Principii de alcatuire structurala a galeriilor subterane pentru cai de comunicatie

PREFATA

Lucrarea „PRINCIPII DE ALCATUIRE STRUCTURALA A GALERIILOR SUBTERANE PENTRU CAI DE COMUNICATII” se inscrie in linia aparitiilor necesare pentru specialistii de constructii subterane din tara noastra. In ultima vreme, tunelurile pentru cai de comunicatii au cam fost uitate in edificarea de constructii de la noi din tara, cu exceptia, poate, doar a metroului bucurestean.

Autorul, dupa circa 25 de ani de activitate in cadrul colectivului de constructori de metrou (atat din proiectare, cat si din executie si consultanta), a pus cap la cap experienta personala cu cea a pionierilor de constructori ai metroului, elaborand o lucrare intr-o prezentare unitara si de referinta pentru generatiile prezente si viitoare de „tunelisti”.

Lucrarea se constituie intr-un „tunel de legatura” intre profesionalismul inaintasilor si conceptia computerizata a contemporanilor, cu sisteme de investigatie mult mai rapide si mai precise. Structurata pe 10 capitole, lucrarea abordeaza, pe scurt, teoriile clasice de calcul si alcatuire a tunelurilor, urmand apoi o trecere in revista a metodelor moderne, bazate pe programe ce utilizeaza Metoda Elementului Finit. Ca noutate specifica, se constata abordarea calculului seismic la tuneluri pentru cai de comunicatii, avand in vedere ca in tara noastra, pentru un asemenea tip de lucrari, nu exista o reglementare tehnica care sa abordeze acest subiect. Lucrarea se incheie cu studii de caz, atat din punct de vedere static cat si seismic, pentru sectiuni caracteristice din metroul bucurestean.

Dupa studierea acestei lucrari, cititorul va descoperi o noua abordare a problematicii conceptiei tunelurilor, constituind, de asemenea, un ghid foarte util specialistilor din domeniu, incepand inca de pe bancile facultatii.

Prof. univ. dr. ing. DAN STEMATIU
Presedinte al Asociatiei Romane de Tuneluri
Presedinte al Sectiei „Constructii si urbanism” – Academia de Stiinte Tehnice din Romania

CUPRINS

Capitolul 1. PRESIUNEA ROCILOR ASUPRA SISTEMELOR DE SUSTINERE A CONSTRUCTIILOR SUBTERANE 11
1.1. Specificul calculului de rezistenta la constructii subterane 11
1.2. Stabilirea simplificata a incarcarilor (diagrame de presiune) 12
1.2.1. Presiunile verticale ale masivului 13
1.2.1.1. Teorii care au in vedere influenta inaltimii de masiv care acopera constructia 13
1.2.1.2. Teorii care stabilesc presiunea verticala independent de adancimea la care este situata constructia 13
1.2.2. Presiunile laterale ale masivului 20

Capitolul 2. METODE DE CALCUL STATIC BAZATE PE CONLUCRAREA DINTRE STRUCTURA SI TEREN 23
2.1. Metoda aprecierii calitative a distributiei reactiunilor elastice 23
2.2. Metode bazate pe Teoria Elasticitatii 26
2.3. Metode bazate pe ipoteza Winkler 28

Capitolul 3. ELEMENTE DE CALCUL STATIC AL CAPTUSELILOR PENTRU METROPOLITANE 31
3.1. Factorii care influenteaza comportarea captuselilor prefabricate 31
3.2. Starile limita ale captuselilor prefabricate pentru metropolitane 33
3.3. Determinarea deplasarilor mediului elastic de rezemare in cazul galeriilor circulare (liniile de influenta ale deplasarilor radiale) 34

Capitolul 4. APLICAREA METODEI ELEMENTELOR FINITE LA CALCULUL CONSTRUCTIILOR SUBTERANE 37
4.1. Notiuni generale privind metoda elementelor finite 37
4.1.1. Principii de baza 37
4.1.2. Interpretarea fizica 38
4.1.3. Etapele de calcul ale unei structuri 38
4.1.3.1. Schematizarea si discretizarea sistemului 38
4.1.3.2. Evaluarea proprietatilor elementelor 39
4.1.3.3. Rezolvarea structurii discretizate 41
4.1.4. Posibilitatile si limitele metodei elementelor finite 41
4.1.5. Criterii de cedare plastica 42
4.1.5.1. Criteriul de cedare Mohr-Coulomb 42
4.1.5.2. Criteriul de cedare Hoek-Brown 43

Capitolul 5. PRINCIPII DE ALCATUIRE STRUCTURALA PENTRU GALERIILE CIRCULARE 46
5.1. Principii de alcatuire structurala a metroului bucurestean 46
5.1.1. Alcatuirea captuselii 46
5.1.2. Rosturi si echiparea boltarilor 48
5.1.3. Calculul captuselii din beton armat 49
5.1.3.1. Actiunea fortelor de avans 49
5.1.3.2. Incarcari in sectiunea transversala a inelului 49
5.1.3.3. Modelarea matematica a inelului 50
5.1.3.4. Considerarea conlucrarii captuseala – teren 51
5.1.3.5. Rigiditatea inelului 53
5.1.3.6. Diagramele de eforturi M, N 53
5.1.3.7. Detalii de armare 53
5.1.3.7. Tasari provocate de scut 54
5.2. Recomandari la considerarea conlucrarii captuseala-teren din normele franceze 54
5.2.1. Ipoteze de calcul 54
5.2.1.1. Evaluarea actiunilor pentru starile limita de ultima rezistenta 55
5.2.1.2. Evaluarea actiunilor pentru starile limita de exploatare 57
5.2.2. Interactiunea teren-structura 57
5.2.2.1. Metode analitice 57
5.2.2.2. Metoda reactiunilor hiperstatice 58
5.2.2.3. Metoda corpului continuu 58
5.3. Recomandari si ipoteze privind considerarea conlucrarii captuseala-teren in normele japoneze 59
5.3.1. Ipoteze de incarcare 59
5.3.1.1. Presiunile verticale si laterale ale terenului 59
5.3.1.2. Presiunea apei subterane 62
5.3.1.3. Incarcarile de la suprafata terenului (suprasarcina) 63
5.3.1.4. Reactiunile terenului 63
5.3.1.5. Incarcari din interiorul captuselii 64
5.3.1.6. Incarcari in timpul executiei captuselii 64
5.3.1.7. Alte incarcari 65
5.3.1.9. Factori de siguranta 65
5.3.2. Principii si metode de calcul 66
5.3.2.1. Metoda ecuatiei axei deformate 66
5.3.2.2. Metoda captuselii rigide rezemata pe mediu elastic 67
5.3.2.3. Metoda elementelor finite 69
5.3.3. Recomandari privind dimensiunile elementelor captuselii 69

Capitolul 6. ASPECTE SPECIFICE ALE COMPORTARII CONSTRUCTIILOR SUBTERANE LA ACTIUNI DINAMICE 71
6.1. Vulnerabilitatea constructiilor subterane 71
6.2. Efecte ale actiunii seismice 72
6.3. Avarii si degradari la tunele japoneze in urma unor seisme 74
6.3.1. Cauze si efecte de aparitie a avariilor la tuneluri supuse actiunii seismice 75
6.3.1.1. Avarii 75
6.3.1.2. Factori ce determina aparitia avariilor la tuneluri 76
6.3.2. Exemple de avarii 76
6.3.2.1. Statia de metrou DAIKAI 76
6.3.2.2. Tunelul SHINKANSEN ROKKO 78
6.3.2.3. Tunelul HIGA SHIGAMA 80
6.3.2.4. Tunelul BANTAKI 80
6.3.2.5. Tunelul SHIOYA-GADANIGWA 80
6.3.2.6. Tunelul EGEYAMA 80
6.3.3. Concluzii 81
6.4. Nivele de abordare in analizele de siguranta 81
6.5. Protectia antiseismica 82
6.5.1. Realizarea protectiei antiseismice 82
6.5.2. Elemente pentru proiectarea antiseismica 83
6.5.2.1. Eveniment seismic de proiectare 83
6.5.2.2. Clasa de importanta 84

Capitolul 7. PROIECTAREA SI VERIFICAREA SIGURANTEI LA STRUCTURI SUBTERANE 86
7.1. Modele simplificate utilizate pentru proiectarea preliminara 86
7.1.1. Sisteme flexibile 88
7.1.2. Sisteme rigide 90
7.1.3. Structuri tip caseta 92
7.2. Metoda coeficientului seismic 94
7.3. Metoda deplasarilor seismice de proiectare 96
7.4. Modelarea si analiza cu elemente finite 98
7.5. Testarea modelului dinamic 101

Capitolul 8. STAREA DE EFORTURI SI DEFORMATII LA ACTIUNI STATICE PENTRU GALERIILE CIRCULARE ALE METROULUI 102
8.1. Date de intrare 102
8.1.1. Introducere 102
8.1.2. Galeria circulara de metrou 103
8.1.3. Conditii geologice si hidrogeologice. Tipuri de materiale. 103
8.1.4. Studii de caz 104
8.2. Rezultatele obtinute cu programul de calcul PHASES 105

Capitol 9. STUDII DE CAZ PRIVIND CALCULUL SI COMPORTAREA GALERIILOR CIRCULARE ALE METROULUI LA ACTIUNI DINAMICE 151
9.1. Tunelul circular de metrou – sistem rigid ce se opune miscarii pamantului 151

Capitolul 10. OBSERVATII SI CONCLUZII 159
10.1. Concluzii privind aplicarea metodei elementelor finite in calculul la actiuni statice a galeriilor circulare 159
10.2. Concluzii privind aplicarea metodei deplasarilor impuse in calculul la actiuni seismice a galeriilor circulare 164
10.3. Observatii finale la studiile de caz 167

BIBLIOGRAFIE 169

DESPRE AUTOR

Ovidiu Arghiroiu s-a nascut la 5 ianuarie 1967 in Municipiul Bucuresti. A abslovit in anul 1985 Liceul ,,Dimitrie Bolintineanu” si in anul 1991 Facultatea de Cai Ferate, Drumuri si Poduri din cadrul Univesitatii de Constructii Bucuresti, obtinand diploma de inginer in domeniul inginerie civila, specialitatea Constructii cai de comunicatii. ?ncepand cu anul 1991 si pana in anul 2015, a activat in cadrul Societatii Comerciale ,,Metroul” S.A. din Bucuresti. La inceput a fost repartizat in cadrul Directiei Proiectare, Atelierul de Tuneluri.

S-a specializat pe proiecte de etansare a structurilor subterane ale metroului si proiecte de structuri din beton armat pentru galerii circulare realizate cu scutul si galerii rectangulare realizate in transee deschisa. Din anul 1993 si pana in anul 1998 a trecut in executie, ocupand si functia de Sef Sectie Constructii Montaj. De metionat ca, pe langa realizarea unor proiecte pentru metrou (pereti mulati si coloane din beton armat, etansari prin injectii in teren si beton, structuri casetate din beton armat, instalatii de ventilatie, sanitare si electrice, consolidari de teren etc.), a fost implicat si in unele proiecte de constructii supraterane (lacase de cult, depozite, lacase pentru ajutor social, montaje de echipamente de transport calatori etc.).

A revenit in Directia Proiectare in anul 1999, fiind numit Inginer Sef in anul 2002 si apoi Director Executiv in anul 2003, functie ce a ocupat-o mai bine de 10 ani, pana in anul 2013. ?n aceasta perioada s-a implicat direct si activ in reabilitarea si punerea in functiune a tronsoanelor de metrou ale Magistralei 4, incepute inainte de 1989 si abandonate: Nicolae Grigorescu – Anghel Saligny (2008) si 1 Mai – Bazilescu (2011). Din anul 2013 si pana in anul 2015 a ocupat functia de Consilier al Directorului General, fiind Sef de Proiect la o serie de obiective contractate de societatea Metroul SA.

?n perioada 1997 – 2005, a activat si ca sef de lucrari (cadru didactic asociat) la Facultatea de Cai Ferate, Drumuri si Poduri din cadrul Univesitatii de Constructii Bucuresti, Catedra de Mecanica constructiilor.

Din anul 2015, domiciliul stabil a devenit Municipiul Oradea. A activat ca inginer specialist in cadrul Serviciului Investitii din Administratia Bazinala de Ape Crisuri (,,Apele Romane”), pana in anul 2018. Acualmente activeaza in cadrul Facultatii de Constructii, Cadastru si Arhitectura a Universitatii din Oradea, ca sef de lucrari la Catedra de Constructii.

A obtinut titlul de doctor in anul 2000, domeniul inginerie civila, specialitatea cai de comunicatii cu teza intitulata ,,Comportarea si calculul la actiuni statice si dinamice la structuri subterane”, conducator stiintific fiind prof. univ. dr. ing. Virgil Fierbinteanu.

Din anul 1993 este membru al Asociatiei Romane de Tuneluri, iar din anul 1998 a fost ales secretar al acestei asociatii. A participat la peste 45 de simpozioane, conferinte si congrese interne si internationale din domeniu, sustinand si publicand peste 40 de comunicari si articole de specialitate.

Este Verificator de proiecte atestat, Expert tehnic si Responsabil Tehnic cu Executia pe domeniul ,,tuneluri”. Este co-autor la o serie de reglementari tehnice pentru metroul bucurestean.

Este membru al Societatii Romane de Geotehnica si Fundatii.

Este membru corespondent al Academiei de Stiinte Tehnice din Romania.