Modele de calcul pentru rezemarea clădirilor
Știm că în faza de construcție a unei structuri au loc o parte din accidentele specifice acestui sector și că în această fază este fundamental controlul rezemării.
Este important să se realizeze pentru fiecare clădire un studiu detaliat de rezemare, în special atunci când structurile încep să devină grele (planșee monolit). Pentru a evita acest studiu, se preferă deseori supradimensionarea rezemării, fără a garanta un proces constructiv îmbunătățit.
Efectuarea calculului permite optimizarea rezemării, economisind costuri importante în ceea ce privește materialul, producția și durata de execuție. Prin urmare, ar fi important pentru orice companie să poată calcula rezemarea optimă, alegând cel mai potrivit model de calcul.
Fazele de încărcare
Scopul acestui calcul este acela de a determina efortul real care se va exercita pe popi și pe planșeele structurii pe durata diferitelor faze ale construcției clădirii.
Reazemul este o componentă foarte importantă a cofrajelor utilizate pentru executarea structurilor din beton. Cofrajul este un echipament auxiliar compus dintr-o carcasă de cofrare, susținută de o structură de rezistență formată din grinzi și popi. La execuția unei clădiri cu etaje succesive pe înălțime, rezemarea trece prin trei faze succesive de încărcare:
- Echipare completă: Aceasta este prima fază și se referă la rezemarea necesară pentru a putea turna un planșeu din beton: numărul de popi este maxim și, prin urmare, numim această situație de încărcare „echipare completă”.
- Echipare rezemată: Cofrajele utilizate în prezent sunt cofraje recuperabile în a treia zi, în care, după recuperare, se reduce numărul de popi rămași pentru susținerea planșeului („reducere”). În această a doua fază, situația de încărcare este diferită, deoarece structura devine parțial portantă și există mai puțini popi, iar echipa trebuie să evalueze efortul real pe care îl primește structura. Această a doua fază de încărcare o numim „echipare rezemată”.
- Echipare pe înălțime: pe un planșeu deja executat, există o a treia fază de încărcare, când această planșeu pe lângă propria sarcină va primi efortul de la alte planșee situate deasupra. De fiecare dată când se adaugă un nou planșeu, există un transfer de eforturi de la noile planșee către cele inferioare , prin intermediul rezemării la care se adaugă eforturile specifice structurii pe care am construit-o. Ceea ce vom face în această a treia fază de încărcare este să controlăm pe această rezemare, indiferent de situația betonării de deasupra, cel mai nefavorabil efort care se produce și prin controlul acestuia vom ști că execuția clădirii pe verticală nu va avea probleme. Numim această a treia fază de încărcare „echipare pe înălțime”.
Distribuția eforturilor care apar între popi și planșee poate avea diferite modele de calcul; mai precis, de-a lungul istoriei au fost create și dezvoltate opt modele teoretice și 9 modele experimentale. Să le analizăm pe cele mai importante.
În anii ’60: modelul Grundy și Kabaila
Cel mai bine implementat și cunoscut model de calcul teoretic datează din 1963 și acesta este metoda Grundy și Kabaila. Principala ipoteză de calcul a acestui model este că popii sunt infinit de rigizi.
Această ipoteză are sens pentru că vorbim de anul 1963 în Statele Unite, unde popii erau din lemn și erau bătuți în cuie, dobândind o rigiditate importantă, departe de popii metalici folosiți în zilele noastre, care acționează ca niște „arcuri”. Pe de altă parte structurile erau mai subțiri și mai puțin rigide decât structurile construite astăzi.
Prin urmare, acest model de calcul, care este extrem de operațional și ușor de aplicat, nu reprezintă situația reală a echipamentelor și structurilor care sunt executate în realitate.
Anii ’90: schimbarea modelelor
Începând din anul 1990, au apărut alte modele (EFM, Duan și Chen, Fang…) în care ipoteza se modifică, în sensul că se consideră că popii au o rigiditate finită, iar pe de altă parte, există o compatibilitate a deformărilor între planșee și popi.
Pornind de la aceste ipoteze, se dezvoltă o formulă bazată pe relația dintre rigiditatea planșeului și rigiditatea popilor. Desigur, această abordare permite să aducem modelele de calcul mai aproape de realitate, dar nu încă într-un mod suficient de semnificativ.
În paralel, sunt dezvoltate modele experimentale. În 1992, Moragues, de la Universitatea Politehnică din Valencia, a efectuat o măsurătoare reală în două imobile din Alicante cu cofraje recuperabile și a constatat că eforturile care se produceau în realitate aveau prea puțin de-a face cu eforturile teoretice presupuse și, prin urmare, ceea ce s-a stabilit în cadrul acelor prime teste a fost că era necesar să se efectueze un studiu mai aprofundat pentru a cunoaște cu adevărat care era efortul distribuit pe întreaga structură.
Anul 2005: Un nou model de calcul
Ca o evoluție a modelelor anterioare și ca o continuare a cercetărilor inițiate de Moragues, în anul 2005, Universitatea din Valencia (UPV) și institutul acesteia ICITECH au demarat un proiect de cercetare, împreună cu compania Encofrados Alsina, care urma să dureze mai mulți ani și care urma să treacă prin diferite faze.
În prima fază, se construiește experimental o clădire reală, cu întreaga sa structură monitorizată în totalitate, dezvoltând teza de doctorat a lui Yezid A. Alvarado Vargas.
Clădirea care urma să fie construită era o clădire cu planșeu monolit de 25 cm, formată dintr-un gol între reazeme cu două console laterale, cu popi dotați complet cu senzori și cu un proces de execuție corelat cu diferitele faze reale de construcție a structurii, cu un cofraj recuperabil.
Mai întâi betonarea unui prim planșeu, reducerea, apoi betonarea unui al doilea planșeu deasupra, reducerea iar când a fost betonat cel de-al treilea planșeu, s-au îndepărtat popii la primul planșeu de la sol, izolând structura de efectul fundației, care este infinit de rigidă. În cele din urmă, a fost simulată executarea unui al patrulea planșeu cu bazine de apă, reproducând o construcție standard cu 3 seturi de planșee rezemate.
Betonul a fost monitorizat intensiv, efectuându-se testele în clădirea laboratorului din vecinătatea lucrării.
S-au introdus senzori de tensiune pentru măsurarea deformărilor, precum și sonde pentru măsurarea temperaturilor ambientale și sonde pentru măsurarea temperaturilor interne ale betonului. În acest fel, au fost complet caracterizate tipul betonului și caracteristicile sale.
Trebuie remarcat faptul că fiecare dintre popi era prevăzut cu câte trei senzori dispuși la 120 de grade, protejați de carcase Armaflex, pentru a controla efortul produs în întreg ansamblul popului.
Pentru achiziția și stocarea datelor, au fost utilizate 40 de module de achiziție de date și peste 3.700 de metri de cablu cu 17.000 de măsurători. De fapt, măsurătorile au fost continue, iar în fiecare dintre fazele de betonare, reducere sau de îndepărtare a reazemelor, au fost efectuate măsurători la fiecare cinci secunde, iar atunci când nu se executa nicio operație de construcție, măsurătorile s-au efectuat la fiecare cinci minute.
La sfârșitul experimentului, s-au obținut 4.500.000 de înregistrări ale eforturilor, ceea ce a permis ca întregul proces de construcție să fie foarte bine controlat, cu mult peste orice alt experiment anterior.
Modelul NPS
În paralel cu studiul experimental și în concordanță cu acesta, este dezvoltată noua metodă de calcul NPS, care, ca și ipoteză principală de calcul , consideră că popii au rigiditate finită. Pe lângă validarea experimentală, metoda este validată pe baza modelelor numerice 3D cu elemente finite, utilizând programul Ansys.
Pentru a dispune de o validare sporită a metodei, în 2008 a fost dezvoltată o a doua teză de doctorat, cea a Isabel Gasch Molina, pentru a verifica dacă măsurătorile în operă pot corespunde sau nu rezultatelor modelului.
S-au efectuat măsurători la trei lucrări diferite cu cele trei tipuri de planșe bidirecționale aplicabile: planșeu monolit, casetă pierdută, casetă recuperabilă, iar rezultatele au fost comparate cu diferite modele de calcul. S-a dovedit că noua metodă de calcul este cea mai precisă dintre toate, cu o coincidență a eforturilor de 90-95% și o abatere standard cuprinsă între 0,14 și 0,16.
Dovada că acest model de calcul reprezintă o nouă contribuție științifică este dată de publicarea acestuia în revista Engineering Structures, (Vol 33, 2011- Pag. 1565 la 1575).
O nouă recunoaștere și validare a fost obținută în 2014, odată cu includerea sa în Ghidul de aplicare al EHE-08.
Concluzii
Pe scurt, din toate cele de mai sus, putem concluziona că metoda NPS este cea care se apropie cel mai mult de realitate, fiind, dintre toate modelele de calcul, cea care beneficiază de cel mai înalt nivel de validare digitală și experimentală.
De ce este important? Pentru că prin aplicarea acestui model (prin utilizarea aplicației soft STC), companiile vor putea optimiza echipamentele de rezemare și timpii de execuție, cu o executare în condiții de siguranță a structurii. În acest fel, costurile și pierderile de productivitate vor fi reduse la minimum pe durata construcției. Factori concurențiali care sunt esențiali în prezent.
