Locuinta unifamiliala P+1E+M

In acest articol se prezintă principalele piese ale proiectului de execuție – specialitatea rezistență – pentru structura unei clădiri cu destinația de locuință unifamilială. Clădirea are regimul de înălțime P+1E+M și este amplasată în orașul Otopeni, județul Ilfov.

Clădirea are deschideri uzuale de maxim 4,7m și înălțimi de nivel de 3,0m atât la parter cât și la primul nivel (vezi Plan cofraj planșeu cota -0,05). Mansarda este realizată cu structura de lemn și este acoperită cu o învelitoare ușoară din tablă cutată.

Structura de rezistență

Conform codului P100-1/2012 construcția se încadrează în clasa III de importanță-expunere la cutremur. Factorul de importanță-expunere este γ_I,e =1.0.Valoarea de proiectare a accelerației de referință a terenului în amplasament este a_g=0,30g. Ordonata spectrului normalizat de accelerații este β=2,5 pentru perioade de vibrație ale structurii mai mici decât perioada de control a mișcării seismice în amplasament, T_c=1,6s. Amplasamentul structurii este caracterizat de o seismicitate moderată.

Ținând seama de caracteristicile principale ale clădirii date în proiectul de arhitectură s-a optat pentru o structură de rezistență de tip cadre de beton armat monolit. Zidăria executată din cărămizi cu goluri verticale mari are numai rol nestructural de compartimentare și închidere.

Predimensionarea structurii de rezistență s-a făcut pe baza următoarelor considerente :

-       Secțiunea transversală a grinzilor a fost aleasă astfel încât să confere grinzii rigiditate și rezistență adecvată în condițiile unor armări moderate. S-a urmărit realizarea unor grinzi cu înălțimea secțiunii transversale egală cu 1/10 din deschiderea liberă (lumina) dar nu mai puțin de 40cm. Lățimea secțiunii transversale s-a ales egală cu 1/2 din înălțimea secțiunii dar nu mai mică decât 25cm.

-       Secțiunea transversală a stâlpilor a fost aleasă astfel încât aceștia să poată fi ”ascunși” în grosimea pereților de închidere și compartimentare. Aceasta nu este în nici o situație o condiție obligatorie  dar în această situație, ținând seama de regimul de înălțime, seismicitatea amplasamentului și deschiderile cadrelor, s-a considerat posibil să se realizeze o structură cu rezistență, rigiditate și ductilitate adecvate utilizând stâlpi de lățime 30cm. S-au realizat stâlpi cu secțiune pătrată 30x30cm și cu secțiune dreptunghiulară 30x45cm. Utilizarea stâlpilor cu secțiune dreptunghiulară s-a făcut pentru a crește rigiditatea structurii la acțiuni laterale în vederea îndeplinirii condițiilor privind deplasarea laterală date în Anexa E a codului P100-1/2012.

-       A fost aleasă o grosime a plăcii de 15cm în acord cu beneficiarul și constructorul. Acesta din urmă a preferat o grosime mai mare a plăcii pentru a putea asigura o execuție corectă. Se precizează că ținând seama de deschiderile mici dintre elementele de reazem și de destinația de locuință unifamilială grosimea plăcii putea fi redusă considerabil până la 12cm rezultând o reducere semnificativă a masei structurii la fiecare nivel.

-       S-a optat pentru un sistem de fundare de tip fundații izolate sub stâlpi, alcătuite din bloc de beton simplu și cuzinet, legate între ele pe ambele direcții principale ale structurii prin grinzi de echilibrare. Clădirea nu are subsol astfel că în afara acestui sistem se mai putea opta alternativ pentru un sistem alcătuit din grinzi de fundare dispuse în lungul axelor principale ale clădirii.  Întrucât cota 0,00 a clădirii se află la aprox. 50cm deasupra nivelului terenului amenajat și ținând seama de adâcimea minimă de fundare de -0,90cm față de cota terenului amenajat s-a considerat că soluția aleasă este cea mai economică din punct de vedere al consumului de beton și oțel.

-       Structura s-a realizat din beton clasa C20/25, clasa minimă admisă de P100-1/2012 pentru structuri supuse la acțiuni seismice. S-a optat pentru un beton de calitate joasă clasa C8/10 numai pentru blocurile de beton simplu. Armătura a fost confecționată din otel PC52 cu excepția armăturilor de montaj pentru care s-a admis oțel OB37.

-       Structura a fost proiectată pentru clasa de ductilitate DCH.

Calculul structural

Calculul structural s-a făcut utilizând programul Etabs, versiunea consolidată 9.0, distribuit de CSI (Computers and Structures Inc., USA).

S-au efectuat calcule privind :

-       Determinarea eforturilor in elementele structurale

-       Dimensionarea armăturilor în elementele structurale în acord cu principiile metodei de proiectare la capacitate și prevederile capitolului 5 din P100-1/2012.

-       Verificarea structurii la deplasări laterale la Starea Limită Ultimă (verificare de ductilitate) și la Starea Limită de Serviciu (verificare de rigiditate) în acord cu prevederile Anexei E din P100-1/2012.

Principiile calculului structurilor în cadre însoțite de un exemplu de calcul pot fi găsite în portalul encipedia.org la secțiunea educațional.

Fundații

S-a optat pentru un sistem de fundare de tip fundații izolate sub stâlpi, alcătuite din bloc de beton simplu și cuzinet, legate între ele pe ambele direcții principale ale structurii prin grinzi de echilibrare.

Fundațiile izolate au rolul de a transmite la teren forța axială din stâlp în timp ce grinzile au rolul de echilibra momentele de la baza stâlpilor. Nu sunt admise plastificări ale grinzilor de echilibrare astfel că, la fiecare nod, rezistența lor la încovoiere trebuie să fie mai mare decât cea a stâlpului. Din acest motiv, stâlpii cu secțiunea dreptunghiulară 45x30 nu au fost amplasați la capătul grinzilor de echilibrare paralele cu latura lor lungă. Echilibrarea momentelor poate fi realizată mai ușor dacă în stâlp intră două grinzi paralele cu direcția considerată a acțiunii seismice.  Armarea longitudinală și transvresală a grinzilor de echilibrare s-a constant pe toată deschiderea. Grinzile de echilibrare sunt încărcate cu momente la capete din interacțiunea cu stâlpii, forța tăietoare variind nesemnificativ.

Aria blocului de beton simplu a fost stabilită astfel încât sub acțiunea forței axiale presiunea medie pe talpă să nu  depăsească valoarea admisă conform studiului geotehnic (p_conv=2,5 kg/cm²). Înălțimea blocului de beton simplu a fost aleasă astfel încât să se ajungă cu talpa fundației la adâncimea minimă de fundare.

Cuzinetul a fost armat cu o plasă din bare φ12/15cm ancorate față de colțul cuzinetului prin ridicare la partea de sus. Din cuzinet s-au lăsat mustățile pentru realizarea stâlpilor. Pentru a se evita imbinarea tututor barelor longitudinale prin suprapunere in zona critică de la baza stâlpilor s-a ales ca barele intermediare să se prelungească până dincolo de jumătatea înălțimii parterului. Astfel îmbinarea prin suprapunere se realizează decalat, barele de la colț se îmbină imediat deasupra cotei superioare a plăcii de la parter în timp ce barele intermediare se îmbină la jumătatea înălțimii parterului. P100-1 recomandă să nu se realizeze îmbinări prin suprapunere în zona critică a stâlpilor de deasupra cotei teoretice de încastrare. Planurile de execuție pentru fundații sunt date la sfârșitul articolului.

Nivelul apei subterane este ridicat el variind puternic funcţie de cantităţile de precipitaţii. Pentru o rezolvare corectă a sistemului de fundaţii şi pentru împiedicarea degradărilor, a tasărilor difereţiate şi a altor probleme legate de caracteristicile terenului în amplasament s-a recomandat sistematizarea verticală şi orizontală a terenului pentru o colectare şi o evacuare rapidă a apei din precipitaţii și luarea de măsuri adecvate (trotuare de protecţie, pavaje în pantă) care să îndepărteze apa de lângă construcţie.

Grinzile

Pentru grinzi s-au ales secțiuni transversale de înălțimea aproximativ egală cu 1/10 din deschiderea liberă a acestora (lumina sau distanța între fețele laterale ale elementelor de reazem). Au rezultat grinzi de 40 și 45 cm înălțime cu lățimea de 25cm. Armarea longitudinală a grinzilor în reazeme s-a făcut astfel încât să se poată prelua momentele rezultate din calculul structural în combinația seismică de proiectare. Armarea în câmp a rezultat în unele situații și din calculul la momentele corespunzătoare acțiunilor gravitaționale factorizate supraunitar.

Armarea transversală s-a făcut în acord cu principiile metodei proiectării la capacitate pe baza forțelor tăietoare asociate plastificării grinzilor la capete.

La armarea grinzilor s-a urmărit și respectarea condiției privind armare minimă dată în capitolul 5 al P100-1. Planurile de execuție pentru grinzi sunt date la sfârșitul articolului.

Stâlpii

Verificarea condițiilor de deplasare laterală a impus alegerea unor stâlpi cu secțiune dreptunghiulară 30x45cm amplasați pe perimetrul construcției, în axele centrale. La intersecția axelor marginale s-au utilizat stâlpi cu secțiunea pătrată 30x30cm pentru a permite echilibrarea momentelor de la baza acestora prin intermediul grinzilor de echilibrare. La intersecția axelor centrale s-au dispus tot stâlpi cu secțiunea 30x30cm pentru a nu altera funcționalitatea și aspectul arhitectural al clădirii la interior. Stâlpii de 30x30cm pot fi ascunși în grosimea pereților de închidere și compartimentare. S-a evitat utilizarea secțiunilor nesimetrice în formă de L sau T care au comportare neomogenă, din punct de vedere al ductilității, la compresiune excentrică.

Stâlpii au fost armați astfel încât să se respecte procentul minim de armare longitudinală prevăzut de P100-1 pentru clasa de ductilitate DCH egal cu 1%. A rezultat o armare de 4φ16+4φ12 pentru stâlpii cu secțiune pătrată și 4φ16+8φ12 pentru stâlpii cu secțiunea dreptunghiulară. Barele de diametru mai mare au fost amplasate la colțurile secțiunii.

 S-a verificat respectarea condiției (5.2) privind mobilizarea articulațiilor plastice la capetele grinzilor din P100-1, capitolul 5. Această condiție a fost verificată numai pentru nodurile aparținând planșeului de la cota 2,95. La baza stâlpilor de la parter s-a urmărit ca stâlpii să se plastifice și grinzile de echilibrare să rămână în domeniul elastic. La partea de sus a stâlpilor de la etaj se admite formarea articulațiilor plastice.

Armarea transversală s-a făcut în acord cu principiile metodei proiectării la capacitate pe baza forțelor tăietoare asociate plastificării structurii în ansamblu. Etrierii s-au dispus la distanța de 10cm pentru a ține seama de dimensiunile mici ale secțiunii transversale. Astfel, o fisură înclinată la 45º intersectează întotdeauna 2-3 planuri de etrieri. Etrierii interiori au rolul de împiedica flambajul barelor comprimate care au curs în prealabil puternic la întindere. Este recomandată utilizarea etrierilor rombici sau hexagonali pentru a permite betonarea corectă prin introducerea furtunului pompei pănâ la baza elementului. Planurile de execuție pentru stâlpi sunt date la sfârșitul articolului.

Plăcile

Datorită grosimii mari a plăcilor și deschiderilor relativ mici ale ochiurilor de placă armarea acestora nu a ridicat probleme deosebite. S-au respectat în general prevederile privind armarea minimă. La partea de jos s-a realizat o plasă continuă în timp ce la partea superioară s-au utilizat călăreți. Planurile de execuție pentru plăci sunt date la sfârșitul articolului. Construcția este compactă, fără retrageri semnificative și fără goluri mari în planșee astfel că eforturile în plăci din lucrul ca diafragme orizontale sunt nesemnificative

Planuri de execuție (selecție)

 R1 - Plan fundație

R2 - Plan fundație, detalii de fundație

R3 - Plan cofraj si armare grinzi de echilibrare longitudinale Ax A, B

R4 - Plan cofraj si armare grinda de echilibrare longitudinala Ax C

R5 - Plan cofraj si armare grinzi de echilibrare transversale

R6 - Plan cofraj planseu cota -0,05

R7 - Plan cofraj planseu cota 2,95

R8 - Plan cofraj planseu cota 5,95

R10 - Plan cofraj si armare stalpi

R11 - Plan cofraj si armare grinzi longitudinale planseu cota 2,95

R12 - Plan cofraj si armare grinzi longitudinale planseu cota 5,95

R14 - Plan cofraj si armare grinzi tranversale

R15 - Plan armare placa cota -0,05

R16 - Plan armare placa cota 2,95

R17 - Plan armare placa cota 5,95

R18 - Alte detalii armare placa