Monitorizarea topografica a constructiilor inalte - Partea 2

Cap

MONITORIZAREA TOPOGRAFIC A CONSTRUCIILOR NALTECUPRINS

PAGINA

Introducere I

Cap.1Cadrul general n care se desfoar activitatea topografic de monitorizare a execuiei i urmrire n timp a construciilor nalte1

1.1Noiuni generale asupra construciilor inginereti nalte

1

1.1.1Argumente privind importana cunoaterii soluiilor structurale i a condiiilor de mediu privind construciile nalte

1

1.1.2Clasificarea general a construciilor2

1.1.3Construcii ce pot fi ncadrate n categoria construciilor nalte. Consideraii generale3

1.2Realizri semnificative n domeniul construciilor nalte i perspective4

1.2.1Prezentarea unor construcii inginereti nalte realizate n Romnia4

1.2.2Construciile inginereti nalte n lume5

1.2.3Perspectiva dezvoltrii domeniului structurilor nalte proiecte de viitor14

1.3Noiuni asupra principiilor de calcul al construciilor inginereti nalte17

1.3.1Principii generale de calcul17

1.3.2Oportunitatea abordrii preliminare a principiilor de calcul n scopul unei mai bune corelri a rezultatelor msurtorilor topografice cu prognozele avute n vedere n stadiul de proiectare17

1.3.3Metoda curent de calcul18

1.3.4Caracteristici ale aciunilor i modaliti de grupare a acestora19

1.3.5Aciunea vntului asupra construciilor inginereti nalte

1.3.6Aciunea seismelor asupra construciilor inginereti nalte22

1.3.7Rspunsul structurilor nalte la aciunea forelor vibrante i impactul acestora asupra locatarilor24

1.3.8Preocupri privind limitarea oscilaiilor structurilor nalte sub efectul vntului i a exploatrii25

1.3.9Dezastrele n domeniul structurilor nalte solicit ameliorarea soluiilor de proiectare27

1.3.10Utilizarea analizei spectrale de tip Hilbert-Huang la estimarea posibilelor pagube provocate de aciuni extraordinare, sau prin cuplarea unor factori de solicitare, n monitorizarea strii de moment a structurilor28

1.4Contribuii privind analiza comportrii structurilor nalte sub aciunea nclzirii neuniforme, a vntului, a solicitrilor cumulate, a erorilor de execuie34

1.4.1Analiza topografic a strii structurilor nalte sub aciunea solicitrilor necesit o bun cunoatere a acestora, dar solicitrile influeneaz i metodele de studiu34

1.4.2Variaia axei verticale a constructiilor-coloan de mare nlime la nclzirea solar neuniform 34

1.4.3Variaia axei verticale a construciilor-coloan de mare nlime la aciunea vntului35

1.5Efectele erorilor i a greelilor de execuie asupra calitilor i funciunilor construciilor n general i a construciilor nalte, n special43

Cap.2Stadiul actual al tehnologiilor topografice pentru execuia i exploatarea construciilor nalte47

2.1Organizarea lucrrilor topografice la trasarea i executia construciilor nalte47

2.2Tehnologii topografice clasice utilizate la execuia i exploatarea construciilor nalte. Analiz sintetic, propuneri de ameliorare a preciziei56

Cap.3Reele spaiale utilizate la execuia construciilor nalte66

3.1Precizia cerut de reelele spaiale inginereti66

3.2Modele de reele spaiale de trasare-montare a costruciilor nalte76

3.3Calculul preciziei interseciei spaiale realizate cu dou spaii topografice totale din dou baze perpendiculare, la msurarea nclinrilor structurilor de tip tronconic78

Cap.4Tehnologii topografice moderne care pot asigura monitorizarea execuiei i. urmrire a comportrii n timp a structurilor foarte nalte83

4.1Procedeu i instrument, de concepie original, pentru msurarea evoluiei axului vertical al construciilor nalte sub efectul nsoririi neuniforme83

4.2Procedeu i dispoziiv, de concepie original, pentru determinarea, n regim cinematic, a variaiei verticalitii structurilor nalte86

4.3Utilizarea tehnologiei GPS la asigurarea i verificarea execuiei pe vertical a construciilor foarte nalte i la urmrirea comportrii n timp n regim static i cinematic89

4.4Alte metode privind controlul activ inteligent al cldirilor solicitate la aciunea vntului sau a altor factori perturbatori.112

Cap.5Studii de caz. Analiza comportrii structurilor foarte nalte realizate n Romnia la aciunea factorilor de mediu123

5.1Msurtori executate asupra unui co de fum de 200 m situat n Dej, jud. Cluj i rezultatele acestora123

5.2Studierea verticalitii unui co de fum de 100 m nlime, n regim static i cinematic125

5.3Analiza pe parcursul execuiei i urmrirea comportrii n timp a celei mai nalte construcii realizate n Romnia131

Cap.6Concluzii contribuii privind analiza comportrii structurilor nalte sub aciunea factorilor de mediu, a modelelor generale comportamentale, a metodelor optime de urmrire a execuiei i a comportrii n timp178

6.1Variaia axei verticale i a vrfului construciilor coloan de mare nlime la nclzirea solar neuniform178

6.2 Consideraii privind aciunea vntului asupra construciilor foarte nalte182

6.3Cuplarea forelor risc de proiectare184

6.4Metode actuale de monitorizare a execuiei i a comportrii n timp propuneri186

6.5Cercetri actuale la nivel mondial189

6.6Propuneri privind cercetri viitoare n domeniu191

6.7Concluzii generale192

Bibliografie 194

INTRODUCERE

Realizarea din punct de vedere geometric a construciilor nalte este un domeniu interdisciplinar, puin abordat n literatura de specialitate. Extinderea acestei teme de cercetare cuprinde toate fazele ce fac obiectul construirii unui obiectiv nalt, de la faza de proiectare la urmrirea comportrii n timp.

Lucrarea analizeaz acest domeniu pornind de la sintetizarea datelor existente la data abordrii tematicii, continund cu elaborarea de noi tehnologii i dispozitive ,care s amelioreze posibilitile de conducere topografic a execuiei construciilor nalte, i cu o ampl analiz a impactului dezvoltrii domeniului construciilor foarte nalte n ultimii cinci ani asupra tehnologiilor topografice utilizate la dirijarea execuiei i la urmrirea comportrii n timp a acestora.

n calitatea execuiei, un rol important l reprezint tehnologiile de msurare i trasare geodezice. Acestea trebuie s satisfac precizia necesar pe faze de execuie a construciei ,de la preciziile impuse prin proiect, la trasarea i conducerea procesului de construcie pe faze, urmnd apoi studiul comportrii n timp att pe parcursul execuiei, ct i dup punerea n funciune.

Pornind de la experiena acumulat, am constatat c principalele probleme dificulti ce apar n realizarea acestor construcii, apelndu-se la geodezi pentru soluionare sunt: -asigurarea verticalitii n procesul de execuie, poziionarea corect a cofrajelor n scopul executrii unei structuri corespunztoare, respectndu-se geometria acesteia, studierea comportrii acestor construcii n timpul procesului de execuie i n exploatare, la aciunea diferitelor solicitri.

O problem important n procesul de execuie a structurilor nalte este deci, asigurarea verticalitii, avnd n vedere c nlimea lor se desfoar pe sute de metri, rolul geodeziei fiind tocmai de a gsi metode i a le adapta tehnicilor de execuie a construciilor speciale nalte.

n lucrare am prezentat cercetrile mele n domeniu, posibilitile de rezolvare a acestor probleme, apelnd la tehnicile de vrf consacrate sau aflate nc n faz de experimentare pn la data redactrii lucrrii.

n elaborarea lucrrii au aprut o serie de dificulti ,att sub aspectul documentrii, materialul fiind iniial limitat, ct i numrul mic al investiiilor de acest gen din ar, fapt care a restrns participarea ingineriei geodezice n procesul de realizare a acestora.

nlimea construciilor a fost, este i va fi o problem care a impus dintotdeauna specialitilor anumite limite, determinate de rezistena materialelor folosite, de tehnologiile n continu dezvoltare sau perfecionare, de funcionalitatea, de precizia cerut. Pe parcursul preocuprilor mele, iniial de la participarea la execuia courilor de fum de la Brila de 250 m nlime, Turceni i Braov de 280 m, activitatea desfurat n cadrul Trustului Energoconstrucia la execuia lucrrilor proiectate de I.S.P.E Bucureti i T.L.S.I.T Bucureti a trebuit s aduc un surplus de precizie i de tehnologie. S-a definit astfel, o direcie de cercetare, prin care s se stabileasc metodele i instrumentele care s contribuie la mbuntirea i creterea randamentului tehnologiilor de execuie.

Studiile efectuate n acest sens, m-au convins c un rol important n proiectarea pe vertical, pe parcursul execuiei structurilor nalte, l are influena factorilor perturbatori: vnt, nsorire, nclzire neuniform a pereilor structurilor, de care, n general se ine mai puin cont att la proiectare ct i la execuie . Analiza influenei acestor factori ridic probleme n stabilirea cu exactitate a contribuiei fiecrui factor la proiectarea pe vertical a axului construciei.

Ultimile realizri n domeniul construciilor rezideniale foarte nalte, cldirile gemene Petronas de 452 m nlime, nlate n Kuala Lampur-Malaezia, imobilul Sears Tower din Chicago de 442 m, cldirile aflate n construcie la Taipei-Taiwan, Shanghai i n alte orae din China sau Japonia, n general pe coasta Pacificului, evideniaz gradul de actualitate al cercetrilor efectuate de geodezi n domeniul stabilirii de noi tehnologii, de perfecionare a celor existente.Astfel, se explic c n planul de activitate n derulare (2002-2006) al F.I.G., comisia nr.6 ,se propun ca teme de referin:

monitorizarea deformaiilor construciilor nalte, analize i interpretri;

predicii privind deformaiile i micrile construciilor nalte care s stea la baza realizrii proiectelor inginereti din acest domeniu.

Ca misiuni de baz se propun:

promovarea cunotiinelor i cercetrilor geodezilor n realizarea lucrrilor de construcii sau n alte ramuri profesionale inginereti ;

dezvoltarea expertizelor multidisciplinare n domeniu, integrnd metode topografice clasice i moderne, combinnd metode geometrice cu alte metode(senzori, accelerometre, scanere, fotogrammetrie digital, sisteme ineriale).

De la execuia n anul 1894, a primei construcii de peste 100 de metri nlime, Manhattan Life Insurance Building, n New York, 106,1 m, 18 etaje, au trecut peste 100 de ani, s-au realizat mii de construcii nalte, iar explozia din ultimii ani privind numrul mare de construcii, de peste 400 m nlime a consacrat n acelai timp o serie de constructori specializai n acest gen de lucrri, corporaiile Turner, din SUA cu 139 uniti, Takenaca din Japonia, cu 88 de uniti, Gafisa din Brazilia cu 82 de construcii foarte nalte realizate fiind primele din lume. Un efect al celor prezentate anterior a fost reconsiderarea metodelor de calcul, al standardelor, al conceptelor privind modelarea matematic n procesul de proiectare al construciilor nalte, impunndu-se urmtorul considerent nici o metod de proiectare nu poate fi validat, dect n urma analizei privind comportarea pe parcursul execuiei i n timp a construciei la aciunea factorilor perturbatori, vnt, cutremur, nsorire neuniform, la acest capitol msurtorile geodezice fiind cele care dau posibile rspunsuri.Avnd n vedere problemele cu care se confrunt proiectanii din acest domeniu ,privind faptul c nivelul excesiv al vibraiilor construciilor nalte afecteaz confortul ocupanilor, necesitnd adoptarea de metode de limitare i prevenire a acestui fenomen cu rol de reducere a rspunsului structural la solicitri, numai rezultatele in situ pot valida sau infirma eficiena soluiilor adoptate.

Lucrarea conine 6 capitole, primul capitol constituind o analiz a cadrului general n care se desfoar activitatea topografic de asistare geometric a execuiei i urmrire n timp a construciilor nalte. Dup o prezentare general a construciilor inginereti ce constituie obiectul analizei lucrrii, am menionat principalele realizri din ar i din lume, ct i perspectivele de dezvoltare a tehnologiilor din acest domeniu, conducnd implicit la realizarea de noi metode topografice, perfecionarea celor existente, deziderate imposibil de realizat fr o colaborare interdisciplinar n domeniu.

Considernd c alegerea metodelor optime, utilizate la urmrirea execuiei i a comportrii n timp a construciilor inginereti nalte, este corelat cu modelul structural de calcul al acestora, am prezentat pe scurt principiile de baz n calculul structurilor nalte, subliniind importana msurtorilor topografice pentru verificarea concordanei ipotezelor de calcul, n raport cu rspunsul real al structurilor. Am pus un accent deosebit pe analiza comportrii structurilor nalte sub aciunea nclzirii neuniforme a nveliului exterior al acestora, a vntului i mai ales al solicitrilor cumulate.

Am considerat oportun prezentarea n cadrul celui de al doilea capitol a modului de organizare a lucrrilor topografice la trasarea i execuia construciilor nalteiar n partea a doua a capitolului am analizat tehnologiile topo-geodezice existente la momentul abordrii temei de cecetare, metode considerate n prezent clasice.

Avnd n vedere faptul c, ntregul ansamblu de msurtori trebuie subordonat unui sistem de sprijin, format din reele spaiale geodezice inginereti, am consacrat cel de al treilea capitol analizei preciziei i a modului de construcie al acestor reele.

Capitolul 4 prezint tehnologiile topografice moderne din domeniul studiat, prezentndu-se cercetrile mele tiinifice ce au avut ca rezultat proiectarea de noi tehnologii, un studiu privind posibilitatea utilizrii staiilor GPS n procesul de execuie a construciilor nalte, ct i a aparatelor de tip accelerometre, scanere laser, sisteme senzoriale, amortizoare, sisteme pendulare, aparate cu dirijare laser, capitolul ncheindu-se cu o analiz a sistemelor manager utilizate n ultimul timp la execuia i urmrirea comportrii n timp a structurilor nalte.

n capitolul 5 al lucrrii se analizeaz problemele legate de execuia i urmrirea courilor de fum de 200 m din beton armat, situat pe platforma chimic Dej-Cluj, 100 m i 352 m din beton armat, din Baia Mare, aceasta constituind cea mai nalt construcie din Romnia i al treilea co de fum din Europa, ca nlime.

Ultimul capitol al lucrrii prezint concluzii privind metodele topografice ce pot fi utilizate la execuia i urmrirea construciilor nalte i face o analiz privind modelul evoluiei n timp a axului structurii nalte sub influena diferiilor factori, ce a fost realizat comparnd rezultatele msurtorile efectuate n cadrul studiilor de caz cu datele avute la dispoziie privind rspunsul unor structuri similare, la aciunea solicitrilor, n special a factorilor de mediu.

Se subliniaz faptul c, cercetrile din domeniul de studiu abordat au un caracter interdisciplinar i deci, nu pot fi abordate dect n aceast manier. Pornind de la preocuprile specialitilor din domeniu, de la recomandrile forurilor de specialitate ( FIG, AIG, ACI, ASCE), i lund n considerare experiena acumulat, se fac n finalul capitolului propuneri privind cercetrile viitoare .

Trebuie precizat faptul c, deoarece cercetrile n domeniul de studiu abordat, le-am efectuat de-a lungul a peste 25 de ani, doar o mic parte a rezultatelor s-au putut cuprinde n coninutul acesteia, explozia informaional din ultimii ani limitnd i posibilitatea de a prezenta stadiul la zi la nivel mondial. CAP. 1 STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIILOR TOPOGRAFICE PENTRU EXECUIA I EXPLOATAREA CONSTRUCIILOR NALTE

1.1. Noiuni generale asupra construciilor nalte

1.1.1. Introducere

Dezvoltarea exploziv a tiinei i tehnicii actuale, caracteristic de baz a celei de a doua jumti a secolului nostru, influeneaz n mod pregnant dezvoltarea ntregii viei economice, sociale ale oamenilor.

Ramura construciilor, care reprezint cea mai veche activitate tehnic organizat a omului se dezvolt n mod continuu innd pasul cu necesitile complexe pe care le impun cele dou activiti contemporane. Spre deosebire de unele ramuri noi aprute ale tiinei i tehnicii, care prezint o dezvoltare spectaculoas, ramura construciilor se caracterizeaz prin acumulri cantitative i calitative mai lente, dar semnificative i durabile n timp, contribuind la lrgirea i la diversificarea activitilor din acest domeniu important.

Principalele componente ce pot fi cuantificate n activitatea de construcii sunt cele legate de proiectare, execuie i exploatare. Proiectarea unei structuri de rezisten se refer la alegerea unor parametrii constructivi care s corespund cerinelor scopului propus, determinarea aciunilor care solicit structura i combinrii acestora, dimensionarea i alctuirea n aa fel nct s fie respectate condiiile de rezisten, stabilitate i estetic. Execuia i exploatarea reprezint pe de alt parte folosirea unor tehnologii adecvate care s corespund nivelului de proiectare ales ct i gsirea unor mijloace eficiente, optime de transpunere a proiectului pentru scurtarea duratei de execuie, folosirea raional a materialelor, factorului uman i mijloacelor de producie.

Cerina obiectiv de dezvoltare i cretere economic ne determin s efectum operaia de prognozare afirmaie probabilistic asupra viitorului analiznd datele existente i considerate ntr-o evoluie dinamic.

Tendina general de a se pune la dispoziia omenirii mai mult spaiu adpostit pentru locuine, cldiri edilitare, suprafee mai mari industriale, a fcut ca evoluia performantelor constructive privind deschiderile i nlimile s fie exponenial cu att mai mult cu ct procesul de concepie n concordan cu tehnologia de fabricaie creaz premisele materializrii acesteia.

Urmrind evoluia celor doi parametrii: deschideri la hale parter precum i aceea a nlimilor la cldirile civile i industriale se constat c acetia au nregistrat ntre 1900 1990 o rat de cretere ntre 2 i 3. Motivele care fac s justifice existena acestor curbe sunt: realizarea de deschideri mari pentru halele industriale permite comasarea n condiii economice avantajoase a diferitelor tipuri de industrii oferind n acelai timp condiii flexibile pentru satisfacerea diversitii largi de caracteristici funcionale, iar cldirile nalte au o evoluie spectaculoas datorit creterii populaiei pe de o parte, i pe de alt parte a concentrrii urbane.

1.1.2.Clasificarea construciilor Construciile se mpart n dou categorii principale i anume: cldiri i construcii contemporane.

Cldirile sunt acele construcii care adpostesc oameni, animale , materii prime, materiale sau n care oamenii i desfoar activitile lor; cldirile cuprind n interiorul lor ncperi folosite n diferite scopuri.

Dup destinaia pe care o au, cldirile se mpart n:

construcii civile locuine, cldiri social culturale (coli, biblioteci, spitale, sli de spectacol, de sport etc.), cldiri administrative i comerciale (sedii de instituii i firme, gri, oficii potale, bnci, magazine etc.);

Construcii industriale (uzine, fabrici, depozite, magazii, garaje, hangare, laboratoare industriale etc.);

Construcii agrozootehnice (remize pentru utilaje agricole, silozuri sere, grajduri de animale, hale pentru psri etc.).

Construcii speciale cuprind toate celelalte categorii de construcii cum sunt:

lucrri de ci de comunicaie (strzi, osele, ci ferate, canale de navigaie, piste de aterizare, galerii de metrouri etc.);

linii de transport de energie i telecomunicaii;

lucrri de art pentru ci de telecomunicaie (podee, poduri, viaducte, tuneluri);

lucrri hidrotehnice (baraje, conducte, canale, ecluze, amenajri portuare, corecii de toreni etc.)

lucrri de mbuntiri funciare (desecri, drenaje, irigaii, ameliorri de terenuri);

lucrri diverse (couri de fum pentru fabrici, turnuri de rcire, turnuri de extracie la exploatri miniere).1.1.3.Construcii inginereti nalte.

Construciile inginereti sunt aceea categorie de construcii la care n faa premiselor funcionale rezolvrile sunt lsate numai la raionamentul inginerului deoarece factorul uman nu intervine primordial fa de exigenele sale n domeniul tehnologic. Cele mai reprezentative tipuri de construcii din categoria construciilor inginereti nalte sunt: silozurile, turnurile de rcire, castele de ap, turnuri de telecomunicaii, couri de fum.

n deschiderea acestor construcii, avnd n vedere aspectele specifice fiecrui tip vom aborda prin exemplificare alctuirea i execuia lor n ordine secvenial.

1.1.3.a. Couri de fum

Courile de fum sunt conducte verticale pentru evacuarea la mare nlime a reziduurilor provenite din procesele tehnologice industriale. nlimea lor mare rezult din condiia de tiraj precum i din condiia de dispersie.

Courile de fum se clasific convenional pe baza urmtoarelor criterii:

dup form: cilindrice i tronconice;

dup temperatura gazelor:

1. couri reci (t < 1000C);

2. couri calde (1000C < t < 3000C);

3. couri foarte calde (t < 3000C);

dup materialul structurii de rezisten: din beton armat i precomprimat, din beton precomprimat, din elemente metalice;

dup realizarea proteciei structurii de rezisten la aciunea gazelor tranzitate: couri necptuite cu strat de izolaie ntre peretele de beton i zidria de protecie, cu spaii de aer ventilate sau cu spaii de aer neventilate.

Dimensiunile principale ale coului, nlimea i diametrul interior rezult din calcule termotehnice, n funcie de volumul de gaze evacuate i de tirajul necesar.

Grosimea peretelui din beton armat se recomand s fie de minim 18 cm, pentru couri cu diametrul interior dI < 6m, acesta majorndu-se cu 1 cm pentru fiecare metru n plus (recomandrile ACI 307). Marca minim a betonului este de B 200 (respectiv clasa Bc15) cu asigurarea compactrii mecanice de foarte bun calitate i asigurnd o acoperire cu beton a armturilor de rezisten de minim 3 - 5 cm, n funcie de pericolul agresivitii chimice a fluidului tranzitat.

Armarea fluidului propriu-zis cuprinde:

- barele pe direcia vertical, dispuse pe un rnd sau pe ambele fee, avnd rolul de a prelua eforturile din cele dou grupri de ncrcri (fundamental i special) ce conin ncrcrile din greutate proprie, vnt, seism i variaii de temperatur;

- barele orizontale dispuse pentru preluarea eforturilor din aciunea local a vntului i aciunea variaiilor de temperatur.

Dimensionarea seciunilor peretelui de rezisten are un grad de complexitate remarcabil n raport cu simplitatea formei generale.

Prin nlimea lor mare i dimensiunile lor reduse n plan tehnologia cofrajelor glisante la courile de fum apare ca deosebit de avantajoas permind realizarea de economii la schela i eafodaje i o calitate excepional prin monolitismul peretelui, de remarcat contribuia specialitilor romni la perfecionarea acestor tehnologii.

1.1.3.b. Silozuri

Acestea sunt construcii care servesc la depozitarea pe nlime mare a materiilor prime, semifabricate sau produse granulare sau pulverulente. Ele se caracterizeaz prin nlimea mare a celulelor n raport cu dimensiunea lor n plan i prin faptul c pereii lor trebuie s reziste la mpingerea materialelor care se depoziteaz n ele, astfel c sunt puternic armai sau sunt alctuii din beton precomprimat.

Dup numrul celulelor silozurile pot fi mprite astfel:

1) Silozuri monocelulare alctuite dintr-o singur celul.

a) Silozuri pentru zahr avnd cte 15.000 - 20.000 t capacitate, alctuite din una sau mai multe celule de 35 m diametru interior i 24 - 27 m nlime, avnd peretele de 26 cm grosime. Acoperiul este format din grinzi metalice rezemate pe perete i pe un turn central metalic sau din beton armat executat prin glisare, iar pe ferme s-au montat plci armate din beton celular autoclavizat.

b) Silozuri pentru ciment, cu capacitatea de 10.000-15.000 t pe celula cu diametrul de 15,00-18,00 m i 40,00-70,00 m nlime, cu peretele armat cu oel superior (PC 60 sau bi - oel) ori precomprimat, s-au executat la mai multe fabrici de ciment.

2)Silozuri multicelulare, alctuite din mai multe celule circulare sau dreptunghiulare; ele reprezint tipul curent de siloz pentru depozitarea de materiale pulverulente sau granulare, capacitatea fiecrei celule variind de la 100 t pn la 2.000 t, iar capacitatea total putnd ajunge la 20.000 100.000 t i chiar mai mult. Astfel:

a) Silozuri pentru ciment avnd 6 - 12 celule de 10,00 - 12,00 m diametru i 30,00 - 40,00 m nlime, la toate fabricile de ciment din ar.

b) Silozuri pentru semine, avnd 6 - 12 celule de 6,00 - 10,00 m diametru i nlime de 30,00 - 46,00 m, la numeroase fabrici de ulei.

c) Silozuri de cereale, alctuite din mai multe baterii de 6 - 12 celule circulare de 6,50 - 7,30 m diametru i 20,0 - 36,00 m nlime, cu capaciti de 20,00 - 60,00 t, executate cu refolosirea aceluiai cofrag glisant de 8-10 ori.

1.1.3.c. Turnuri industriale

La numeroase instalaii industriale sunt necesare turnuri de diferite forme i nlimi a cror executare cu cofraje glisante apare ca cea mai indicat. Astfel sunt:

1)Turnuri de granulare pentru industria chimic, alctuite de obicei din dou celule cilindrice de 10,00-20,00 m diametru i 40,00-50,00 m nlime, legate ntre ele cu casa mainilor i a elevatoarelor, avnd la partea superioar planee metalice, de cte 60-100 t greutate care trebuie s suporte utilajele foarte grele de granulare.

2)Turnurile de rcire sunt construcii care asigur rcirea n circuit nchis a apei din schimbtoarele de cldur i funcioneaz cu tiraj natural sau forat. La turnurile de rcire cu tiraj natural, circulaia aerului este asigurat de diferena de densitate ntre aerul din exterior i cel din interiorul turnului nclzit i de regul cu umiditate mai mare.

Instalaia de rcire situat n interiorul turnului asigur prelingerea apei sub forma unei pelicule subiri de-a lungul unor panouri de lemn sau azbociment. n timp ce parcurg acest traseu, picturile de ap cedeaz cldura prin contact direct cu aerul, prin evaporare, convecie i radiaie.

Turnurile de rcire cu tiraj forat asigur circulaia aerului prin ventilatoare de absorbie sau refulare, dar au utilizare limitat n practic datorit performanelor tehnice limitate i a consumului mare de energie.

Dimensiunile principale ale turnurilor de rcire rezult dintr-un calcul termic.

Turnurile de rcire cu tiraj natural sunt rezemate, n mod obinuit, pe un schelet de susinere format din stlpi. Se asigur n acest mod spaiul necesar admisiei aerului n turn pentru realizarea tirajului natural. n cazul turnurilor de rcire cu regim de funcionare uscat nlimea acestor stlpi trebuie s fie mai mare dect la turnurile cu regim umed.

Stlpii se aeaz, de regul, nclinat obinndu-se astfel un suport rigid.

Stlpii scheletului de susinere se consider n calcule ncrcai n placa curb a turnului n planul plcii i articulai perpendicular pe acesta.

Fundaia construciei se calculeaz ca o grind inelar rezemat pe stlpi.

Turnurile sunt formate din plci curbe subiri de rotaie rigidizate prin centuri la cele dou extremiti.

Turnurile de rcire din elemente prefabricate elimin dezavantajele soluiilor din beton armat monolit care necesit cofraje costisitoare mai ales cnd, datorit eforturilor din aciunea vnturilor i a condiiilor de stabilitate, se impune nervurarea pereilor, se prefabric att scheletul de susinere, precum i turnul propriu-zis. Bazinele de colectare a apei rcite se execut din beton armat monolit. Turnurile cilindrice se execut din clavouri (bolari) plane sau din prefabricate curbe, de remarcat contribuia specialitilor romni la elaborarea tehnologiei de construcie prin cofraje glisante. Asamblarea elementelor prefabricate, mai ales a celor cu dimensiuni mari, se face prin comprimare pe vertical.

a) Turnurile de rcire cu tiraj natural, alctuite dintr-o celul cilindric sau tronconic de nlime mare. Turnurile de rcire tronconice pun problema variaiei seciunii pe vertical, impunnd n general o instalaie special.

b) Turnurile de rcire cu tiraj forat, alctuite n general din mai multe celule ptrate, de nlime 15,00-20,00 m; dac se grupeaz celulele astfel ca s se asigure reutilizarea de mai multe ori a cofrajului glisant, aplicarea acestei metode devine indicat.

c) Turnurile de rcire hiperbolice, a cror dubl curbur i grosimea variabil a peretelui, mpreun cu dimensiunile lor foarte mari ( diametre i nlimi depind uneori 100,00 m), le confer o deosebit eficien.

Turnurile hiperbolice se pot executa dintr-o reea triunghiular spaial din beton armat i monolit i din plci triunghiulare prefabricate neportante care include ochiurile reelei. Reeaua triunghiular construit din generatoarele rectilinii ale hiperboloidului intersectate cu inele orizontale se poate executa i din lamele prefabricate din beton armat. Acest sistem constructiv este neeconomic sub aspectul consumului de materiale: oel i ciment.

Turnurile hiperbolice pot fi asamblate i din elemente prefabricate spaiale, romboidale, avnd grosimea comparabil cu grosimea peretelui turnurilor executate din beton armat monolit, rezultate din intersecia generatoarelor rectilinii ale hiperboloidului.

1.1.3.d. Castele de ap

Castelele de ap sunt construcii alctuite dintr-un rezervor executat din metal sau beton armat situat la nlime, susinut de un eafodaj, turn sau suport.

Elementele anexe sunt: camera vanelor, staia de pompare, scara de acces i instalaiile.

Rezervoarele castelelor de ap cu capaciti mici au seciune dreptunghiular, acoperiul, pereii i radierul fiind realizate din elemente plane din beton armat. Pentru capaciti foarte mari acoperiul i radierul sunt planee cu alctuire constructiv corespunztoare solicitrilor, iar pereii se rigidizeaz cu nervuri.

Turnul de susinere este realizat de obicei din cadre de beton armat monolit.

Rezervoarele se mai pot realiza i cu seciune circular, fiind alctuite din plci subiri de rotaie. Pentru capaciti mici de nmagazinare radierul poate fi executat sub form de plac circular plan rezemat pe stlpi prin intermediul unei grinzi inelare. La capaciti mai mari sunt economice radierele tip cupol, solicitate n principal la compresiune. Grinda intermediar dintre radiere i stlpi este, n acest caz, solicitat la ntindere.

Pentru echilibrarea mpingerii dat de radierele sub form de cupol n grinda intermediar, se pot adopta rezervoare tip INTZE.

O rspndire din ce n ce mai mare o au n practic rezervoarele evazate ctre partea superioar, care ofer unele avantaje funcionale rezultnd din faptul c unei variaii apreciabile a volumului de ap nmagazinat i corespunde o variaie relativ redus a presiunii din reeaua de alimentare u ap, iar forma economic rezult din asigurarea dimensiunii transversale reduse n zona inferioar puternic solicitat.

Rezervoarele cu seciune circular sun susinute de turnuri alctuite din stlpi aezai la colurile unui poligon regulat, alctuit mpreun cu riglele orizontale dispuse la diferite niveluri, cadre. Se poate adopta i soluia turnului de susinere sub forma unui cilindru din beton armat monolit, executat prin glisare, urmat de execuia rezervorului de ap pe nlimi. Dificultile tehnice i tehnologice de execuie a rezervorului la nlime se poate elimina prin realizarea acestuia la sol i ridicarea lui la nlime prin urmtoarele metode:

ridicarea prin tragere, folosind ca element de susinere dispozitivele de tragere a turnului executat n prealabil;

ridicarea prin mpingere, la care ridicarea se execut pe msur ce se realizeaz turnul de susinere.

Construcia castelelor de ap se caracterizeaz printr-un schelet nalt de 15,00 - 50,00 m din beton armat care susine la partea lui superioar un rezervor ce poate fi de form cilindric, tronconic sau de tip INTZE. Executarea structurii de beton armat, care poate fi alctuit dintr-un cilindru sau un schelet, este foarte indicat a se face cu cofraj glisant; n cazul n care rezervorul este i el de aceeai dimensiune cu turnul de susinere, pereii lui se pot turna n cofraj glisant, fundul executndu-se ulterior.

Prin nlimea lor mare, care le face vizibile pe de parte, castelele de ap constituie puncte importante din punct de vedere arhitectonic.

1.1.3.e. Turnuri de telecomunicaii

Turnurile de telecomunicaii servesc la transmiterea, respectiv recepionarea, amplificarea i retransmiterea undelor ultrascurte care se propag n linie dreapt, n domeniul televiziuni i telefoniei fr fir. Pentru rezolvarea eficient a acestor funciuni se impune amplasarea antenelor la mari nlimi pe suporturi ce se execut sub form de turn din beton armat sau din beton precomprimat.

Alegerea formei turnului rezult din considerente tehnico-economice. Deoarece aciunea vntului este de regul hotrtoare la dimensionare, exist tendina ca turnul propriu-zis i mai ales construciile care adpostesc etajele tehnice susinute de turn (capetele turnului) s aib o form adecvat aerodinamic. Din motive arhitectonice se recomand ca platformele pentru susinerea antenelor parabolice s fie amplasate ct mai grupat, iar diametrul turnurilor amplasate n orae s creasc lent de sus n jos. Sub nivelul terenului se amplaseaz un trunchi de con pentru asigurarea unor condiii avantajoase de fundare. n cazul turnurilor izolate amplasate pe nlimi se recomand evazarea lor spre baz.

Elementele componente ale turnurilor sunt: turnul propriu-zis care susine antena metalic amplasat n vrf, capetele n care sunt grupate etajele tehnice i cele destinate vizitatorilor, platformele pentru susinerea antenelor parabolice.

Turnul propriu-zis are form cilindric pentru nlimi pn la 60 m i se poate executa din beton armat monolit sau din elemente prefabricare asamblate prin precomprimare.

Turnurile nalte se execut de obicei sub form de tub cu seciune variabil cu ajutorul cofrajelor glisante sau crtoarelor care asigur un nivel calitativ superior execuiei.

n cadrul turnurilor foarte zvelte o soluie avantajoas este precomprimarea n direcia vertical a peretelui.

Accesul la platformele sau la etajele tehnice superioare ale turnului se asigur cu ascensoare care sunt montate ntr-un tub suplimentar de beton sau ntr-o carcas metalic uoar.

Antenele de emisie se fixeaz pe un suport aezat n vrful turnului. Acest suport, de obicei metalic, este o structur spaial cu zbrele avnd n plan seciune portant sau poligonal. Elementele verticale ale suportului se fixeaz de turnul din beton armat prin intermediul unor plci metalice de baz.

Construcia care adpostete etajele tehnice, precum i cele destinate vizitatorilor (cazul turnului) are n plan form inelar, iar pe nlime se trece fie treptat fie brusc la schimbarea seciunii transversale. Planeele din aceast zon sunt alctuite din plci inelare fr grinzi.

Plcile reazem la interior pe turn, iar la exterior pe stlpii verticali sau nclinai, pe o plac subire tronconic simpl sau dubl, pe aibe radiale, pe un inel chesonat sau pe o plac inelar groas prevzut la baza capului.

n cazul construciilor cu dimensiuni mari n plan, legtura rigid a plcii subiri tronconice i a planeului inferior cu turnul nu este raional i se nlocuiete cu o rezemare articulat a plcii tronconice pe turn.

Etajele destinate vizitatorilor pot fi prevzute cu platforme turnate care efectueaz 26 rotaii pe or. mpreun cu aceste platforme se rotete de obicei i peretele exterior la etajul respectiv. Asemeni rezervoarelor de la castelele de ap, capetele turnurilor pot fi executate la teren i apoi liftate.

Platformele se execut de obicei sub forma unor plci inelare masive ncastrate sau articulate la peretele turnului. n cazul ncastrrii se obin momente radiale mari i perturbri importante care necesit o armtur inelar puternic prevzut cu etrieri dei care preiau forele de deviaie. O alt soluie de rezemare a platformelor este realizarea plcii cu canelur n form de dini care intr n golurile prevzute n peretele turnului.

Reducerea grosimii i greutii plcilor inelare ale platformelor se poate obine prin precomprimare radial sau n stea. n acelai mod se pot precomprima i plcile planeelor, respectiv plcile de fundare.

n cazul platformelor de diametru mare se folosesc plci cu grosime variabil cu marginea interioar chesonat, asigurnd o rigiditate corespunztoare la aciunea ncrcrilor marginale verticale i orizontale mari: aciunea vntului, greutatea antenelor parabolice etc.

Fundaia turnurilor cu nlime redus este o plac circular masiv. n cazul turnurilor mai nalte se adopt o plac subire tronconic care asigur o transmitere corespunztoare a ncrcrilor la terenul de fundaie. n cazul turnurilor de nlime foarte mare se prevede o trecere continu de la un turn la fundaia inelar prin intermediul unei plci subiri hiperbolice rezemat direct sau prin intermediul stlpilor pe un radier.

Experiena a dovedit superioritatea tehnico-economic a turnurilor din beton armat n raport cu cele metalice.

Spre deosebire de courile de fum, alegerea formei rezult din considerente tehnice i arhitectonice, turnurile avnd din punct de vedere estetic, un puternic caracter emblematic. Cu toate acestea influena major a solicitrilor mecanice din aciunea vntului au impus turnurilor exigenele formelor aerodinamice. Considerente tehnologice ca de pild amplasarea concentrat a aparatajului pentru supravegherea i i exploatarea acestuia pe de alt parte i reducerea distanei dintre emitoare i antene asigurnd calitatea transmisiunii, determin de regul proiectarea unui cap cu diametru mare n zonele superioare ale structurii de rezisten.

Pentru nlimi mici (sub 60 m) turnurile au forma cilindric, iar pentru nlimi mai mari au o seciune variabil avantajoas tehnic i estetic, executabil cu cofraje glisante.

n cazul turnurilor foarte zvelte se impune precomprimarea peretelui pe direcie vertical.

Fundaia turnurilor de nlime redus are forma unei plci circulare masive. n cazul turnurilor mai nalte (h > 80 m) se adopt: plci inelare, plci subiri tronconice, fundarea cu ancore pretensionate etc., n raport cu solicitrile mecanice maxime de la baza turnurilor i a condiiilor geotehnice de pe amplasament.

Turnurile de telecomunicaii sunt caracterizate prin nlimea lor mare i dimensiunile n plan redus la strictul necesar pentru a rezista solicitrilor gravitaionale, vntului i seismicitii asigurnd totodat accesul la partea lor superioar, unde n general, se gsete instalaia care a fcut necesar realizarea lor. Forma lor este n general tubular, cu seciune i perete de grosime constant sau variabil, cu sau fr contrafori. Dat fiind nlimea lor mare, singura soluie permind o execuie raional i economic este folosirea cofrajelor glisante, care adeseori au trebuit proiectate special, din cauza formei deosebite a acestor construcii. O problem separat o reprezint executarea cabinei sau cabinelor de la partea superioar a turnului, situate adeseori la peste 150 m de la nivelul terenului; soluia adoptat const n ridicarea la cota fie a cabinei complet prefabricat la sol fie a cofrajului planeelor de asemenea premontat la sol i apoi coborrea lui, dup turnarea planeelor folosind pentru aceasta chiar turnul glisat anterior.

Astfel de lucrri sunt urmtoarele:

a) Turnuri pentru relee radio i televiziune. Aceste turnuri, care au nlime curent de 60 120 m, sunt n general alctuite dintr-un turn cilindric sau tronconic, adpostind ascensorul i scara de acces, un spaiu tehnic la partea superioar, dotat cu instalaiile necesare i antenele releului; astfel de turnuri s-au executat, n cofraje glisante, n numr foarte mare, n aproape toate rile.

b) Turnuri de televiziune i panoramice. Aceste turnuri se caracterizeaz, pe lng nlimea lor foarte mare, prin existena unei antene de emisiune, uneori foarte nalt, montat deasupra spaiilor tehnice. De obicei aceste spaii tehnice cuprind mai multe niveluri; n unele cazuri, o parte din aceste spaii sunt amenajate ca restaurant, cofetrie sau simple terase oferind o vedere panoramic asupra regiunii datorit nlimi la care se afl. nlimea lor foarte mare impune s se acorde o deosebit atenie aspectului lor, soluia inginereasc fiind strns legat de necesitile arhitectonice.1.1.3.f. Cldiri cu multe etaje

Dac la construciile industriale nalte aplicarea cofrajelor glisante este adoptat aproape unanim, la construciile civile ea trebuie comparat cu celelalte metode de execuie a structurilor fagure sau celulare, care s-au dovedit a fi mai avantajoase dect soluia tradiional a soluiilor n cadre de beton armat, cu umplutura din zidrie de crmid. Din comparaia fcut pentru mai multe construcii cu mai mult de apte niveluri, executate cu cofraje de inventar a rezultat c metoda cofrajelor glisante este mai avantajoas la toi indici, cu excepia consumului de ciment i oel.

De o importan deosebit este reducerea duratei de execuie, un bloc de 10 niveluri fiind dat n exploatare n 5 - 6 luni, ceea ce reprezint o reducere cu 50 - 40% a duratei normate prevzute la care corespunde o economie de 2 - 5% la regia antierului.

Extinderea folosirii cofrajelor glisante pentru executarea numai a unei pri a construciei care s constituie elementul su principal de rezisten, n special la forele orizontale datorit vntului sau seismului este o practic larg folosit n ultimii 30 de ani datorit eficienei dovedite.

Partea executat cu cofraje glisante cuprinde n general casa ascensorului, casa scrilor i serviciile, i poate fi amplasat:

n centrul construciei, n cazul construciilor turn, alctuind un nucleu central n jurul cruia se execut restul construciei, folosind oricare din metodele cunoscute (schelet de beton armat, din elemente prefabricate, structur metalic, planee liftate);

la extremiti i eventuali intermediari, la construciile n form de bar sau de alte forme X, Z, H, iar etajele se execut ntre turnuri i transmit eforturile total sau parial la acestea

1.1.3.g. Puuri de extracieAccesul n subteran, n cazul exploatrilor miniere, este posibil prin dou ci:

a) Lucrri n coast:

orizontale: galerii de coast;

nclinate: plane nclinate;

b) Lucrri verticale:

puuri.

Puurile asigur att legtura dintre suprafa i subteran (puuri la zi), ct i legtura dintre etajele de exploatare (puuri oarbe).

Din punct de vedere tehnologic puurile pot fi executate:

de sus n jos;

de jos n sus.

Puurile verticale sunt executate cu scopul de a deschide zcmintele de substane minerale utile i de a asigura aerajul minelor, transportul produciei, a materialelor i personalului, evacuarea apelor.

Din totalitatea lucrrilor miniere de deschidere, pregtire i exploatare, puurile ocup o situaie cu totul deosebit, reprezentnd practic lucrarea cea mai complex.

Puurile verticale de min sunt definite din punct de vedere constructiv printr-o ax vertical rezultat prin intersectarea a dou plane verticale de simetrie. Importana n construcia puului este meninerea axei verticale, dar problema cea mai complex n exploatarea puului este execuia, verificarea i rectificarea verticalitii ghidajelor coliviilor de extracie.

1.2. Realizri semnificative n domeniul construciilor nalte i perspective

1.2.1. Prezentarea unor construcii inginereti nalte realizate

n Romnia

Primele lucrri inginereti executate n ara noastr din beton armat au aprut n acelai timp cu aplicarea sa n rile industrializate, n anii 1880 la construcia, sub coordonarea inginerului Anghel Saligny, a unor silozuri. Istoria aplicrii betonului armat n execuia unor construcii speciale din ara noastr, este deosebit de dens amintind n tabelul (1.1) cele mai importante aplicaii.

Tabelul 1.1.

Categoria lucrrii inginereti nalteAnul realiz.Locul unde s-a realizatDestinaiaCaract. tehnice

nlimeaMetoda de execuie

123456

A. Couri

de fum1950TurdaFabric de cimentH = 70,2 mcofr. pit.

>1950--H ( 120 mclavouri

>1960--cofr.glisante

1964BrilaFabrica celulozH = 120 m

1964Hunedoara-H = 140 m

1964CraiovaC.E.T.H = 160 m

1972BucuretiCET ProgresuH = 224 m

1974AninaH = 235 m

1976BrilaC.E.T.H = 250 m

2 lucrri

1977TurceniC.E.T.H = 280 m

1980Braov, Piteti Turnu SeverinC.E.T.H = 280 m

1998Baia MareRBG PHNIXH = 352 m

al 9-lea la nivel mondial

al 3-lea n Europacea mai nalt construcie din Romnia

B. Silozuri>1949Medgidia, Bicazindustria cimentuluisilozuri de capacitatecofraje

glisante

>1962Orioara, Fundulea, Constanadepozitare cerealeH ( 40 m, 4-12 celule circ. grupate pe 2-3

rnduricofraje glisante

> 1963Aled, Tg. Jiu, Cmpulung Muscelindustria cimentuluisilozuri de mare capacitatecofraje glisante

> 1970Hoghiz, Taca, Devaindustria cimentuluisilozuri de capacitatecofraje glisante

> 1970Ludu, Buceceaindustria zahruluisilozuri de capacitatecofraje glisante

C. Turnuri industriale> 1950Craiova, Trgu Mgurele, Arad, Roznov, Trgu Mureindustria chimicH=60100m turnuri de granulare a azotatului de amoniu i a ureeicofraje glisante

1958Borzetiindustria chimicturn de rcirecofraje glisante

> 1959industria chimicturnuri de rcire cu tiraj foratcofraje glisante

> 1971mbrcmintea de protecie a reactoarelor nucleare de la Cernavodcapacitate > 1000 mc/hcofraje glisante

D. Castele de ap>1959litoralul romnescindustria hotelier300 mc capacitatemai multe procedee de execuie

1961BraovFabrica Rulmentul400 mccofraje glisante

1964BucuretiCartierul Militari2000 mccofraje glisante

> 1966Slatinauz civil1000 mccofraje glisante

>1967Copa Micuz civil300 mccofraje glisante

1980Apahidauz civil200 mccofraje glisante

> 1980Galaiuz civil2000 mccofraje glisante

E. Turnuri de telecomunicaiiJucu, Jud. Cluj

Ciuperceni Jud. Satu Mare

Bod, Jud. Braovindustria telecomunicaiilorpiloni radio autoradiani,

turnuri de televiziune

H(200 mmetalice, ancorate

F. Cldiri cu multe etaje1936Bucureti zona centralBlocul CARLTONcadre din BA; P+7;

*s-a drmat la cutremurul din 1940

1978Bucureti zona centralblocul GRDINIAcadre din BA; cldire plomb

P+11bloc reconstruit, 1977

1980Miercurea Ciucbloc de locuinediafragme rareP+10E

>1960litoralul romnescindustria hotelierP+14E

> 1960Bucuretihotelul DOROBANIP+12E

MoldovaP+16E

IntercontinentalP+22E

cea mai nalt cldire civil din Romnia

turn complex BANCOREX

Bucureti

Fabrica de ascensoreturn de ncercri ascensoare

1.2.2. Construciile inginereti nalte din lume

Avnd un impact puternic asupra arhitecturii mediului, construciile inginereti nalte realizate la nivel mondial au devenit repere importante, definitorii pentru locurile unde au fost amplasate. Astfel este de neconceput Montrealul, Berlinul, Toronto, Moscova fr celebrele turnuri de televiziune sau New York-ul fr cea mai nalt cldire din lume, pn n anul 1974, Empire State Building, dar din pcate dup 11 septembrie 2001 fr cele dou cldiri gemene.

Tabelele i statisticile urmtoare prezint o sintez a celor mai semnificative construcii nalte realizate n lume pn n prezent, ct i perspectivele din anii urmtori.

Astfel din primele 200 de construcii, cele mai nalte din lume, toate depind 210m:

101 sunt din AMERICA DE NORD, reprezentnd 50.4%,

83 sunt din ASIA, 41.5%,

9 sunt din AUSTRALIA, 4,5%,

4 sunt din EUROPA, 2%,

2 sunt din AMERICA DE SUD, 1%,

1 este din AFRICA, 0,5%

Din primele 100 de construcii ale lumii, 51% aparin continentului asiatic, 43% celui nord american, doar 2% Europei i 4% Australiei, toate au peste 240 de metri, 9 fiind mai nalte de 400m, 21 de 300m, celelalte avnd nlimi cuprinse ntre 242m i 300m.

ara cu cele mai multe prezene n topul primelor construcii ale lumii este SUA cu 40 de uniti, urmat de CHINA cu 25, singura ar din EUROPA prezent n acest top fiind GERMANIA, cu dou construcii, ambele din Frankfurt, cu nlimi de 259, respectiv 257m.

De remarcat i alte cele mai nalte construcii din lume, la categoria respectiv:

Castel de ap--------TOWER HILL, Kansas City, SUA, 121,4m, an 1978;

Catedrala ----------GREAT HASSAN2,Casablanca,Maroc,200m, an 1993;

Stadion------------STADE OLIMPIQUE,Montreal,Canada,175m, an 1987.

Se poate afirma c dezvoltarea urban pe vertical, explicat i prin costul extrem de mare a terenurilor n marile aglomerri urbane, este n plin avnt. De alfel, propietarul terenului unde au fost amplasate cldirile gemene WTC, argumenta celor care afirmau c n acel spaiu trebuie construit un memorial i nu ali zgrie nori, c investiia din zon nu poate fi amortizat dect prin nlocuirea cldirilor distruse cu altele similare, fapt confirmat recent. Tabelul 1.2. prezint performanele mondiale ale momentului, figura 1.1 menionnd principalele date geometrice ale celei mai nalte construcii din lume, pn n prezent. Tabelul nr. 1.2.

locConstruciaOraularaContin.Anul

finaliz.Nr.

etaje .NLIMEA

anten.turnacop.

PRIMELE ZECE CONSTRUCII ALE LUMII

CONSTRUCII REZIDENILE

1Sears TowerChicago,ILSUAAN1974108527.3-441

2Taipei 101TaipeiTaiwanAS2004101-508448

3Shanghai World Financial CenterShanghaiChinaAS2007101-494-

4Union Square Phase 7Kowloon

HKChinaAS2007108-480-

5John Hancock CenterChicago, ILSUAAN1969102452.7-343.5

6Petronas TowersKuala LampurMalaysiaAS199888-451-

7Empire State BuildingNew YorkSUAAN1931102443.2381-

8Jim Mao TowerShanghaiChinaAS199888-420-

92 International Financial CenterHong KongChinaAS200388--412,1

10Citic PlazaGuangzh.ChinaAS199780-391321

TURNURI DE TELEVIZIUNE

1Cn-Tower TvTorontoCanadaAN1976-553.3-457.2

2Ostankino TvMoscovaRusiaEU1967-540.1-385.5

3Oriental Pearl Tower TvShanghaiChinaAS1994-467.9--

4Borz E Milad TeheranIranAS2003-435-315

5MenaraKuala LampurMalaysiaAS1995-421335

6Tianjin TVTianjinChinaAS1991--415-

7Central Radio TV TowerHagaOlandaEU1992-386,5--

8Kiev TV TowerKievUcrainaEU1973-385--

9GerbrandytorenLopikOlandaEU1961-375-100

10Tashkent TowerTashkentUzbekist.AS1985-374,9-220

COURI DE FUM

1ENVIRO MISSION SOLARBurungaAustraliaAUS2007--1010-

2Ekibastuz Station

EkibastuzKazkast.AS1987--419,7-

3Inco ChimneysSudburyCanadaAN1972--380-

4Homer ChimneysHomer CitySUAAN1977--371-

5KennecotMagna UtSUAAN1974--370,4-

6Mitchel PowerMoundsvil.SUAAN1971--367,6-

7Trbovlje PlantTrbvoljieSloveniaEU1976--360-

8Endesa TermicLa CorunaSpaniaEU1974--356-

9Thierbach SchornscheineThierbachGermaniaEU1978--354-

10Co de fumBaia MareRomaniaEU1998--352,1-

PODURI

1Messina Straingh BridgeMessinaItaliaEU2011--376-

2Akashi KaikyoKobeJaponiaAS1998--298,3-

3Great Belt EastSprogo-IslandDKEU1998--254-

4Golden GateSan FranciscoSUAAN1937--227-

5Jambatan PolauPenangMalazsiaAS1985--225-

6Le Pont de NormandieLe HavreFranaEU1995--215-

7Verrazano Narrows BridgeNew YorkSUAAN1964--211,3-

8Tsieng Ma Hong KongChinaAS1995--206-

9Puente Mezcala -SolidaridadAcapulcoMexicAMS1999--204,2-

10OresundsbronMalmoSuediaEU2000--203,5-

Figura 1.1.CN TOWER Toronto, Canada, cea mai nalt construcie din lume, 2003. Arhitect, John Andrews, anul finalizrii 1976, material, beton armat, clima amplasamentului, temperat, contextul, urban, stilul, modernism

1.2.3. Perspectiva dezvoltrii domeniului structurilor

nalte proiecte de viitor

Se poate afirma c cea mai mare dezvoltare a metodelor i instrumentelor din sfera Topografiei inginereti s-a produs n ultimii 15-20 ani ca o consecin fireasc a dezvoltrii fr precedent a construciilor speciale cu parametrii constructivi neatini pn n prezent.

Implementarea la scar larg a acestor metode topo-geodezice ultramoderne i performante este deci direct legat de perspectivele dezvoltrii domeniului construciilor speciale, rezideniale nalte, turnuri de televiziune, couri de fum, poduri, baraje.

Dac se analizeaz dinamica construirii n prezent de structuri nalte se va constata c:

din primele 50: 36/72% sunt din Asia, 8/16% sunt din America de Nord, 6/12% sunt din Australia,

din primele 100: 60/60% sunt din Asia, 18/18% sunt din America de Nord, 11/11% sunt din Australia, 8/8% sunt din Europa, 3/3% sunt din America de Sud.

Cercettorii din domeniu pornind de la dinamica dezvoltrii domeniului au acionat n sensul gsirii de noi metode de monitorizare a execuiei, de ameliorarea soluiilor constructive, de a apropia eforturile depuse n domeniile conexe: proiectare, execuie, studiul factorilor de mediu, metode de trasare i urmrire prin sisteme manager de monitorizare a execuiei, colaborri care s fac posibil atingerea ambiioaselor proiecte de viitor.

Organizarea anul 2003 de manifestri tiinifice, din domeniu:

Construciile nalte i transparena, Stuttgart, Germania, 5-7 octombrie 2003.

Construcii nalte ale Comitetului Internaional pentru Cercetare i Inovare n Construcii (CIB), Kuala Lumpur, Malaysia, 8-10 mai 2003.

In zona asiatic (din Thailanda n Singapore) se organizeaz anual peste 40 de simpozioane n acest domeniu, reflect tocmai acest demers.

n ceea ce privete activitatea topo-geodezic, importana acordat dezvoltrii domeniului a fost marcat la Seul n 2001, cu ocazia celei de a 24-a adunri generale FIG prin care s-a semnat Memorandumul de colaborare FIG-IAG, semnat pentru a uni eforturile privind cercetrile din domeniul geodeziei/topografiei aplicat n construcii.

Principalii parametrii ai celei mai nalte construcii din lume n anul 2004-TAIPEI 101, TAIPEI, TAIWAN

nlimea 508 m, etaje deasupra cotei 0.00 101, etaje sub cota 0.00 -5,

anul nceperii lucrrilor 1999, anul finalizrii 2004, suprafaa construit 412.500 m2, numr ascensoare 51, arhitect C.Y.Lee & Partners, constructor: TURNER CONSTRUCTION CORPORATION

Figura 1.18. Cea mai nalt construcie din lume, TAIPEI 101,Taiwan

n anul 2011 cea mai nalt construcie din lume va fi coul de fum de 1012, construit la BURUNGA, Australia. n acelai an 2011, cel mai nalt pod din lume cu cei 376 m (Messina Halia) va depi Akashi Kaikio Bridge din Kobe-Japonia cu cei 283 m.

Sunt n curs de execuie n lume cu punere n funciune pn n anul 2011 peste 400 de construcii cu o nlime mai mare de 150 m,

Pn n decembrie 2002 erau patru concureni pentru proiectarea noilor WTC, n 21 februarie 2003 este declarat ctigtor arhitectul berlinez Daniel Libeskind.

n viitorii zece ani cea mai nalt cldire din lume va deveni MILLENIUM TOWER din Tokyo, care n cei 840 m nlime va adposti 50.000 lucrtori.

n stadiu de avizare a proiectului este MILLENIUM TOWER din HONG KONG, China, care cu 850 m, 170 etaje i un cost de 10 miliarde dolari, va depi la toate capitolele orice alt realizare din prezent i urmtorii zece ani.

Mai modest, cu doar 202 m nlime, n curnd, n Europa, Austria, Viena se va construi un alt MILLENIUM TOWER.

Statisticile arat c din cele 7515 cldiri cu o nlime peste 100 m existente n lume: 783 sunt la New York (aproape 10%), 656 la Hong Kong, 306 la Chicago, 269 la Tokyo, 298 la Shanghai, 197 la Bangkok, 158 la Kuala Lumpur, 113 la Singapore, 183 la Toronto i 120 la Sydnei, pe locul 23, la acest clasament, se situeaz Parisul cu 115 uniti.

Tabelul urmtor nominalizeaz cele mai nalte construcii din lume care se vor finaliza n urmtorii ani.Tabelul 1.3. Cele mai nalte construcii din lume ce se vor construi n urmtorii ani

NRCONSTRUCIAORAULARACNAN

FIN.NR ET.H

m

1TAIPEI 101TAIPEITAIWANAS2004101508

2SHANGHAI WD. FIN. CENTERSHANGHAICHINAAS2007101492

3UNION SQUARE PHASE KOWLOONHKAS2007108480

4TV BORJ.E MILADTEHERANIRANAS200312435

52 INT. FINANCIAL CENTREHKCHINAAS200388412,1

6WUHAN INT. SECUR. BUILDINGWUHANCHINAAS200480354

7SHIMAO INT. PLAZASHAEGCHINAAS200353333/

250

8CHINA WTC TOWER 3BEIJINGCHINAAS200580-/330,1

9Q1 GOLD COASTAUSTRAL.AUS200578321,/

275

10NINA TOWER 1HKCHINAAS200779-/319

11NORT. INT. TRADE CENTERSHENYARGCHINAAS200584300/-

12EUREKA TOWERMELBOURNEAUSTRAL.AUS200491-/297,2

13UNION SQUARE PHASE 6KOWLOONCHINAAS200668286

14SUNYOY TOMORROW SQUARESHANGHAICHINAAS200355284,6/-

15HANOI ROAD DEVELOPM.

KOWLOONCHINAAS200362-/282

16HEYIN PLAZAGUANGZHOUCHINAAS200356269,4/-

17GOLDMAN SACHS BUILDJERSEY NYSUAAS200355-/267

18BLOOMBERG TOWERNYSUAAS200854-/260,8

19GUANGDONG POST GUANGZHO.CHINAAS200368-/260

20TELECOM HUB BUILDINGGUANGZHO.CHINAAS200364/260

21THE SORRENTOKOWLOONCHINAAS200374-/256,3

22MOG-DONG HYPERION TOWERSEOULCOREA AS200369-/256

23THE HARBOUR SIDEKOWLOONCHINAAS200374-/255

24BANK OF SHANGHAISHANGHAICHINAAS200543252/230

25UNION SQUARE PHASE 3 KOWLOONCHINAAS200465250

26RIPARIAN PLAZABRISBANEAUSTRAL.AUS200453249/200

27INTERNATIONAL TRADE PLAZAGUANGZHOUCHINAAS200465-/248

28ONE RAFFES QUAYSINGAPORESINGAPOR.AS200550-/245,1

29RSA TOWERMOBILE ALSUAAN200435243,/

204

30BT TOWERSYDNEYAUSTRAL.AUS200439239,9/-

31BANGKOK WTCBANGKOKTHAILANDAS200463-/232

32WTSYDNEYAUSTRAL.AUS200375-/230

33CCTV HEADQUARTERSBEIJINGCHINAAS200873-/229

34AOL TIME WAROER CENTERNYSUAAN200355-/229

35 WARLD TCNYSUAAN200552-/228,6

36SHANGLONG BUILDINGSHENZENCHINAAS200545225/201

37GRAND GATEWAY SH 1SHANGHAICHINAAS200552-/224,9

38GRAND GATEWAY SH 2SHANGHAICHINAAS200552-/224,9

39LATITUDINE W. SQUARESYDNEYAUSTRAL.AUS200445222/190

40CHANGFENG HOTELSHANGHAICHINAAS200553-/217,9

41DOAG HAI PLAZA

SHANGHAICHINAAS200552-/217

42NTX HEADQUARTTOKYOJAPONAIAS200332-/193

43NARA TOWERS&MARINABEIRUTLIBANAS200348-/216

44SHIODOME CITYTOKYOJAPONIAAS200343-/215,8

45111 SOUTH WACHERCHICAGOSUAAN200545-/214

46TIME SQUARE TOWERNYSUAAN200347-/212

47HYATT CENTERCHICAGOSUAAN200448-/210

48MAY HOUSEHKCHINAAS200447205,4/-

49FOUR SEASON SUITESHKCHINAAS200455-/205

50RENAULT TOWERTEL AVIVISRAELAS200651-/203

1.3. Noiuni asupra principiilor de calcul al construciilor inginereti nalte

1.3.1. Principii generale de calcul

Conceperea structurilor nalte inginereti este o activite complex,calculul construciilor nalte presupunnd parcurgerea urmtoarelor etape complexe:

a) preliminarea dimensiunilor principale ale construciei derivnd din exigenele funcionale, din considerente tehnico-economice, precum i a naturii structurii de rezisten ;

b) precizarea aciunilor i gruprile lor ;

c) calculul eforturilor maxime n seciunile caracteristice din cele mai defavorabile combinaii de aciuni real posibile;

d) dimensionarea structurii de rezisten constnd n principal din compararea tensiunilor maxime i a deformaiilor asociate cu limitele maxime atribuite materialelor componente respectiv a deformaiilor limit.

n continuare vom aborda etapele b, c i d avnd drept scop iniial prezentarea concis a prevederilor de calcul legale, o analiz a modului cum sunt privite aceste aspecte i prin aceasta, s subliniem importana masurtorilor topografice n verificarea concordanei ipotezelor de calcul cu rspunsul real al structurilor, fapt evideniat prin msurarea deformaiilor.

1.3.2. Oportunitatea abordrii preliminare a principiilor de calcul n scopul unei mai bune corelri a rezultatelor msurtorilor topografice IN-SITU cu prognozele avute n vedere n stadiul de proiectare

Pornind de la soluiile de proiectare existente la un moment dat, etapele perfecionrii metodelor de proiectare sunt:

aplicarea proiectului de execuie, realizarea construciei proiectate,

msurarea topografic a comportrii structurii la diferite solicitri,

analiza rezultatelor stabilind influena fiecrui factor de solicitare,

geodezul prezint rezultatele interpretarii cauz-efect,

proiectantul pornind de la datele furnizate face o analiz critic a soluiei adoptate, comparnd estimrile iniiale cu datele de teren.

Cunoaterea de ctre geodez a principiilor care au stat la baza elaborrii proiectului, poate conduce la adoptarea metodelor de urmrire i de furnizare a necesarului de date concludente pentru proiectant.

1.3.3. Metoda curent de calcul

Principiile generale de verificare a siguranei construciilor se bazeaz pe adoptarea metodei semiprobalistice a strilor limit, ce se distinge prin dou trsturi importante:

se consider n mod sistematic toate strile limit posibile,

se consider n mod independent variabilitatea diferiilor factori care afecteaz sigurana construciilor, stabilindu-se n consecin, datele cantitative care determin nivelul de asigurare a construciilor.

Se nelege prin stare limit o stare a crei atingere implic:

pierderea reversibil sau ireversibil a capacitii unei construcii de a satisface condiiile de exploatare legate de destinaia stabilit, sau

apariia unor pericole pentru viaa sau sntatea oamenilor, respectiv pentru bunurile a cror conservare este asigurat de construcia respectiv.

Printre principalele fenomene care pot s conduc la apariia strilor limit se menioneaz pierderea stabilitii unei pri sau a construciei n ansamblu sau a poziiei prin lunecare, rsturnare, tasare fenomene studiate prin mijloace topografice, deplasrile statice sau dinamice excesive, fisurile excesive.

n analiza strilor limit este necesar s se aib n vedere c fenomenele care conduc la apariia lor pot fi ntlnite individual sau n combinaie.

Pe lng raritatea producerii n viaa construciilor, este important s se sublinieze i alte trsturi importante ale aciunilor extraordinare, precum i modul particular n care se pune problema siguranei fa de aceste aciuni:

a) Intensitile lor maxime probabile au un grad de incertitudine sensibil mai ridicat dect cel corespunztor ncrcrilor variabile obinuite.

b) Spre deosebire de efectul ncrcrilor obinuite (statice), la care solicitrile depind n principiu numai de schema static a construciilor, n cazul principalelor aciuni extraordinare vnt sau aciunile seismice, solicitrile depind direct de aceste caracteristici structurale (de rigiditate, de rezisten) i de variaia lor n procesul repetrii solicitrilor, constituind rspunsul construciei la aciunea dinamic. Solicitrile au astfel o dubl dependen istoric i anume: de istoria dezvoltrii aciunii (reprezentat de exemplu prin accelerograma unui seism) i de istoria modificrilor proprietilor structurale n diferite zone critice ale construciei.

c) Datorit raritii aciunilor excepionale i a incertitudinii mai ridicate asupra nivelului lor de intensitate, apare firesc s se admit inevitabilitatea unor deteriorri nestructurale i pentru anumite categorii de construcii chiar deteriorri structurale.

n esen asigurarea rezistentei construciilor exprim faptul c inegalitatea:

(1.1)

pentru toate seciunile structurii se realizeaz cu un nalt grad de probabilitate, sau invers, c probabilitatea nerealizrii inegalitii este foarte redus. n relaia (1.1) s-a notat:

= valoarea maxim corespunztoare nivelului de probabilitate (de siguran) acceptat al efectului ncrcrii asupra unei seciuni (efortul secional), funcie n primul rnd de parametrii aleatorii ai aciunilor.

= valoarea minim, corespunztoare nivelului de probabilitate acceptat, al capacitii de rezisten a seciunii, n funcie de mrimile aleatoare ale rezistentei materialelor, ale dimensiunilor elementelor, etc.

Valorile maxime probabile ale intensitii ncrcrilor i valorile minime ale rezistentelor sunt denumite tradiional valori de calcul i sunt stabilite astfel, ca n principiu, s aib un grad de asigurare corespunztor (apropiat de 99,5%).

Aplicarea metodei de calcul la stri limit pentru structuri de rezisten din metal, din beton armat sau din beton precomprimat presupune: o proiectare competent, o execuie corect, o exploatare a construciei conform condiiilor admise la proiectare, o urmrire a comportrii conform regulilor stabilite la proiectare (STAS 10100)

1.3.4. Caracteristici ale aciunilor i gruprile lor

n verificarea siguranei construciilor se consider:

-aciuni permanente AP, care se aplic n mod continuu, cu o intensitate practic constant n raport cu timpul,

- aciuni temporare cvasipermanente AC, care se aplic cu intensiti ridicate pe durate lungi sau n mod frecvent,

- aciuni temporare variabile AV, a cror intensitate variaz sensibil n raport cu timpul, sau ncrcrile pot lipsi pe intervale lungi de timp,

- aciuni excepionale AE care intervin foarte rar cu intensiti semnificative.Calculul elementelor i structurilor se face lund n considerare combinaiile defavorabile, practic posibile ale ncrcrilor, numite grupri de ncrcri. Se vor avea n vedere:

a) Grupri fundamentale (AP+AC+AV);

b) Grupri speciale (AP+AC+AV+AE)

ncrcrile permanente se iau n considerare n toate cazurile, iar ncrcrile cvasipermanente i variabile se iau n considerare cnd efectele lor sunt defavorabile pentru verificarea n seciunea i la starea limit considerat. ncrcrile excepionale se iau n considerare numai n cazul gruprilor speciale, n urmtoarele condiii:

-se va considera o singur ncrcare excepional (de regul aciunea seismica);

- pentru construcii deosebit de zvelte i sensibile la aciunea vntului (couri de fum, antene, turnuri) ncrcarea normal din aciunea vntului se multiplic cu coeficientul 0,4 n zonele A,B de amplasare, respectiv cu coeficientul de 0,6 n zonele C,D,E de amplasare.

-ncrcarea din aciuni permanente i cele temporare cvasipermanente se ia n considerare cu valori normate.

Pentru calculul de rezisten, la grupri fundamentale, la starea limit de rezisten se iau n consideraie ncrcrile permanente, temporare cvasipermanente i temporare variabile cu valorile lor de calcul (maximale).

1.3.5. Aciunea vntului asupra construciilor inginereti nalte.

n cazul cldirilor nalte aciunea vntului intervine cu o pondere mare n mrimea solicitrilor generate i se consider, de regul, ca suma a dou componente: static i fluctuant. Aciunea static, corespunde vitezei mediate pe un interval de timp de referin de dou minute iar cea fluctuant a se manifest prin:

a) fluctuaii ale presiunilor dinamice, datorit fluctuaiilor de vitez n jurul valorii medii, care conduc la oscilaii ale construciilor a cror direcie predominant este apropiat de direcia mediat a scurgerii aerului, aciunea considerndu-se variabil.

b) apariia de fore alternante, normale pe direcia mediat a scurgerii aerului, datorit degajrii alternative de vrtejuri n jurul obstacolelor de form cilindric sau apropit de aceasta, aciunea considerndu-se excepional.

c) generarea de oscilaii autontreinute, fenomene de galopare, n cazul structurilor cu deplasri mari din aciunea vntului, verificarea efectundu-se cu prescripii speciale i ncercri experimentale pe modele.

Ultima reglementare legal a intensitii normate a aciunii statice a vntului este STAS 10101/20-90. Pentru componenta normal la suprafaa expus (

) se determin expresia:

(1.2)

( = coeficient de rafal,

cni = coeficient aerodinamic pe suprafaa i,

ch(z) =coeficient de variaie a presiunii dinamice de baz n raport nlimea z,

-gv= presiunea dinamic de baz stabilizat, la nlimea de 10 m deasupra terenului.

Construciile care ridic probleme speciale datorit sensibilitii la aciunea vntului i complexitii comportrii lor - adic courile de fum de peste 150 m, turnurile de rcire de peste 100 m, turnuri de televiziune, estacadele cu deschideri sau nlimi mai mari de 50 m - fac parte din categoria C3 privind efectele fluctuante ale vntului, situaie n care componentele static i fluctuant ale vntului se consider separat, verificndu-se simultan i la rezonan.

Componenta static, corespunde presiunii dinamice de baz stabilizate determinat conform relaiei (1.2), lund n considerare coeficientul de rafal ( =1. Efectul fluctuant al vntului se evalueaz prin fore de inerie determinate pentru fiecare mod propriu de vibraie. Pentru construcii care se asimileaz cu sisteme dinamice cu numr finit de grade de libertate, fora de inerie normat corepunztoare gradului de libertate k i modului propriu de oscilaie r, se determin cu relaia:

(1.3)

n care: mk = masa corespunztoare gradului de libertate k, n tone

= acceleraia normat corespunztoare gradului de libertate k i modului propriu de vibraie r.

Evaluarea este laborioas, deoarece necesit determinarea perioadei proprii de vibraie a structurii i deplasrile corespunztoare modului propriu r, dup gradul de libertate k. Pentru couri de fum i turnuri de rcire este suficient considerarea modului propriu fundamental

(r =I). La aceste tipuri de construcii se efectueaz i verificarea la rezonan n cadrul creia se calculeaz efectele aciunii vntului prin calculul vectorului rezultat al efectului rezonanei cu vectorul sum al efectului aciunii vntului n planul direciei de scurgere a aerului (componentele static i fluctuant), conform relaiei (32)dinAnexaB,aSTAS-ului10101

(1.4)

(1.5)

Remarcabilele realizri n domeniul zgrie-norilor au confirmat, pentru acest tip de construcii, ca rspunsul prin vibraii al cldirii depinde de rigiditatea, masa i amortizarea structurii. Valori exagerate ale deplasrilor relative de nivel, sau a deplasrii totale la vrf, pot conduce la efecte nefavorabile privind: transmiterea forelor gravitaionale, fisurarea sau degradarea elementelor nestructurale, disconfortul ocupanilor etc. De aceea ACI Comitte 435, precizeaz: deplasarea maxim admisibil la vrf, la construcii n cadre sau diafragme (max=0,002 H , H fiind nlimea total a structurii, deplasarea relativ de nivel admisibil (pe orizontal i pe vertical) (max=3,8 mm. Comitetul pentru seismologie al Asociaiei inginerilor constructori din California, recomand:

- la structuri cu mai puin de 13 niveluri i cu raportul nlime / lime mai mic de 2,5 verificarea deplasrilor laterale din vnt, nu este necesar;

- la celelalte tipuri de structuri deplasarea maxim admisibil la vrf, sub aciunea vntului se limiteaz la 0,0025 H, practic comparabil cu valorile menionate anterior.Opinia general a specialitilor este ca pentru cldiri la care ncrcarea din vnt are o pondere deosebit n alctuirea i dimensionarea structurii, msurtorile experimentale n tuneluri aerodinamice sunt strict necesare, dei acestea ridic dificulti privind simularea aciunii vntului natural pe construciile reale (reproducerea n tunel a numrului Reynolds corespunztor situaiei reale, simularea turbulenei aerului natural, simularea rugozitii terenului amplasamentului, etc.) ncercrile experimenatale din tuneluri, efectuate de diferii cercettori au necesitat o comparare cu msurtorile pe construciile reale.

ncercrile experimentale pe modele simulate ct i msurtorile pe structuri de turnuri cilindrice au evideniat c presiunea aerodinamic pe conturul seciunii transversale depinde, esenial, de calitatea finisrii suprafeei exterioare (cilindri netezi-tencuii, tabl, lemn, respectiv cilindrii rugoi-zidrie de crmida, tencuiala brut, tabl ondulat) fenomen neglijat de prescripia actual STAS 10101/20-90 (dar luat n considerare de normele germane DIN 1055 i franceze NV65).

1.3.6. Aciunea seismelor asupra construciilor inginereti nalte.

Conform prevederilor normelor din domeniu Normativ pentru proiectarea antiseismic a construciilor de locuine, social culturale, agrozootehnice i industriale indicativ P100-92, se vor avea n vedere, dup caz, urmtoarele moduri de manifestare a aciunii seismice:

a) forele de inerie generate de oscilaiile prilor n elevaie ale construciilor, n urma antrenrii acestora n micarea seismic de ctre acceleraiile interfeei teren-construcie;

b) eforturile generate de deplasrile inegale impuse prilor de construcie din infrastructur de propagarea undelor seismice prin teren;

c) suprapresiunile provenite din forele de inerie generate n lichidele, masele pulverulente etc., nmagazinate sau reinute de construcie;

d) forele transmise de sistemele de rezemare i de legare a instalaiilor, a echipamentelor etc.

Figura 1.19

1.4. Contribuii privind analiza comportrii structurilor nalte sub aciunea nclzirii neuniforme, a vntului, a solicitrilor cumulate, a erorilor de execuie

1.4.1.Analiza topografic a strii structurilor nalte sub aciunea solicitrilor necesit o bun cunoatere a acestora i a modului cum acestea influeneaz metodele de studiu

Monitorizarea comportrii construciilor foarte nalte este un proces complex, implicnd msurtori topografice, meteorologice, o bun cunotere a proiectului de execuie, practic a previziunilor privind comportarea structurii n condiii date.

Metodele topografice adoptate n acest domeniu i nu numai, trebuiesc deci adaptate nevoilor de date teren ale proiectantului, o simpl constatare geometric, fr a se preciza n ce condiii s-a nregistrat este sigur neconcludent.

Dac geodezul va coordona ntregul proces al prelurii de date IN-SITU, geometrice, meteorologice, structurale, va avea ansa perceperii ntregului, dac se va limita la simpla nregistrare geometric de poziie risc s devin un simplu prestator de servicii topografice.1.4.2. Variaia axei verticale a construciilor coloan de mare nlime la nclzirea solar neuniform

Construciile - coloana cu seciune nchis (cilindric sau tronconic) suport la nclzirea unilateral prin expunere solar o deviaie parabolic a axei centrale verticale. n practic modelul deformaiei este amplificat, considerndu-se c valorile (' i d' sunt sensibil comparabile cu cele reale (( i d) i oricum acoperitoare(fig.1.26).

Efectele acestui proces evolutiv s-ar putea clasifica n dou grupe i anume:

influena nmuierii axului vertical asupra funcionalitii construcie

variaia eforturilor verticale i radiale n structur (estimate de ACI 505-54/98).

n cazul antenelor abaterea de la axul vertical are ca efect schimbarea direciei de emisie. Se apreciaz c o deviaie ( = 0,40 este perceput la o distan de 100 km ca o abatere liniar (D) de 700 m(fig.1.27) .

Avndu-se n vedere c stabilitatea i calitatea recepiei este direct proporional cu poziia i stabilitatea antenei emitoare, se impune cunoaterea cu ct mai mult precizie a deviaiei admisibile ((, d) funcie de calitatea ce se impune recepiei, la periferia zonei de transmisie.

nmuierea axului vertical al courilor poate conduce la schimbarea concentraiei i distribuiei noxelor emanate, pentru anumite zone. Pentru construcii rezideniale efectele sunt n studiu, pentru prevenirea posibilului disconfort al ocupanilor.

Fig.1.27. Fig.1.28.

1.4.3. Variaia axei verticale a construciilor-coloan de mare nlime la aciunea vntului

1.4.3.a. Abordare generaln activitatea de proiectare a construciilor de foarte mare nlime de tipul turnurilor- coloan, de o real importan este cunoaterea comportrii structurii reale la aciunea static i, n special, dinamic a vntului. Se consider c n modelarea aciunilor ct i n evaluarea rspunsului structurii este deosebit de util cunoaterea comportrii reale n exploatare a unor structuri comparabile.

Studiul pe modele, n tunelele aerodinamice a comportrii structurilor din categoria menionat la aciunea vntului, ofer date crora li se poate acorda o ncredere limitat de posibiliti de simulare a condiiilor reale.Astfel ultimele cercetri din domeniu efectuate n cadrul Universitilor din Sydney-Australia, Nottingham-UK, Kansas i Salt Lake Citz SUA dei dau date privind modelarea structurilor reale, a aciunilor vntului, a rspunsului structurii la aceste aciuni sunt nc n faz de confirmare. Se ntmpin dificulti mari i n consecin crete importana msurtorilor ce se fac din acest punct de vedere pe structurile reale.

Mrimea, forma i frecvena oscilaiilor datorate vntului este important pentru studiul stabilitii construciilor, n cazul turnurilor de televiziune pentru efectele asupra calitilor emisiei, iar pentru construciile rezideniale pentru efectele care ar scade confortul ocupanilor.

Trebuie precizat c dificultile ntmpinate la msurarea oscilaiilor turnurilor sub aciunea vntului sunt deosebite i provin din mai multe direcii. Astfel este greu de decelat efectele diferiilor factori de solicitare, agitaia continu a construciei (practic neexistnd o stare de repaus) ngreuneaz vizarea i urmrirea structurii; caracteristicile vntului se nregistreaz de regul la sol , iar transpunerea prin calcul proporional cu nlimea nu corespunde n totalitate solicitrii reale.

1.4.3.b. Consideraii privind msurarea efectului vntului asupra

unor construcii nalte

Observarea oscilaiilor structurilor studiate, sub efectul vntului, s-a fcut de regul prin metoda nregistrrii micrii unor amortizoare montate pe structur sau cu teodolite de precizie.La data demarrii cercetrilor nu existau n bibliografia la care aveam acces dect foarte puine rezultate, din cea de a doua categorie. Aparatele utilizate sunt de regul aparate de precizie, prevzute cu oculare zenitale. Punctarea centrului de vizare se face ntr-o perioad de acalmie, iar axa de vizare a teodolitului rmne neschimbat n tot ciclul de observare. Drept centre de vizare se pot utiliza elementele fixe , vizibile din cadrul structurii urmrite, ca de ex. balisajul optic, iar n msurtorilor de control elementele metalice ale platformelor.

Determinrile au fost concentrate n direciile stabilirii frecvenei (respectiv a duratei) i amplitudinii oscilaiilor ct i a figurilor oscilante. Se consider c raportat la o direcie perpendicular pe axa de vizare, oscilaia complet a turnului este dat de intervalul dintre dou treceri succesive ale centrului de vizare prin centrul firelor reticulare ale aparatului.

Precizia cu care s-au evaluat amplitudinile oscilaiilor trebuie s fie de + 10 mm - condiionat de posibilitile de punctare la distana staie - vrf co.

nregistrrile oscilaiilor din cele dou staii trebuie s se realizeze concomitent i au fost cronometrate cu dou instrumente aduse n acelai sistem (origine).

Figura 1.29. Figura oscilant la vnt

Este astfel posibil ca, n urma corelrii datelor obinute pe cele dou direcii perpendiculare, s nu se depeasc o eroare de + 1 s n stabilirea duratei unei oscilaii complete.Astfel se constatat c figurile oscilante sunt elipse a cror ax mare perpendicular pe direcia vntului.Caracteristicile vntului s-au nregistrat la sol, n cmp deschis n apropierea structurii urmrite(fig.1.29.)

1.4.3.c. Probleme generale privind aciunea vntului asupra

construciilor cilindrice (sau tronconice)

Vntul reprezint, periodic sau cvasiperiodic, un factor de solicitare pe un anumit interval de timp pentru construciile nalte.

n cazul obiectivelor ce au o nlime mai mare de 200 m i o form tronconic (couri de fum, turnuri de telecomunicaie, antene) studierea influenei vntului este ngreunat de o serie de factori, dintre care se pot aminti:

variaia pe nlime a vitezei vntului (deci implicit i a presiunii) diferit fa de celelalte construcii,

mrirea zonei de silaj, fapt ce diminueaz posibilitile de simulare a unor ipoteze simplificatoare;

neexistena unor studii profunde privind comportarea acestor structuri n domeniul critic superior;

caracterul haotic al comportrii modelelor n tunelele de vnt;

existena unor n grade de libertate, conduce la estimarea doar cu aproximaie a solicitrilor;

neconcordana dintre studiile teoretice i comportarea modelului real etc.

Practica prezint ns, ca sigur, urmtoarea concluzie: indiferent de tipul solicitrii dinamice (vnt, cutremur, nsorire) oscilaiile construciei ntr-o seciune precizat, se produc sub forma unor elipse.La nivelul ntregii structuri se poate estima c figura oscilant ar avea forma unei cvasielice elipso-conice.

Figura 1.30

Oscilaiile figurii reale pentru diferite tipuri de solicitri;

a) cutremur; b) vnt; c) nsorire.

Revenind strict la analiza aciunii vntului asupra corpului studiat (cilindru sau trunchi de

con ) tim c aceasta implic stabilirea ecuaiilor difereniale definitorii. Cum rezolvarea acestora impune un volum foarte ridicat de calcul este necesar adoptarea unor ipoteze simplificatoare care s aduc avantaje n acest sens. Condiia principal a modelelor de studiu simplificate este ca rezultatele s fie compatibile cu cele care ar defini procesul real.Micarea irotaional, n care efectul vscozitii fluidului se neglijeaz ((=0), constituind una dintre ipotezele simplificatoare, este n cazul studiului inter-relaie fluid-corp tronconic, limitat de creterea zonei de silaj. Ca i n cazul altor tipuri de structuri , cmpul de micare al fluidului, poate fi mprit, ns n dou regiuni:

- curentul principal n care se poate admite ipoteza (=0;

- zona de silaj i stratul limit n care micarea fluidului fiind este rotaional, trebuie considerat vscozitatea ( ((0 ).

n aceste zone, particulele de fluid prezint o rotaie, ce poate fi definit printr-un vector de vrtej .

Figura 1.31. Figura oscilant provocat de solicitrile dinamice la nivelul ntregii structuri

n coordonate carteziene ( x, y, z):

(1.25)

unde este vectorul vitez. Evident c ipoteza ( = 0 va rezulta .

Msurtorile efectuate pe construcii aflate n execuie sau exploatare, conduc spre faptul c acest efect secundar ( KARMAN) al vntului produce deformaii (oscilaii) mai puternice dect fora generatoare, n cazul unor ncrcri semnificative.

1.4.3.d. Oscilaiile transversale direciei vntului (efectul KARMAN)

Aciunile eoliene de aceast natur se studiaz dup ce s-a stabilit printr-una din metodele cunoscute, numrul de oscilaii ale corpului studiat i aciunea vntului de-a lungul direciei predominante. n continuare se vor prezenta sintetic cteva aspecte legate de efectul KARMAN.

Oscilaiile transversale direciei vntului se produc atunci cnd amortizarea aerodinamic negativ este mai mare dect amortizarea pozitiv a corpului.

Structura tubular tronconic va oscila ntotdeauna transversal direciei vntului ntr-o frecven proprie. Amortizarea corpului limiteaz amplitudinile.Deosebim dou domenii:

a) Re < Re critic - domeniul laminar (critic inferior);

b) Re > Re critic - domeniul turbulent (critic superior).

unde Re este coeficientul ( numrul ) lui Reynolds i se poate determina:

(1.26)

V viteza vntului ( m/s );

D diametrul structurii la h=0,7 H ( m );

vscozitatea cinematic a aerului

(de obicei ) (m/s)

(n general).

n domeniul critic inferior fenomenul oscilaiilor transversale este cauzat de vrtejurile KARMAN care se schimb regulat cu o frecven de vrtej S= 0,2.

Frecvena de continu schimbare a vrtejului va fi :

(1.27)

S - numrul lui Strouhal

f devinind influenabil astfel c structura va oscila n frecven proprie i nu n frecvena vrtejului.

n domeniul critic superior aceste fenomene nu i-au gsit nc o rezolvare mulumitoare. S-ar putea aminti idea c acest fenomen este o oscilaie de rezonan a unui sistem slab amortizabil prin impulsionarea cu un spectru de frecven continu.

Revenind la formarea vrtejului KARMAN trebuie precizat c acest fenomen are loc n spatele cilindrului i se deplaseaz cu o vitez mai mic dect curentul principal, avnd o densitate regulat.Formarea alternativ a vrtejurilor produce fore motrice transversale.Pentru calculul acestora relaia curent este :

(kP/m )

(1.28)

P - fora motric transversal;

Ca - coeficientul presrii laterale;

presiunea dinamic.

n ceea ce privete termenul Ca exist unele necorelaii ntre valorile prezentate de literatura de specialitate din diferite ri.Astfel se recomand:

Ca = 0,8 n domeniul critic inferior (Re < 350.000)

Ca = 0,2 n domeniul critic superior (Re > 350.000)

n timp ce corespunztor ar rezulta Ca = 1,1 ( 2 respectiv

Ca = 1,1 ( 0,2 funcie de raportul Re/ Re crit.

Figura nr. 1.32

Distribuia vrtejului KARMAN

Se consider c vrtejurile apar la valori reduse ale numerelor Reynolds sau la viteze moderate (V ( 25 m/s) ale vntului.S-a constatat, prin msurtori pe modele reale, c oscilaiile ce se produc dup direcia normal a vntului au amplitudini mai mari dect cele longitudinale.

n ceea ce privetemodul de calcul pentru estimarea forelor motrice transversale i a oscilaiilor corespunztoareE. Hampe recomand sintetic urmtoarea desfurare, n care:

yo- abaterea maxim la vrful coului datorat aciunii unei forte P = 1,0 Mp

(n - abaterea ntr-o poziie n oarecare

Gn - masa n poziia n

D - diametrul coului la nlimea h = 0,7 H

S ( 0,2 numrul lui STROUHAL

( m2/s ) vscozitatea cinematic a aerului

= 0,125 ( kp( s2/m4)

O posibilitate de diminuare a efectului KARMANn special la construciile cu posibiliti de amortizare redus este posibil diminuarea amplitudinilor oscilaiilor transversale printr-o nfurare de form spiralic.Aceasta este principala metod utilizat i la limitarea oscilaiilor zgrie norilor realizai n ultimii ani( fig1.32)

Tabelul 1.9.

1STABILIREA NUMRULUI DE OSCILAII PROPRII nene ( 300 ( oscilaii / sec) (1.10)

(2STABILIREA VITEZEI DE REZONAN Vrez ( m/s ) (1.11)

(3STABILIREA COEFICIENTULUI REYNOLDS Re (1.12)

(4

STABILIREA FOREI LATERALE PL

critic inferior (kP/m) (1.13)

critic superior

Figura 1.33. Metod pentru limitarea oscilaiilor construciilor tronconice

Fig.1.33.Crearea zonei de silaj la corpurile cilindro-conice1.4.3.e.Studiu IN-SITU privind influenei vntului asupra celei mai nalte construcii din lume, turnul de televiziue CN TOWER, Toronto, Canada

Realizarea unei construcii foarte nalte include de la faza de proiectare, la execuie i apoi la studierea comportrii n timp, ample studii privind situaia meteorologic a zonei de amplasament, de la studierea gradului de expunere la aciunea vntului pe anumite direcii, direcii dominante de aciune stabilite prin metode statistice, la msurtori n tunele aerodinamice.

Unul dintre cele mai complexe analize s-au efectuat cu ocazia construirii CN TOWER, prin colaborarea unora dintre cele mai prestigioase instituii din domeniu, incluznd Institutul Meteorologic Regal al Belgiei.

n tabelul 1.10. se prezint sintetic obiectul, coninutul i concluziile studiului, semnalnd astfel importana abordrii pluridisciplinare a tuturor aspectelor privind realizarea de structuri nalte. Figurile 1.35. i 1.36. rezultatele simulrilor de laborator n tunel privind raportul ntre direcia corect a vntului indus n tunel i indicaiile anemometrelor, respectiv ntre viteza real i cea indicat de anemometre.

Figura 1.35. Raportul i funcia de corelaie dintre indicaiile direciei vntului indicat de anemometre i cea real

AMPLASAREA APARATURII PE TURNREALIZATOR PROGRAM

A accelerometru, traductoare de deplasare

S msurarea deformaiilor

W anemometru

T sistem de nregistrare a temperaturii

D traductor de deplasare LVDT

L traductor de deplasare cu laser

C camera computerelorTr. I. Mombaliu, Laboratorul de Hidraulic, Institutul Regal de Meteorologie din Belgia

PARTICIPANI LA PROGRAM

Universitatea din Toronto, Centrul Naional de Cercetare din Canada

Hydro Ontario

Ministerul Mediului,

Laboratorul de studiere n tunel/vnt a structurilor, macheta studiat n 1985 de Isymov

AMPLASAREA APARATURII PE NERVURILE TURNULUIDISPUNEREA APARATELOR

Cte 3 apa

Date post:	04-Mar-2016
Category:	Documents
Upload:	gainavasile
View:	298 times
Download:	6 times

Monitorizarea topografica a constructiilor inalte - Partea 2

Documents