.

    =

    n

    4 n - numrul de uruburi de ancoraj ;

  • - 37 -

    FFFF - diametrul cercului de poziionare a uruburilor pe seciune (vezi fig. 3-9).

    Valorile coeficientului bbbb corespund unui numr de uruburi (n) a cror

    dispunere respect distanele ntlnite n practic dintre uruburile de ancoraj. Soluia aleas trebuie s respecte distanele minime (pentru realizarea constructiv) i maxime recomandate, prezentate la punctul II.6.2.

    III.6- Influena solicitrilor mecanice a prinderii n fundaie asupra tensiunilor din urubul de ancoraj.

    III.6.3- Considerarea caracterului solicitrii mecanice. III.6.3.1- Considerarea caracterului dinamic prin oc al solicitrii mecanice.

    Dimensionarea uruburilor de ancoraj la o solicitare de ntindere centric prin oc se poate face cu relaia:

    cnec RPA = 2 (3.104)

    Anec aria necesar, n zona de transmitere a solicitrii, a urubului de ancoraj; P valoarea maxim a ntinderii centrice ce acioneaz brusc asupra urubului; Rc rezistena de calcul a urubului.

    III.6.3.2- Considerarea caracterului pulsatoriu al solicitrii mecanice.

    uruburile de ancoraj sunt elemente la care, n cazul transmiterii forei tietoare la fundaie prin folosirea altor elemente, solicitarea la nivelul tijei este de ntindere centric. Caracterul ncrcrilor ce acioneaz asupra structurii (static, dinamic, variabil ondulant sau alternant) se regsete i la nivelul solicitrii de ntindere a uruburilor, cu precizarea c la nivelul acestora nu pot apare alternane de semn ale efortului axial. Astfel, oscilaiile produse de vnt, vibraiile determinate de utilaje tehnologice sau orice alt ncrcare variabil cauzeaz apariia fenomenului de oboseal. Fenomenul de oboseal este procesul de iniiere i propagare a uneia sau mai multor fisuri, ca rezultat al aplicrii repetate a unei solicitri. Const n scderea rezistenei metalului supus solicitrilor sau deformaiilor repetate de un numr mare de ori. Un caz particular al solicitrilor repetate este i cel al vibraiilor.

    III.8- Defeciuni curente. Consecinele lor. Remedieri.

    Defectele curente la montaj (prezentate n lucrarea [S 1]) ce apar la nivelul uruburilor de ancoraj ale structurilor mecanice sunt:

  • - 38 -

    necorespondena ntre poziia urubului de ancoraj i poziia gurii corespunztoare din placa de baz ; deteriorarea filetului uruburilor de ancoraj, acolo unde nu s-a folosit protectoare la montaj pentru acestea ; lipsa aibelor groase, la uruburile de ancoraj care au prevzute casete.

    Fiecrei situaii mai sus precizate i corespunde o metod de corecie eficient. n lipsa aplicrii metodei respective sau prin ignorarea defeciunilor apar urmtoarele consecine negative: Prin forarea ptrunderii tijei urubului n gurile iniiale realizate n placa de baz (practic posibil numai n cazul unor abateri superioare celor admisibile, dar sensibil apropiate ca valoare) se obine o deteriorare a filetului. Pentru a preveni o posibil astfel de deteriorare la montaj filetul este acoperit cu un protector. Forarea tijei pentru a intra n gaura plcii de baz duce la apariia unui efort de ncovoiere n tij. Aceasta determin pe primele 710 diametre de nglobare, tensiuni suplimentare n beton. n cazul aplicrii de ocuri mecanice pentru a fi adus tija la poziie, deteriorarea filetului va duce la imposibilitatea montrii piuliei de strngere. n orice caz, astfel de solicitri prin oc importante determin pierderea aderenei tij-beton pe o lungime semnificativ. Se interzice cu desvrire forarea tijei urubului n cazul nepotrivirii poziiei prin gurile plcii de baz. Forarea avansrii piuliei pe un filet deteriorat duce la deteriorarea suplimentar a acestuia i afectarea semnificativ a filetului interior al piuliei. Blocarea ntr-o poziie intermediar a piuliei este foarte probabil. Lipsa aibei groase sudate de placa de baz face ca transmiterea forei tietoare prin intermediul uruburilor de ancoraj s se fac ntr-un mod defectuos i foarte periculos. Intrarea n lucru a uruburilor se face la momente diferite (succesiv, funcie de distana dintre tija urubului i peretele gurii din placa da baz), solicitarea maxim a urubului fiind mai mare celei estimate prin calcul. Imposibilitatea asigurrii contactului dintre tija urubului i placa de baz (simplu i integral realizat prin intermediul dispunerii aibelor groase) creaz premizele apariiei unei poteniale solicitri prin oc cauzat de fora tietoare. n acest caz apare o solicitare dinamic important. Dispunerea aibei groase de la nivelul plcii de baz este obligatorie. n cazul omiterii sale n faza de proiectare sau execuie exist metod de remediere a defectului (se aplic ulterior semiaibe ce se sudeaz ntre ele i de placa de baz).

    Remedierea defectelor mai sus precizate este obligatorie i se face prin aplicarea urmtoarelor procedee:

    se corecteaz gurile din placa de baz care nu corespund poziiei uruburilor de ancoraj prin supralrgire cu aparatul de sudur ; deteriorarea filetului care face imposibil montarea piulielor i chiar a aibelor groase se remediaz prin corectarea filetelor cu filiere manuale i folosirea

  • - 39 -

    obligatorie a piulielor nalte (piulie cu nlimea egal cu diametrul urubului de ancoraj) ; aibele groase care nu au fost introduse n timpul montajului (ce trebuie montate obligatoriu deasupra plcii de baz), la bazele pentru elemente structurale care au casete, se vor realiza utiliznd cte dou semiaibe groase. Acestea se vor suda ntre ele i de plac.

    Defectele locale i cauzele lor, ce pot apare la nivelul spirelor filetului exterior al urubului de ancoraj i filetului interior ale piuliei sunt prezentate la punctul III.9.3 (defecte ntlnite n cadrul ramurilor industriale n care se folosesc frecvent mbinri filetate).

    III.9- Analiza zonei filetate a uruburilor de ancoraj.

    III.9.4- Verificri de rezisten n zona filetat solicitat static.

    (4) Verificarea filetului. (conform {3.30})

    Solicitarea filetului este semnificativ afectat de repartizarea sarcinii pe spirele filetului. ncrcarea neuniform a filetului se manifest prin concentrri de sarcini pe primele spire filetate (cele mai apropiate de piesele mbinate).

    Fig. 3-26. Distribuia neuniform a solicitrii pe filetului piuliei.

    {3.31}

    n cazul piulielor obinuite modul de transmitere al ncrcrii ntre filetele cuplei tribologice se face n procentele prezentate n figura 3-27, unde numerele 16 reprezint numrul de spire de filet ale urubului i piuliei aflate n contact, prima fiind cea mai apropiat de piesele mbinate.

  • - 40 -

    Fig. 3-27. Transmiterea efortului de la filetul urubului la filetul

    piuliei. {3.32}

    ncercrile experimentale au dovedit o mai bun comportare, prin tendina de uniformizare a ncrcrilor pe fiecare spir, n cazul piuliei de degajare (vezi fig. 3-28) fa de una obinuit.

    Fig. 3-28. Piuli de degajare (permite uniformizarea ncrcrii pe

    spirele filetului). {3.33}

    Reducerea neuniformitii repartiiei apare i n cazul piulielor cu filet conic i a celor cu inserii elicoidale din srm de arc. ({3.34}) n domeniul construciilor civile i industriale nici unul din tipurile de piulie anterior prezentate, ce permit uniformizarea repartiiei, nu este acceptat.

    III.11- Notarea n proiectare a urubului de ancoraj.

    Pe planurile proiectelor tehnice de construcii metalice uruburile de ancoraj

    se noteaz convenional n modul prezentat mai jos.

    Exemplu: M24 gr. 4.6 - 4k - l=800 mm Semnificaia notaiilor din exemplu: M filetul urubului de ancoraj este de tip metric ; 24 diametrul brut al urubului (al tijei urubului) este de 24 mm ; gr. 4.6 grupa de rezisten n care se ncadreaz materialul urubului: 4 rezistena la rupere este: 4001004 === rmR N/mm

    2 ;

    4.6 efortul de intrare n curgere: 2401064 === ccR N/mm2.

    4k gradul de calmare (ce tip de tratament termic) a fost aplicat urubului ; l=800 mm lungimea tijei urubului de ancoraj este de 800 mm.

    Restul dimensiunilor caracteristice ale uruburilor de ancoraj, indiferent de tipul lor (pentru prezentare vezi subcapitolul III.1), se trec n desenul proiectului tehnic: lungimea de ancorare, lungimea filetat, dimensiunile aibei inferioare i superioare, dimensiunile celor dou piulie.

    _______

  • - 41 -

    CAPITOLUL IV STADIUL ACTUAL

    AL CUNOATERII COMPORTRII I METODELOR DE CALCUL

    ALE URUBURILOR DE ANCORAJ.

    IV.2- Prezentarea metodei de dimensionare i verificare. (n cazul prinderii ncastrate n fundaie a stlpilor metalici)

    Descrierea modurilor uzuale de prindere ale elementelor metalice n fundaie este fcut n subcapitolul II.1 . n acest subcapitol vor fi prezentate dimensiunile uzuale, etapele i algoritmul de calcul al prinderii ncastrate n fundaie a stlpilor metalici. Reprezentarea grafic este fcut n fig. 2-5. Msurile constructive i recomandrile pentru aceast prindere au fost descrise la punctul II.6.1 . Prevederile specifice prinderii articulate sunt tratate n subcapitolul II.3, iar dimensionarea acestei prinderi se face n conformitate cu algoritmul de mai jos, cu diferena c momentul ncovoietor n prindere este nul. (prezentat ntr-o form asemntoare n {4.1})

    IV.2.1- Placa de baz. (dimensiuni plane)

    Pentru calculul efortului maxim de compresiune n betonul de subturnare i a solicitrii de ntindere n urubul de ancoraj cel mai solicitat este necesar cunoaterea dimensiunilor plcii de baz.

  • - 42 -

    Fig. 4-1. Reprezentarea schematic1 pentru definirea notaiilor

    folosite n calculul plcii de baz.

    n general se impune limea plcii de baz, conform relaiei 4.1. ctr btbB ++= 22 (4.1)

    b limea profilului stlpului metalic ; ttr grosimea traverselor prinderii (uzual: ttr=1015 mm {4.2} ) ; bc limea plcii de baz aflat n consol (uzual: bc=60100 mm {4.2} ).

    - variaz n funcie de modul de prindere i dimensiunea uruburilor de ancoraj.

    h nlimea profilului stlpului metalic ; hc2 lungimea plcii de baz aflat n consol (supus presiunilor din betonul de subturnare i, eventual, efortului din prestrngerea uruburilor de ancoraj). Se consider n ecuaia uzual2 de determinare a efortului maxim de compresiune n betonul de subturnare situaia limit:

    cbb RR === 5.0maxmax (4.2) Rc rezistena de calcul la compresiune a betonului de subturnare. Din relaia obinut se poate determina lungimea necesar a plcii de baz, adoptndu-se o valoare superioar, multiplu de 5 mm. n cazul stlpilor puternic solicitai se recomand ca la calcul plcii de baz i uruburilor de ancoraj s se in cont de faptul c oelul i betonul au module de elasticitate diferite3. Pentru a se permite o eventual corectare a erorilor de betonare sau trasare se recomand ca gurile din placa de baz realizate pentru trecerea

    tijei uruburilor de ancoraj (de diametru -d) s aib diametrul: FFFF=d+(1030)

    mm. Se precizeaz c n cazul folosirii uruburilor de ancoraj cap ciocan4, datorit posibilitii de compensare a abaterilor de montaj a poziiei n plan, se pot realiza guri de diametre mai mici. Pentru a permite expulzarea aerului i pentru a asigura o complet injectare a betonului de subturnare se realizeaz n placa de baz guri5 cu

    FFFF=50 mm (pentru dispunere, vezi fig. 4-6).

    IV.2.2- Tija urubului de ancoraj.

    n faza iniial a calcului se poate aproxima distana de la marginea plcii de baz pn la axa uruburilor de ancoraj ntinse la 80100 mm.

    1 Pentru reprezentarea grafic detaliat a prinderii ncastrate n fundaie a unui element structural metalic (profil de tip

    HEB) vezi fig. 2-5. 2 Pentru prezentarea ecuaiei uzuale de determinare a efortului maxim de compresiune n betonul de subturnare vezi punctul

    III.3.1. 3 Pentru descrierea metodelor de calcul ce in cont de diferena dintre modulul de elesticitate al oelului i al betonului vezi

    punctele III.3.3 i III.3.4. 4 Pentru descrierea uruburilor de ancoraj cu cap ciocan vezi punctul III.1.3.

    5 Pentru reprezentarea grafic a poziie gurilor din placa de baz pentru expulzarea golurilor de aer la injectarea betonului

    vezi fig. 2-5.

  • - 43 -

    Dimensionarea diametrului tijei uruburilor de ancoraj se face prin folosirea algoritmilor de calcul prezentai n subcapitolul III.3. Adoptarea lungimii zonei filetate, lungimii de ancoraj, piuliei i contrapiuliei sunt prezentate la subpunctul II.6.1. Determinarea grosimii aibei inferioare se face conform recomandrilor de la subpunctul III.6.1.2 , iar grosimea aibei superioare n conformitate cu precizrile de la punctul II.6.1 .

    IV.2.3- Traversele.

    Se precizeaz c pentru bazele stlpilor secundari, slab solicitai, traversele pot s lipseasc. Asigurarea lungimii de deformare liber este obligatorie i se realizeaz tehnic, n mod curent, cu ajutorul pieselor descrise n subcapitolul II.1. n celelalte cazuri este necesar dispunerea traverselor (vezi fig. 4-1), ce sunt uzual realizate din platbande. Se ntlnesc construcii existente a cror traverse

    sunt realizate din profile [[[[ sau au seciune compus. Dimensionarea traverselor stlpului (prezentat n {4.3}) rezult din urmtoarele condiii:

    (1) Prinderea traverselor de stlp trebuie s fie capabil s transmit ntreaga solicitare a captului inferior al stlpului (N, M). Pentru cazul din fig. 4-1, nlimea traversei trebuie s respecte relaia:

    ( ) )()(24 MtrNtrfsstr NNRah + (4.3) 4 numrul cordoanelor de sudur ce preiau solicitarea ; htr nlimea traversei (=lungimea cordoanelor de sudur) ; as grosimea cordoanelor de sudur ; Rfs rezistena de calcul la forfecare a cordonului de sudur n relief ;

    2)( NN Ntr = (4.4)

    )( NtrN efortul n travers aprut datorit forei de compresiune axial a stlpului;

    hMN Mtr =

    )( (4.5)

    )(MtrN efortul n travers aprut datorit momentului ncovoietor dup axa tare

    a stlpului (M), direcie dup care prinderea este ncastrat ; ti thh += (4.6)

    hi nlimea inimii seciunii stlpului ; tt grosimea tlpii seciunii stlpului (vezi fig. 4-1).

    (2) Traversele i prinderea acestora de stlp trebuie s fie capabile a transmite efectul de consol ce apare n placa de baz, efect prezentat n paragraful urmtor. Reaciunea din betonul de subturnare induce un moment de ncovoiere n placa de baz, fibra ntins fiind situat la faa inferioar. Efortul de ntindere n uruburile de ancoraj determin o ncovoiere a plcii de baz, fibra ntins fiind situat la faa superioar. Cum prinderea plcii de baz i traverselor formeaz

  • - 44 -

    un tot unitar, momentul din placa de baz solicit i seciunea traversei, iar, la contactul cu stlpul, solicit sudurile traversei de stlp (Pentru reprezentare vezi fig. 2-5). Este necesar ca traversa s poat prelua n condiii de siguran ncovoierea la care este supus placa de baz. Placa de baz este rezemat pe mediul elasto-plastic omogen reprezentat de betonul de subturnare. n cazul unei traverse dreptunghiulare seciunea cea mai periculoas este seciunea vertical la contactul cu stlpul, n imediata vecintate a sudurilor verticale (vezi fig. 2-5). Trebuie respectat condiia:

    RWM

    tr

    tr (4.7)

    Mtr momentul ncovoietor transmis unei traverse ; Wtr modulul de rezisten al unei traverse ; R rezistena de calcul oelului din care este alctuit traversa.

    tr

    pbtr

    n

    MM = (4.8)

    Mpb momentul de ncovoiere (n seciunea considerat) al plcii de baz. - se consider integral transmis traverselor ; ntr numrul traverselor ce preiau fenomenul de consol al plcii de baz pe respectiva direcie.

    ( ))2()1( ,max pbpbpb MMM = (4.9) LcM bpb

    =

    2

    2max)1( (4.10)

    sspb TdnM =)2( (4.11)

    maxb - tensiunea maxim de compresiune n beton ;

    c lungimea pe care placa de baz se afl n consol, n zona comprimat (c=hc2 , vezi fig. 4-1) ;

    L dimensiunea plcii de baz pe care se manifest fenomenul de consol (se msoar perpendicular pe distana c) ; ns numrul uruburilor a cror traciune determin efectul de consol al plcii de baz ; d distana ntre axa uruburilor ntinse i seciunea de calcul ; Ts efortul capabil de ntindere al uruburilor de ancoraj. n cazul pretensionrii uruburilor apar ambele momente ncovoietoare

    ( )1(pbM i )2(

    pbM ), pretensionarea reducnd ncovoierea provocat de reaciunea din

    betonul de subturnare. Este necesar contarea cu pruden pe efectul favorabil al pretensionrii, datorit faptului c, n orice element metalic supus unei solicitri constante prelungite, n timp apare fenomenul de relaxare, ce conduce la reducerea strii de tensiune din prestrngere.

    6

    2trtr

    tr

    thW = (4.12)

  • - 45 -

    Wtr modulul de rezisten al unei traverse (n seciune vertical) ; htr nlimea traversei n seciune vertical ; ttr grosimea traversei.

    Punnd condiia: RWM

    tr

    tr i cunoscnd nlimea traversei (htr) se

    determin grosimea necesar a acesteia (ttr). Se impune constructiv grosimea minim de 10 mm. Se precizeaz c folosirea algoritmului de calcul anterior prezentat are un caracter acoperitor, situaia real1, conducnd la valori ale reaciunii n betonul de subturnare mai mari dect cele estimate n vecintatea seciunii stlpului i mai reduse n rest. Astfel, situaia real de ncrcare determin ncovoieri mai

    reduse ale plcii de baz dect cele estimate ( )1(pbM ).

    IV.2.4- Placa de baz. (grosimea, necesitatea dispunerii de traverse

    suplimentare)

    Grosimea plcii de baz se determin din condiia de rezisten la ncovoiere. Se consider placa ncrcat cu presiunea-reaciune, considerat, n mod acoperitor, ca fiind constant pe suprafa i numeric egal tensiunii maxime acceptabile pe betonul de subturnare. Reazemele sunt reprezentate de seciunea stlpului, de traverse i de nervurile suplimentare de rigidizare a plcii de baz (dispunerea acestora din urm nu este obligatorie).

    Schema static obinut permite mprirea plcii de baz n poriuni de diferite mrimi ce se pot ncadra n unul din urmtoarele tipuri: plac rezemat pe contur (tip 1) ; plac rezemat pe 3 laturi (tip 2) ; plac rezemat pe 2 laturi (tip 3) ; plac n consol (tip 4), toate solicitate de o ncrcare constant pe suprafa i perpendicular pe planul plcii. Teoria elasticitii ofer modele i algoritmi de calcul ce permit determinarea momentelor ncovoietoare maxime ce apar n cele 4 tipuri de plci sus menionate. (conform {4.4}) Dac se obin diferene mari2 ntre grosimile de plac necesare diferitelor poriuni de plac, pentru reducerea semnificativ a grosimii plcii de baz, din raiuni economice, se recomand dispunerea, pentru acele poriuni de plac puternic solicitate, de nervurile suplimentare de rigidizare. Acestea reduc dimensiunea panoului de plac sau/i mbunesc condiiile de rezemare, ceea ce conduce la reducerea momentelor ncovoietoare maxime i implicit a grosimii de plac necesare. Din considerente economice se poate opta, n special n cazul elementelor slab solicitate, pentru o plac de baz de grosime mare, astfel nct s nu mai fie necesar dispunerea traverselor i rigidizrilor.

    1 Placa de baz este ncrcat local, perpendicular pe planul su, i reazem pe ntreaga suprafa pe un mediu elasto-plastic

    omogen (situaie prezentat, n cazul prinderii ncastrate n fundaie, la punctul V.5.2). 2 Spre exemplu: majoritatea necesit t=25 mm, iar puine t=40 mm.

  • - 46 -

    IV.2.5- Profilele pe care reazem aiba superioar.

    n marea majoritate a cazurilor aceste profile sunt reprezentate de dou

    profile [[[[ spate n spate, aceasta fiind i soluia recomandabil (vezi fig. 2-5).

    Dimensionarea acestora se face n urmtoarele etape: - Se consider schema static echivalent n care reazemele elementului orizontal sunt reprezentate de traversele prinderii, elementul orizontal avnd seciunea

    unui profil [[[[. ncrcarea elementului este reprezentat de fore concentrate

    verticale, cte una pentru fiecare urub de ancoraj a crui aib reazem pe

    elementul orizontal considerat. Fiecare profil [[[[ preia 50% din ntinderea capabil

    a fiecrui urub. Aceast for determin n profil forfecare i ncovoiere. Totodat determin i torsiune ca urmare a aplicrii excentrice, fa de centrul de greutate al seciunii profilului, a ntinderii capabile din urub transmis prin intermediul aibei superioare. - n urma efecturii calcului static pentru situaia precizat se determin fora tietoare i momentul ncovoietor n seciunea cea mai periculoas a elementului orizontal. - Calculul de rezisten al unei seciuni solicitate la forfecare i ncovoiere

    monoaxial permite dimensionarea profilelor [[[[ spate n spate.

    - Este necesar respectarea unei condiii de sgeat maxim, recomandndu-se fmax=1/500 din deschidere. Se precizeaz c o deformare important a profilelor ar atrage ridicarea local a plcii de baz de pe betonul de subturnare, fenomen interzis i duntor bunei comportri a prinderii stlpului metalic n fundaie. Datorit distanei mici dintre reazeme, situaiile de dimensionare din sgeat sunt foarte rare.

    ________

  • - 47 -

    CAPITOLUL V CONTRIBUII PROPRII LA STUDIUL TEORETIC

    I EXPERIMENTAL AL URUBURILOR DE ANCORAJ.

    V.1- Desfurarea i rezultatele ncercrilor

    experimentale efectuate.

    ncercrile experimentale efectuate au constat n: 8 ncercri la traciune (pentru descriere vezi subpunctul V.1.1.1); 6 ncercri la ncovoiere prin oc (pentru descriere vezi subpunctul V.1.1.2); 6 analize spectrometrice a compoziiei oelului (pentru descriere vezi subpunctul V.1.1.3); 7 examinri microscopice pentru identificarea discontinuitilor (pentru descriere vezi subpunctul V.1.1.4).

    Probele prelevate, prelucrate i testate au constat n epruvete obinute din 6 uruburi de ancoraj scoase din uz n urma demolrii, dup 8 ani de exploatare, perioad n care au fost supuse solicitrilor dinamice.

    Scopul ncercrilor a fost acela de a identifica: efortul maxim capabil la solicitri statice i alungirea specific la rupere a epruvetelor standard confecionate din uruburile extrase din fundaie (prin ncercarea la traciune); modul de comportare la solicitarea prin oc (prin ncercarea la ncovoiere prin oc); marca oelului din care sunt realizate uruburile de ancoraj (prin analiza spectrometric); gradul de omogenitate a aliajului (prin analiza microscopic).

    V.3- Prezentare comparativ a metodelor de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj.

    Determinarea eforturilor din uruburile de ancoraj se face pornind de la premiza c la nivelul mbinrii dintre stlp i fundaie se respect ipoteza seciunilor plane, eforturile de ntindere fiind preluate de uruburile de ancoraj. innd seama de modul de alctuire a bazelor stlpilor aceast condiie este aproape de realitate, stlpii avnd baze dezvoltate.

  • - 48 -

    Metoda 3 i metoda 4 de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare (pentru prezentarea lor vezi punctele III.3.3, respectiv III.3.4) in seama de caracteristicile fizico-mecanice ale mbinrii stlpilor n fundaie, ct i de caracteristicile elastice ale materialelor din care este alctuit mbinarea. Aceste metode, din punct de vedere teoretic, sunt mai precise dect metodele 1 i 2 de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare (pentru prezentarea lor vezi punctele III.3.1, respectiv III.3.2). Metoda 2 de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare, propus n STAS 10108/0-78, consider de la nceput cunoscut presiunea maxim pe betonul de subturnare, aceasta ducnd la abateri ce fac formula de calcul una inexact. Metoda 1 de calcul a ntinderii din uruburile de ancoraj i a presiunii maxime pe betonul de subturnare, metoda de calcul inginereasc obinuit, este cea mai sugestiv dintre ele, dar este i inexact. Totui, eforturile obinute pentru dimensionarea uruburilor de ancoraj conform acestei metode se gsesc, n general, n domeniul acceptabilului pentru o dimensionare obinuit. Analiznd rezultatele obinute la calculul eforturilor din uruburile de ancoraj prin cele 4 metode, se consider c diferenele dintre ele ies din domeniul acceptabilului (vezi i exemplificarea numeric de la punctul IV.3, partea a II-a).

    Pe aces