Curs IV_a

BAZELE PROI ECTÄRI I STRUCTURI LOR
Conf. dr. ing Adri an CI UTI NA
- CURS 4_a -
Principiile proiect årii pe baza st årilor limit å
Notele de curs pot fi descrcate de pe pagina de web
ht t p: / / w w w .ct .upt . r o/ user s/ Adr i anCi ut i na/
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Pent ru durat a de viaçå int ençionat å a st ruct urii çi pent ru gradele de
sigurançå corespunzåt oare, st ruct ura çi element el e st ruct urale
t rebuie proiect at e, execut at e çi mençinut e de o manierå ast fel încât :
n så r ezist e acçiunilor , inf luençelor acest ora çi ut ilizårii ant icipat e ( SLU) ;
n så poat å f i folosit å pent r u t oat e acçiunile gândit e la proiect are ( SLS) ;
n så posede rezist ençe st r uct ur alå, de serviciu çi de durabilit at e
corespunzåt oare;
n så ofere rezist ença prevåzut å la incendiu;
n så nu fie avariat å înt r - un mod ir eparabil în cazul acçiunilor ext reme
( explozii, accident e, cut remure) – ( cerinça de robust eçe) .
o Î n mod t r adiçional, în concor dançå cu concept ul fundament al al
st årilor li mit å, se considerå cå st area unei st ruct uri poat e fi clasificat å
ca fiind fi e sat isfåcåt oare ( si gur , în ser v i ci u) , fie nesat i sfåcåt oare
( nesecur i t ar , neut i l i zabi l ) .
o Condiçiile dist i nct e care separå st årile sat isfåcåt oare-nesat isfåcåt oare
ale unei st ruct uri se numesc st r i l i mi t .
CAPI TOLUL V – PRI NCI PI I LE PROI ECTÄRI I PE
BAZA STÄRI LOR LI MI TÄ
§ 5. 1 St år ile limit å - pr incipii
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Î n general, st åril e li mit å definesc acel e st åri pent ru care st r uct ura nu
mai sat isface crit eriile de proiect are. De aceea, fiecare st ar e li mit å est e
asociat å cu o anumit å ceri nçå de performançå impuså pent ru st ruct ura
respect ivå.
OBS: Adesea cerinçele st årilor limit å nu sunt for mulat e suficient de clar pent ru a çine
seama de o definiçie pr eciså a st årii limit å corespunzåt oare.
o Î n mod t radi çional, concept ul st årilor limit å pent ru o anumit å st ruct urå
presupune cå o st ruct urå est e pe deplin operaçionalå pânå la o anumit å
valoar e a efect elor acçiunii E
0
, iar pest e aceast å valoare se presupune cå
st ruct ura est e t ot al nesat isfåcåt oare.
§ 5. 1 St år ile limit å - pr incipii
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Î n est imarea variaçiilor în acçiuni, infl uença mediului çi modificårile
propriet åçilor st ruct urale care vor avea loc în t i mpul per ioadei de viaçå
de proiect are a st ruct urii, t rebuie considerat e prin select area unor
sit uaçii dist inct e, reprezent ând un anumit int erval de t imp cu riscul sau
condiçiile asociat e.
o Î n acest sens, exist å pat r u sit uaçii de proiect are:
n Si t uai i per si st ent e. Acest ea se r eferå la condiçiile normale de ut ilizar e çi
sunt în general r apor t at e la perioada de viaçå a st ruct urii. Ut ilizar ea nor malå
poat e include çi condiçii ext reme de încårcare din vânt , zåpadå, încårcåri
impuse et c.
n Si t uai i t r anzi ent e. Acest ea se referå la condiçiile t emporare ale st r uct ur ii, în
t er meni de ut ilizar e sau expunere, spr e exemplu în t impul const rucçiei sau
reabilit årii. Acest e sit uaçii sunt r apor t at e la o per ioadå mult mai scur t å decât
perioada de viaçå a st ruct ur ii. Î n acest caz t rebuie definit e valor i
reprezent at ive ale acçiunilor .
n Si t uai i acci dent al e. Ele se refer å la condiçii excepçionale ale st r uct ur ii sau
expunerii acest eia, spre exemplu la foc, explozii, impact sau cedåri locale.
Aceast a implicå o perioadå scurt å de t imp, dar nu pent r u sit uaçiile în care o
cedare localå råmâne nedet ect at å.
§ 5.2 Sit uaçii de pr oiect are
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
n Si t uai a sei smi c. Se referå la condiçiile excepçionale aplicabile st r uct ur ilor
supuse la acçiuni seismice.
o Acest e sit uaçii de proiect are t rebuie select at e pent ru a cuprinde t oat e
condi çii le care pot fi r ezonabi l previ zibil e sau vor exi st a în t i mpul
const rucçiei çi ut ilizårii const rucçiei.
OBS: De exemplu, o clådir e, dupå o sit uaçie de pr oiect are accident alå, cum ar f i cea
din foc sau impact poat e avea nevoie de reparaçii ( pent ru o perioadå scurt å de
t imp de aproximat iv un an) , pent ru care t rebuie considerat e sit uaçii de proiect are
t ranzient e.
Î n gener al, pent r u aceast å per ioadå de t imp t rebuie prevåzut un nivel mai scåzut
al sigur ançei çi fact ori de sigurançå mai mici decât cei folosiçi pent r u sit uaçia
persist ent å de proiect are.
Ca çi în sit uaçia proiect årii st ruct ur ii noi, proiect area st r uct urii avar iat e t rebuie
fåcut å, considerând t oat e condiçiile car e vor fi posibile pe t impul noii dur at e
est imat e pent ru viaça const rucçiei.
§ 5.2 Sit uaçii de pr oiect are
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Pent ru a simplifica procedurile de proiect are, sunt recunoscut e douå
t ipuri fundament al diferit e de st åri limit å:
n St ar ea l i mi t ul t i m .
n St ar ea l i mi t de ser vi ci u.
o St r i l e l i mi t ul t i me sunt asoci at e cu cedarea sau forme similare de
cedare st ruct uralå.
o St årile limit å ult imå privesc sigurança ut ilizat orilor çi/ sau sigurança
st ruct uralå.
o Î n anumit e cazuri, st år ile limit å ult ime pr ivesc çi prot ecçia bunurilor
adåpost it e ( de exempl u anumit e subst ançe chimi ce sau nucleare sau
capodoperelor unor muzee) .
o Î n aproape t oat e cazuril e care privesc st åril e li mit å ult i me, pri ma
ocurençå a unei st åri limi t å est e similar å çi asociat å cu cedarea.
OBS: Î n anumit e cazur i, în care au loc defor maçiile excesive care pot f i considerat e
ult ime, ele definesc st area limit å ult imå, chiar dacå ele nu au condus la cedåri
st r uct ur ale ( exemplu: fundaçiile ut ilaj elor r ot at ive) .
§ 5.3 St åri limit å – St area Limit å Ul t imå ( SLU)
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Î n cadrul proi ect årii la SLU, t rebuie considerat e fenomene:
n Pi er der ea echi l i br ul u i st r uct ur al sau a oricårei pårçi st ruct urale,
considerând st ruct ura ca un corp rigid.
n Cedar ea st r uct ur i i sau a unei pi a acest ei a, prin rupere, obosealå sau
deformaçii excesive.
n I nst abi l i t at ea st r uct ur i i sau a unei pårçi component e.
n Transformarea st ruct ur ii sau a unei pårçi a acest eia în mecani sm.
n Schi mbar ea neat ept at a si st emul ui st r uct ur al în alt sist em.
o SLU a echi librului st at ic se refer å în primul rând l a capaci t at ea port ant å a
st ruct urii çi considerå st årile limi t å la:
n Råst urnare.
n Por t ançå ( pr in for ça arhimedicå) .
n Alunecare cu efect e de int erfaçå ( cum ar fi frecarea) .
o Î n cazuri le de echilibru st at ic cit at e mai sus, st ruct ur a t rebuie privit å ca
un cor p r i gi d. Î n anumit e cazuri înså, în cazul sensibili t åçii la deformaçii
( efect e de ordinul I I ) , sau la vibraçii ( efect e de impact ) , t rebuie
considerat e pr opr i et i l e el ast i ce ale st ruct urii.
§ 5.3 St åri limit å – St area Limit å Ul t imå ( SLU)
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Î n cazul SLU, t rebuie så se facå dist incçia dint re douå t ipuri de st ruct uri:
n Tol er ant e l a degr adr i ( de t ip robust ) ;
n Net ol er ant e l a degr adr i ( sensibile la per t urbaçii minore sau imperfecçiuni
st r uct ur ale) .
o Î n concordançå cu t ipul st ruct ural t rebuie considerat e efect ele t ut uror
t ipurilor de mecanisme de det eriorare asupra SLU, .
o Termenul de “ st area limit å ult i må a rezist ençei” est e fol osi t å pent ru a
defini SLU induså de limit ar ea r ezist ençei mat erialului, conform definiçiilor
din Eurocode 2- Eurocode 9.
o St area limit å ult imå a rezist ençei defineçt e de asemenea cedårile iniçiat e
de lipsa st abilit åçii, cum ar fi prin rigidit at ea limit at å dat orat å cedårilor de
inst abilit at e induse de efect ele de ordinul I I .
OBS: Ca o caract er ist icå comunå a st årilor limit å ult ime est e f apt ul cå ver ificar ea est e
fåcut å la valor i de proiect ar e oper açionale mar i ale încårcårilor ( cât eodat å fårå
bazå f izicå r ealå) .
§ 5.3 St åri limit å – St area Limit å Ul t imå ( SLU)
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o St r i l e Li mi t de Ser vi ci u ( SLS) sunt asociat e cu condiçiile de folosinçå
normal å a st ruct uri lor. Ele vizeazå în part i cular funcçionarea st ruct urii sau
a element elor st ruct urale, confort ul ut ilizat orilor çi aparença lucrårilor de
const r ucçii.
o Având în vedere dependença de t i p a efect el or acçiuni lor, se pot dist inge
douå t ipur i de St år i Limit å de Serviciu:
n St r i Li mi t de Ser v i ci u i r ev er si bi l e – sunt
acele st åri limit å r åmân în permanençå
depåçit e, chiar çi în cazul în care acçiunile care
au cauzat depåçirea au fost înlåt urat e ( de
exemplu deformaçii permanent e sau cedåri ale
reazemelor) ;
n St r i Li mi t de Ser v i ci u r ever si bi l e – sunt
acele st åri limit å care nu vor fi depåçit e în
cazul în care acçiunile care cauzeazå depåçirea
sunt înlåt urat e ( de exemplu vibraçii excesive
sau deformaçii elast ice) ;
§ 5.4 St åri limit å – St area Limit å de Serviciu ( SLS)
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Luând în considerare accept area încålcårii limit elor SLS, exist å mai mult e
condi çii care pot fi formul at e, i ar în general exist å t r ei t i puri de SLS:
n ( 1) SLS fårå depåçir i;
n ( 2) SLS cu depåçiri accept at e pent ru o anumit å durat å çi fr ecvençå;
n ( 3) SLS cu depåçiri accept at e pe durat e de t ermen lung specificat e.
o Crit eriile de servicibilit at e corespunzåt oare sunt asociat e cu încårcårile
caract erist ice, frecvent e çi cvasi- permanent e ale încårcårilor ut ile.
o Î n mod obiçnuit , pent r u ver ificar ea la SLS sunt asociat e urmåt oar ele
combinaçii de acçiuni corespunzåt oare celor t rei sit uaçii de proiect are:
n combi nai a car act er i st i c, dacå nu sunt accept at e depåçiri;
n combi nai a f r ecv ent dacå se considerå SLS cu depåçiri accept at e pent ru o
anumit å durat å çi fr ecvençå;
n combi nai a cv asi - per manent dacå se considerå SLS cu depåçiri accept at e
pe durat e de t ermen lung specificat e.
§ 5.4 St åri limit å – St area Limit å de Serviciu ( SLS)
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Î n cadrul proi ect årii la SLS, t rebuie consi derat e urmåt oarele fenomene
( care afect eazå aparença sau folosirea efect ivå a st ruct urii) :
n def or mai i ex cesi v e, depl asr i , încov oi er i sau încl i nai i , care pot afect a
apar ença çi funcçionar ea st r uct urii, confort ul ut ilizat orilor çi pot cauza
degradåri ale finisaj elor sau ale element elor nest ruct urale;
n v i br ai i ex cesi v e ( est imat e prin acceleraçie, amplit udine çi fr ecvençå) care
pot cauza de exemplu disconfor t ul ut ilizat orilor çi limit a f uncçionar ea
st r uct ur ii;
n degr adr i care nu afect eazå în mod dir ect aparença, durabilit at ea sau
funcçiunea st r uct ur ii ( cedåri sau f isur åri locale) .
o Î n funcçie de t ipologia st r uct ur alå, cerinçe adiçionale cor espunzåt oare
SLS pot fi gåsit e în nor mele Eurocode 2 la Eurocode 9. Acest e norme
oferå çi ghidurile adi çionale de folosire a procedurii de proiect are la SLS.
§ 5.4 St åri limit å – St area Limit å de Serviciu ( SLS)
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Î n cazul st ruct uril or încårcat e cu acçiuni fluct uant e, cedarea poat e avea
loc la nivele care sunt semnifi cat i v mai mici decât cel e la care are loc
cedarea açt ept at å în mod normal. At unci când o asemenea cedare est e
dat orat å fenomenului de dezvolt are a fisurilor, mecanismul complet
cuprinde t rei faze:
n Faza de i ni i er e a f i sur i l or ( în care sunt for mat e microf isur ile) ;
n Faza de dezvol t ar e a f i sur i l or ( în care fisurile se måresc în fiecare ciclu de
aplicare a încårcårilor) .
n Faza de cedar e, în car e se pr oduc cr eçt er i inst abile ale fisurilor , dat or at e
cedårilor duct ile sau fr agile ale rupt urilor, sau în car e secçiunile t ransversale
reduse cedeazå dat orit å curgerii generalizat e a mat er ialului.
o Î n cazul în care, dat ori t å fazei de dezvolt are a fisuril or se formeazå zone
plast ice alt ernant e import ant e, cedarea are loc dupå un numår relat i v mic
de ci cluri, iar mecanismul de cedare se numeçt e “ low- cycl e fat igue”
( oboseal å oligociclicå) .
§ 5.5 St åri limit å – St area Limit å de Obosealå
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Î n mod uzual, St area Limi t å de Obosealå est e separat å de St area Li mit å
Ult i må çi de cea de Ser viciu din mai mult e mot i ve:
n Î ncårcarea din obosealå est e dif er it å de alt e t ipuri de încårcåri çi depinde de
magnit udinea çi de int ervalul acçiunilor sub condiçiile de serviciu, împr eunå cu
ef ect ul t impului ( spr e exemplu de numårul de ciclur i) ;
n Efect ele oboselii r ezidå în det erior area localå a mat erialului, car e conduce
ult er ior la înr åut åçirea condiçiilor de încårcare care accelereazå dezvolt area
fisurilor;
n At unci când sunt îndeplinit e anumit e condiçii ( spre exemplu mat erialul så
posede o dur it at e suf icient å) , dezvolt ar ea f isur ilor poat e f i det ect at å pr in
inspecçii r egulat e înaint e de cedar ea efect ivå.
OBS: Î n proiect area modernå la st area limit å de obosealå a fost int rodus un sist em de
sigurançå care ia în consider are posibilit at ea de pr eaver t izare a consecinçelor de
cedare.
o Î n anumit e st andarde, St area Limit å la Obosealå est e t r at at å independent
de SLS sau SLU.
o Ci cl ul de nor me Eur ocode i ncl ude St ar ea Li mi t l a Oboseal în
cadr ul St r i i Li mi t e Ul t i me.
§ 5.5 St åri limit å – St area Limit å de Obosealå
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
o Proi ect area unei st ruct uri i nclude ver ificåri la ambele st åri limi t å: SLS çi
SLU, deçi nat ura St årii Limi t å Ult ime diferå de nat ura St årii Limi t å de
Serviciu, prin:
n ( 1) în t imp ce depåçirea SLU conduce aproape înt ot deauna la cedarea
st r uct uralå çi la îndepårt area sau r eparar ea fundament alå a st r uct urii,
depåçirea SLS nu conduce la consecinçe at ât de fat ale pent ru st ruct urå, iar
aceast a poat e fi folosit å nor mal dupå îndepårt area încårcårilor care cauzeazå
depåçirea SLS;
n ( 2) în t imp ce crit eriile SLU implicå numai par amet r i st ruct urali çi acçiunile
adecvat e, cr it er iile pent r u SLS sunt dependent e çi de r elaçiile dint re client çi
ut ilizat or i ( adesea subiect ive) , car act erist icile echipament elor inst alat e sau a
element elor nest ruct urale.
o Diferençele di nt re ULS çi SLS rezult å înt r- o formulare separat å a
condiçiilor de sigur ançå st ruct uralå çi în nivele difer it e de sigur ançå
st ruct uralå, admise în cazul ambel or t ipuri de st åri limit å.
§ 5.6 St åri limit å – SLS / SLU
Adrian Ciut ina, Bazele proiect åri i st ruct uri lor
OBS:
(1) Nu t oat e eveniment ele çi fenomenele indezirabile pot fi clasificat e în SLS sau
SLU. De exemplu, în cazul unui pod met alic de cale f erat a, anumit e SLS ale
t ablierului pot conduce la der aierea t renului çi în consecinçå la pier derea vieçilor
omeneçt i.
(2) Var iaçia acçiunilor , inf luençele mediului çi propriet åçile st ruct ur ale care vor
exist a în decursul ciclului de viaçå t rebuie considerat e în procesul de proiect are
pr in select ar ea sit uaçiilor dist inct e ( persist ent e, t ranzient e, accident ale çi
seismice) , r eprezent ând un anumit int erval de t imp çi riscul asociat .
( 3) Î n cazul încårcårilor, t rebuie considerat e un numår r ealist ic de combinaçii,
pent ru a st abili înf åçuråt oarea ef ect elor acçiunilor , care est e considerat å în
proiect are.
§ 5.6 St åri limit å – SLS / SLU