Brașoveanu Victor Tehnologii Speciale Utilizate La Realizarea Clădirilor Înalte 2 [310027]

[anonimizat]. univ. dr. ing. Iulian Spătărelu

Absolvent: [anonimizat]. Victor Brașoveanu

2019

[anonimizat]. univ. dr. ing. Iulian Spătărelu

Absolvent: [anonimizat]. Victor Brașoveanu

București 2019

[anonimizat], Inginerie Urbană și Tehnologie Data

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Titlul lucrării: Tehnologii speciale utilizate la realizarea clădirilor înalte

Data eliberării temei:

Termen de predare:

[anonimizat]. univ. dr. ing. Iulian Spătărelu

Absolvent: [anonimizat]. Victor, Brașoveanu

Declarație standard privind originalitatea lucrării

Prin prezenta declar că Lucrarea de disertație cu titlul „Tehnologii speciale utilizate la realizarea clădirilor înalte” este scrisă de mine și nu a mai fost prezentată niciodată la o altă facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate.

București,

Absolvent: [anonimizat]. Brașoveanu Victor

(semnătura în original)

Lista figurilor

Lista tabelelor

PREFAȚĂ

Unul dintre cele mai importante domenii ale construcției moderne este dezvoltarea tehnologiilor și metodelor pentru realizarea clădirilor și structurilor unice. [anonimizat], precum și multe alte construcții inginerești. [anonimizat]. Fiecare structură a [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], tehnologice și manageriale.

[anonimizat], sisteme structurale a [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat], etc.

[anonimizat], [anonimizat]. Comun pentru toate clădirile înalte sunt cerințele pentru asigurarea unei securități complexe și anume prevenirea și eliminarea tururor tipurilor de pericole care pot apărea în timpul construcției și exploatării. Acest concept include asigurarea: [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat].

În prezent putem admira o [anonimizat] a acestora a suferit multe etape pentru a [anonimizat].

Destul de importantă este alegerea și implementarea în proiectare a noilor tipuri de sisteme constructive și forme pentru clădirile înalte, deoarece odată cu creșterea înățimii este dificil de asigurat și rigiditatea structutii.

Atât în România cât și în alte state ale lumii se tinde la construcția clădirilor înalte și anume acest fapt m-a motivat să aleg această temă, pentru a descrie și enumera acele tehnologii speciale, măsuri și decizii arhitecturale care sunt utilizate la realizarea acestora.

Gradul de noutate este că la realizarea clădirilor înalte se utilizează atât tehnologii tradiționale cât și tehnologii speciale care în prezent nu sunt pe deplin dezvoltate și aplicate în practică, în plus, clădirile înalte au început să fie realizate abia la sfârșitul secolului XX, dar folosind aceleași tehnologii tradiționale ca pentru simple clădiri multietajate. Anume progresul tehnic și evoluția construțiilor a contribuit la dezvoltarea noilor tehnologii despre care putem să spunem că sunt tehnologii speciale deoarece sunt utilizate mai rar în domeniul construcțiilor din motive economice și lipsa de resurse necesare pentru aplicarea acestora.

Factorul psihologic este una din premisele dominante la construcția clădirilor înalte. Desigur, dezvoltarea construcțiilor înalte nu s-a limitat doar la factorul influenței psihologice. În lista prinicpalelor condiții pentru creșterea numărului de etaje, fără îndoială, trebuie specificată și intensitatea creșterii prețurilor pentru terenul de construcție, în special în zonele urbane.

Cu toate acestea, construcția clădirilor înalte a devenit posibilă odată cu dezvoltarea tehnică la nivelul pe care îl avem în prezent în domeniul construcțiilor. Dezvoltarea schemelor constructive de cadru ale clădirilor, progresele înregistrate în producția de materiale de construcții în industria siderurgică au contribuit la realizarea gândurilor arhitecților.

Obiectivul lucrării este de a pune în evidență nivelul de importanță și cunoaștere a tehnologiilor speciale noi și cele perfecționate, acumulate în practica de construcție a clădirilor înalte și modul de organizare a acestora pe șantier cu folosirea utilajelor și echipamentelor care ar contribui la o calitate sporită și execuție în perioade scurte de timp.

În primul capitol ”Generalități” sunt prezentate aspectele referiotare clădirilor înalte, evoluția în dezvoltarea tehnologică, factorii care contriubuie la construcția clădirilor înalte, avantajele și dezavantajele acestora. În a doua parte a capitolului sunt descrise materialele care sunt cel mai des utilizate în prezent la realizarea clădirilor înalte, recomandările privind tehnologia și organizarea construcței precum și documentația necenesară pentru a începe realizarea unei clădiri înalte.

În cel de-al doilea capitol, ”Soluții constructive pentru clădirile înalte”, sunt prezentate soluțiile constructive pentru fundații, infrastructură și suprastructură atât pentru sistemul constructiv cât și pentru sistemul structural, formele raționale și măsurile privind acțiunea seismică și a vântului care sunt cele mai mari obstacole pentru construcția înaltă.

În cel de-al treilea capitol ”Utilaje și echipamente utilizate la construcția clădirilor înalte” sunt descrise macaralele, mijloacele de transpostare a amestecului de beton pe verticală la mare înălțime, utilaje de fațadă pentru ridicarea muncitorilor și mijloace suplimentare de asigurare a muncii în construcția de clădiri înalte.

În capitolul patru ”Tehnologii specifice infrastructurilor” am prezentat metodele de excavare a gropii de fundație prin metodele închise, deschise și semideschise care uneori necesită ample măsuri de sprijinire a malurilor și multe alte măsuri de îmbunătățire a terenurilor de fundație, precum și construcția nucleelor de rigidizare, a infrastructurilor prin metoda dop-down și semy-top-down, realizarea piloților-coloane și conexiunea acestora cu planșeele intermediare.

În cel de-al cincilea capitol ”Tehnologia de realizare a suprastructurilor clădirilor înalte” sunt reprezentate cerințele pentru materiale și compoziția betonului, tehnologia de cofrare, armare și sudură a structurilor monolite, caracteristicele coloanelor din beton armat cu armătură rigidă din țeavă metalică, precomprimarea planșeelor, realizarea pereților exteriori, montarea pereților cortină și inclusiv măsurile de betonare la temperaturi extreme și securitatea și sănătatea în muncă la edificarea clădirilor înalte.

În cel de-al șaselea capitol ”Studiu de caz” este prezentată tehnologia de execuție a lucrărilor de infrastructură și suprastructură pentru clădirea ”Lakhta Center” din or. Sankt Petersburg, Rusia – cea mai înaltă clădire din Europa care a fost dată în exploatare la începutul anului 2019. Sunt descrise tehnologiile de forare a piloților, realizarea perețior mulați, execuția fundației și infrastructurii, soluțiile constructive pentru suprastructură și etapele de realizare a acesteea, cofrajele și utilajele de ridicat utilizate la edificarea suprastructurii.

În încheerea acestei lucrări am prezentat concluziile privind tehnologiile speciale de realizare a clădirilor înalte care trebuie bine studiate și aplicate mai des în practică pentru a facilita execuția acestor tipuri de clădiri unice atît ca obiective turistice cât și ca constucții individuale care depășesc uneori limitele prevăzute de om.

CAPITOLUL 1 – GENERALITĂȚI

Volumul de construcție a clădirilor înalte este în continuă creștere. În prezent au fost deja construite câteva sute de clădiri cu o înălțime mai mare de 200 m. La mod general, liderii recunoscuți în costruirea de clădiri înalte în ultimii ani sunt China și Emeratele Arabe Unite (Figura 1.1).

În anul 2003 în orașul Taipei (Taiwan) structura clădirii de 101 etaje a fost finisată (înălțime 455 m, cu antenă 508 m) cu toate că aceasta se află într-o zonă seismică și expusă taifunurilor. Suprafața totală a clădirii – 200.000 m2. Caracteristica deosebită a construcției sunt coloanele din beton armat cu armătură rigidă. În timpul construcției a fost stabilit un record pentru înălțimea pompării amestecului de beton în coloane de – 455 m.

Cea mai înaltă clădire din lume are o înălțime de 828 m – Burj Khalifa – Dubai, ce a fost consruită în anul 2010. Compania de construcții Broad Sustainable Building și-a anunțat intenția de a construi un zgârâir-nori de 220 de etaje – Sky City Tower – în sud-estul Chinei, din orașul Changsha. Potrivit proiectului, construcția va avea forma unei piramide trapezoidale. Suprafața totală a clădirii ar trebui să fie de 1 mil. m2, înălțime – 838 m.

Kingdom Tower (Turnul Regal) – înălțimea construcției ar trebui să fie de 1007 m, ceea ce depășește cu 200 m recordul de înălțime a turnului Burj Khalifa din Dubai. În 2012, compania germană Bauer a primit un contract pentru construirea fundației clădirii cu adâncimea de 110 de metri. La ziua de 22 mai 2013 a început faza activă de construcție. Lucrările de realizare a piloților forați au fost finalizate în decembrie 2013.

În conformitate cu clasificările adoptate în România, toate clădirile mai înalte de 28 m se consideră construcții înalte iar cele de 45 m și mai mult sunt considerate clădiri foarte înalte. Clădirile mai înalte de 100 m sunt unice și au un nivel mai crescut de responsabilitate. Conform clasificării internaționale, clădirile sunt împărțite în clădiri înalte – înălțimea maimare de 30 m, zgârie – nori – peste 150 m și super – zgârie – nori de peste 300 m.

Figura 1.1 – Cele mai înalte clădiri din lume (construite și în construcție)

În mod tradițional, patria clădirilor înalte este considerată a fi Statele Unite ale Americii, unde primele clădiri înalte au început să fie ridicate la sfârșitul secolului XIX.

Dezvoltarea procesului de construcție a clădirilor înalte a avut strânsă legătură cu evoluția tehnologică din acest domeniu. Primul progres important din punct de vedere tehnologic a fost realizat în anul 1854, când inginerul Elisha Graves Otis a brevetat invenția sa – ascensor pentru pasageri. Pentru prima dată, ascensorul pentru pasageri a fost dat în exploatare în anul 1857, orașul New – York. Din acel moment în practica construcțiilor au intrat case ce depășeau înălțimea de 5 etaje. Cu toate acestea, utilajele de construcție au cam întârziat în dezvoltare. Prima generație de clădiri înalte erau clădiri destul de obișnuite, doar puțin mai înalte ca restul clădirilor.

O altă evoluție tehnologică în construcția clădirilor înalte a fost construcția Biroului Park Row – anul 1899: schelteul de bază era de structură metalică, principala sarcină fiind preluată de nucleul central al clădirii. Scheletul exterior, relativ fragil, a fost realzat din materiale ușoare – sticlă și aluminiu. Anume această tehnologie a permis să se proiecteze clădiri cu înălțimea între 400 și 500 m în viitorul apropiat.

Clădirile înalte au propriile particularități, ceea ce le distinge în mod semnificativ de clădirile obișnuite. În prezent, majoritatea clădirilor înalte variază pe înălțime de la 400 la 500m (Figura 1.2). Depășirea acestor înălțimi conduce la probleme atât tehnologice, cât și sociale: cum să reducem amplitudinea oscilațiilor provocate de vânt, unde să găsim un număr atât de mare de oameni care să fie gata să urce zilnic cu ascensoarele de mare viteză, și să locuiască la înălțimi mari, cum să fie atrași oamenii de afaceri care vor dori să i-a în chirie aceste spații aproape cerști.

Figura 1.2 – Clădiri înalte în prezent au înalțimea medie de 400-500m

Una dintre sarcinile principale la proiectarea clădirilor înalte este de a reduce vibrațiile lor cauzate de acțiunea vântului. Faptul este că în clădirile înalte de nouă generație există sisteme speciale pentru ventilație. În timpul vânturilor puternice, partea superioară a clădirii se poate abate de la axul central pe o distanță de 3m, iar aceste sisteme, fiind supuse de acțiunea vântului, cresc în mod semnificativ amplitudinea oscilațiilor. Potrivit cercetătorilor germani, încărcările vântului în majoritatea cazurilor sunt mai importante decât acțiunea seismică. În ultimii ani, pentru a reduce oscilațiile clădirilor înalte produse de presiunea vântului au fost folosite masele inerte suspendate în părțile lor superioare.

Un alt obstacol major în construirea clădirilor înalte sunt ascensoarele care nu reușesc să depășească înălțimea prea mare, deoarece greutatea tot mai mare a cablurilor face imposibilă ridicarea cabinelor. De aceea, ascensoarele din zgârie – norii moderni funcționează în etape – pasagerii sunt nevoiți să coboare din ascensor la un anumit nivel și să urce în alt ascensor ca să urce mai departe.

Pe măsură ce înălțimea clădirii crește, crește și sarcina pe structurile de susținere, iar în legătură cu dezvoltarea construcțiilor înalte s-au dezvoltat mai multe sisteme structurale cum ar fi: sistemul de tip cadru, cu pereți diafragme, de tip nucleu central, în formă de tub, nucleu central și tub pe exterior (tub în tub, tub în fermă), etc.

Alegerea unuia sau a altui sistem constructiv depinde de mai mulți factori, dintre care principalul este considerat înălțimea clădirii, condițiile de construcție (seismicitatea, caracteristicile solului, atmosferice, și în special acțiunea vântului) și cerințele de planificare arhitecturală.

S-a stabilit prin practica de construcție că sistemele în cadre ce au rigiditate limitată să fie utilizate în clădiri de până la 40 etaje, cele cu nucleu central până la 50…60 etaje, tubulare și tubulare cu nucelu central ”tub în tub” până la 80…90 etaje, iar mai înalte după sistemul ”tub în fermă”. Numărul de etaje în clădire nu infulențează numărul de planșee intermediare și nu afectează prețul acestora, cee ce nu putem spune și de colane – cu cât este mai mare clădirea, cu atât mai multe coaloane trebuie folosite, ceea ce duce la creșterea costului construcției.

Există trei factori care contribuie la construcția clădirilor înalte: economia, ecologia și atractivitatea socială.

Economică (costul terenului și costul edificării clădirii). Construcția și exploatarea unei clădiri înalte compensează costurile ridicate ale terenului, sporind veniturile din plantarea acestui teren limitat;

Ecologia (construcția și exploatarea clădirii nu dăunează mediului). La construcția clădirilor înalte, se reduce suprafața construită, nu crește suprafața orașului;

Atrctivitatea socială și culturală a clădirilor înalte, devin uneori obictive turistice ale zonelor în care se află.

Avantajele clădirilor înalte includ:

Realizarea unei etape calitative în dezvoltarea edificării construcțiilor, care ar trebui să fie însoțită de o schimbare a teoriei procesului însuși;

Performanțe economice ridicate. Construcția unei clădiri înalte costă uneori la fel ca și construcția clădirilor obișnuite cu multe etaje, deoarece cel mai mult costă terenul, pregătirea acestuia și pregătirea șantierului. În plus, astăzi să trăiești într-un zgârie-nori este ceva prestigios, deci și apartamentele sunt repede cumpărate.

Crearea de locuri suplimentare de muncă. Exploatarea clădirilor înalte este o afacere destul de profitabilă. Costul serviciilor nu este mare, cca. 2$ pe metru pătrat, dar oferă atât venit campaniei care operează, cât și calitatea și volumul serviciilor prestate rezidenților.

Dezavantajele clădirilor înalte includ:

Probleme de transport urbanistic. Edificarea clădirilor înalte crează probleme în legătură cu transportul atât în zona în care se construiește, dar și în zonele apropiate;

Riscuri foarte mari.

Alegerea materialului pentru structurile portante este una dintre cele mai importante sarcini în construcția clădirilor înalte. În SUA, unde clădirile înalte au o istorie lungă și un domeniu larg de aplicare, de la începutul anilor 70, secolul XX-lea, superioritate la construcția clădirilor înalte aveau structurile portante din oțel. Cu toate acestea, în ultimii 25 de ani, mai utilizat a devenit betonul. În țările din Asia de Sud-Est, la alegerea materialului pentru structurile portante au dat preferință de la început betonului. De-a lungul ultimului deceniu, din beton armat s-au ridicat structuri remarcabile cu performanțe tehnologice de record.

Utilizare betonului armat monolit în loc de metal pentru structura clădirilor înalte are câteva avantaje. Unul dintre principalele avantaje este o disipare mai eficientă a energiei oscilațiilor clădirilor supuse vântului puternic. Secțiunea transversală a nucleelor centrale pot avea suprafețe mari, ceea ce asigură o creștere semnificativă a momentelor de rezistență și, în consecință, o ușoară deformabilitate a acestor clădiri. Abaterile orizontale ale părții superioare a clădirii comparativ cu înălimea nu depășesc de obicei 1/1000. Conductivitatea termică a betonului este de 40 de ori mai mică decât cea a oțelului, ceea ce determină o rezistență la foc semnificativ mai mare a structurilor din beton aramat comparativ cu oțelul.

Reomandările temporare privind tehnologia și organizarea construcției clădirilor înalte constau din 10 secțiuni:

Organizarea construcției clădirilor înalte;

Tehnologia edificării structurilor subterane, fundațiilor și structurile infrastructurii;

Protecția părților subterane ale clădirilor înalte contra efectelor corozive;

Tehnologia de construcție a clădorilor înalte din beton armat;

Măsuri de protecție împotriva incendiilor structurilor din beton armat;

Instalarea rețelelor interne de alimentare cu apă rece și caldă, sistemului de canalizare, drenaj, depozitarea gunoiului;

Lucrările de învelitoare pentru acoperiș; realizarea fațadelor;

Asigurearea sistemului antiincendiu a clădirilor înalte la etapa de construcție;

Sprijinul tehnico-științific și monitorizarea clădirilor înalte în procesul de contrucție.

Recomandările determină, de asemenea, nivelul necesar de calitate a lucrărilor efectuate pe șantier cu referire la edificarea clădirilor înalte din beton armat monolit, armarea acestora, montarea construcțiilor prefabricate etc. care trebuie să aibă indicatori adecvați de rezistență mecanică, fiabilitate și durabilitate.

Până la începerea construcției antreprenorul general trebuie să dețină:

Pachetul complet de documentație proiectată;

Documentație tehnică pentru organizarea construcției (DTOC) care cuprinde toate procesele de edificare a construcției corespunzătoate proiectului;

Proiectul tehnologic privind execuția lucrărilor (PTEL) care trebuie să cuprindă toate operațiunile tehnologice cu utilajele folosite, mașinăriile și mecanismele la toate etapele construcției obiectului. PTEL și Fișele Tehnologice (FT) necesare, sunt elaborate de antreprenorul de construcție sau proiectantul general al organizațiilor științifice și proiecto-tehnoologice specializate. Costurile financiare pentru realizarea PTEL și FT sunt incluse în valoarea estimată a obiectului.

Schemele de lucru pentru structurile monolite trebuie să includă informații complete necesare pentru proiectarea lucrărilor de cofrare. Lucrările de construcție a structurilor monolite la edificarea clădirilor înalte ar trebui să fie în conformitate cu PTEL aprobate.

În structura PTEL se includ fișele tehnologice pentru execuția cofrajului, montarea armături și realizarea lucrărilor de beton. Fișele tehnologice trebuie să includă:

tehnologia de montre și demontare a macaralelor, ascensoarelor și a altor echipamente;

conducte de betonare și schemele de instalare a pompelor de beton staționare;

etapele tehnologicice de realizare a structurilor monolite;

schema de cofrare a structurilor monolite;

noduri pentru fixarea cofrajului;

scheme de fixare și deplasare a cofrajului;

schema de depozitare a elementelor de cofraj;

metodele de întreținere a cofrajului (curățare, lubrifiere etc.);

scheme de decofrare timpurie și amplasare prealabilă a elementelor de siguranță;

compoziții de beton cu indicarea proprietăților acestora;

tehnologia de livrare a amestecului de beton pe șantier;

tehnologia de transportare și turnare a betonului în cofraje la temperaturi extreme

metodele de întreținere a amestecului de beton (întărirea betonului);

cerințele pentru realizarea lucrărilor de armare;

controlul calității muncii;

siguranța și sănătatea la locul de muncă.

În PEL este necesar să se prevadă măsuri pentru asigurarea stabilității construcției în timpul edificării acestei clădiri înalte.

Alegerea tipului de cofraj și a tehnologiei de cofrare se face din condiția asigurarării timpului specificat sau ritmului de construcție cu un număr minim de elemente de cofrare și trebuie să asisgure normele indicatorilor de calitate a structurilor monolite. În același timp trebuie să ia în considerare indicatorii economici ai cofrajului și capacitățile tehnice ale organizațiilor de construcție.

Atunci când se alege o metedă rațională pentru edificarea clădirilor înalte din beton armat monolit, trebuie de urmat următoarele premise:

betonarea construcției trebuie să fie în cofraje de diferite tipuri. La ridicarea clădirilor de până la 25 de etaje este permisă utilizarea oricărui tip de cofrare. În cazul în care clădirea ridicată are o înălțime de peste 25 de etaje, trebuie să se utilizeze cofraje auto-cățărătoare sau pășitoare.

fixarea elementelor cofrajului la structurile betonate anterior trebuie făcută ținând cont de rezistența betonului la momentul supunerii acestuia încărcăturii elementelor de fixare;

combinarea betonării cu efectuarea altor tipuri de lucrări la etajele inferioare în același tip se permite numai după efectuarea graficelor de lucrări, pentru a fi luată în considerare executarea în siguranță a lucrărilor (planșeele superioare trebuie să fie calculate de organizațiile de proiectare ca aceeastea să reziste la șocurile în urma căderii a obiectelor ridicate cu macaraua).

În documentația proiectului și PTEL ar trebui să fie indicate recomandări cu privire la activitatea de control al calității. Toleranțele și abaterile parametrilor geometrici precum și de la poziția de proiectare a structurilor monolite și clădirilor sunt prevăzute în documentația de proiect în funcție de clasele de precizie a construcției și în conformitate cu cerințele și normele în vigore.

Cerințele principale pentru beton la clădirilor înalte sunt:

clasă înaltă de rezistență la ce mai mică densitate posibilă, care permite reducerea masei unei clădiri înalte prin reducerea secțiunilor de calcul;

caracteristici tehnologice ridicate care permit transportarea betonului la locul de betonare prin pomparea acestuia cu pompele de batonare staționare ce simplică în mare măsură tehnologia de betonare;

durabilitate ridicată a betonului și rezistență la diferite tipuri de coroziune.

Este necesar de prevăzut cel puțin 2 variante de livrare a betonului pe șantier. Ca opțiune de rezervă, este permisă prepararea amestecurilor de beton în locurile special amenajate pe șantier cu malaxoare.

Utilizarea betonului monolit în construcția clădirilor înalte prevede producerea amestecului de beton atât pe șantier, cât și prepararea centralizată a betonului și amestecurilor de beton în fabrici, transportarea acestuia cu autobetoniere pe șantier, transportarea și distribuirea amestecului cu ajutorul pompelor de beton conform schemei ”macara-benă de beton” ș.a.

În toate etapele de construcție, începând cu proiectarea, se oferă un sistem de control al calității pe mai multe niveluri: pe lângă serviciile de monitorizare prevăzute de documentele de reglementare din partea antreprenorului, clientului și agențiilor administrative, pentru clădirile înalte se recomandă înființarea unor comisii tehnice independente privind tipurile de proiectare și lucrărilor de construcții-montaj.

Este necesar ca indicatorii de durabilitate și durată de viață a materialelor, produselor și structurilor utilizate să îndeplinească cerințele stabilite în cartea tehnică, în proiect și în alte documente normative care reglementează calitatea construcției.

Toate armăturile care sunt aduse pe șantierul de construcții pentru armarea structurilor din beton armat trebuie supuse controlului proprietăților lor mecanice. Dacă, în urma încercării, cel puțin unul dintre indicatorii de control este încălcat, se efectuează teste repetate cu dublarea numărului de probe, iar și dacă în urma testelor repetate nu se observă cel puțin unul dintre indicatorii monitorizați, lotul este respins.

Suportul științific și tehnic al construcției clădirilor înalte, inclusiv monitorizarea clădirii în procesul de construcție, se realizează sub îndrumarea unui grup de lucru special creat de reprezentanții clientului, designerul general, antreprenorul general și organizațiile de cercetare, în conformitate cu un program special conceput. Suportul științific și tehnic este realizat de o organizație de cercetare sau de un grup de organizații în funcție de profilul activităților acestora și prevede participarea reprezentanților la toate etapele construcției, începând de la proiectare, sub formă de expertiză, consultanță și suport informativ.

La etapa de construcție a clădirilor înalte este obligatorie monitorizarea:

obiectivă, incluzând toate tipurile de observații privind starea fundațiilor și structurilor de susținere a părților subterane și supraterane ale unei clădiri aflate în construcție, precum și a clădirilor și structurilor care se încadrează în zona de influență a acesteia.

geologică și hidrologică, inclusiv sistemele de observații ale regimului pentru modificarea stării solului, nivelele și compoziția apelor subterane și dezvoltarea proceselor distructive: eroziunea, alunecările de teren, fenomenele de sufoziune a carsticelor, tasarea suprafeței pământului etc., precum și starea câmpului termic, electric și a altor câmpuri fizice;

analitică, care include analiza și evaluarea rezultatelor observațiilor, realizarea previziunilor calculate, compararea valorilor prezise ale parametrilor cu rezultatele măsurătorilor, elaborarea de măsuri pentru prevenirea sau eliminarea efectelor negative ale influențelor dăunătoare și neadmiterea creșterii intensității acestor impacturi.

adițional, luand n considerare condițiile specifice ale amplasamentului pentru construirea unei structuri unice de un nivel ridicat de responsabilitate.[1]

CAPITOLUL 2 – SOLUȚII CONSTRUCTIVE PENTRU CLĂDIRILE ÎNALTE

Clădirile înalte au caracteristi specifice care le disting semnificativ de clădirile tradiționale multietajate. Principalele caracteristici ale clădirilor înalte includ:

valori semnificative ale încărcărilor statice și dinamice asupra structurilor portante și fundațiilor;

valori înalte, uneori critice, asupra încărcărilor orizontale (în primul rând, din acțiuna vîntului);

neuniformitate, atât a valorilor de încărcare cât și a distribuției acesteea;

alegerea corectă a materialelor de structură, care exclude lucrul separat a elementelor structurale și asigurarea uniformității caracteristicilor fizico-mecanice;

importanță sporită a impactului natural (acțiunea vântului, seismicitatea, temperatri extreme etc.) și factorilor artificiali (vibrații, accidente, incendii) privind siguranța și exploatarea clădirii;

soluții complexe a sistemelor interne de instalații, însoțite de creearea unor sisteme suplimentare datorită înățimii clădirii;

cerințe sporite în ceea ce privește asigurarea unei securități corespunzătoare, inclusiv siguranței la incendiu, care presupune utilizarea unor soluții tehnice de alt nivel ce afectează în mod semnificativ alegerea atât a planificării spațiului cât și a soluțiilor de proiectare.

Aceste aspecte trebuie luate în considerare atunci când se alege o schemă constructivă a unei clădiri înalte și proiectarea elementelor portante a acesteea.[1]

Soluții constructive pentru fundații

Caracteristici geotehnice specifice clădirilor înalte

Caracteristica principală a clădirilor înalte față de construcțiile obișnuite este aceea că presiunea specifică asupra terenului de sub fundație atinge valori semnificative, în special, după cum arată observațiile unui număr mare de clădiri înalte deja în faza de exploatare, presiuniea specifică atinge valoarea de 500-800 kPa, iar uneori și mai mult, ceea ce este deosebit de periculos în prezența unei excentricități la distribuirea sarcinii. În plus, fundațiile clădirilor înalte implică în lucru un volum mai mare de sol, care de regulă are o eterogenitate substanțială în cea ce privește adâncimea și profunzimea.

Stratul relativ adânc de rocă de bază este tipic multor regiuni, unde straturile de sol superioare au caracteristici insuficiente de rezistență și compresibilitate ridicată, ca urmare este nevoie transimterea încărcării pe solurile sedimentelor cuaternare. În astfel de condiții, transferul neurniform al încărcărilor, eterogenitatea straturilor de așezare a solurilor și deformabilitatea lor sporită, în cazul proiectării insuficiente, pot duce la tasări excesive, deformări și înclnări a unor părți de fundație. Ultima circumstanță determină schimbarea centrului de greutate a clădirii și creșterea momentului de încărcare la bază, ceea ce determină o creștere și mai mare a inegalității deformărilor de la bază.

La tasarea fundației clădirilor înalte, este peturbată starea existentă a acestora și apar zone semnificative de deformări ale solului ce se dezvolă în afara perimetrului construit. Aceasta, împreună cu valorile crescute a tensiunilor în masivul de pământ conduc la:

tasările clădirilor înalte încetinesc relativ mai lent și ajung la valori finale pentru perioade mai lungi de timp

fundațiile clădirilor învecinate care intră în zona de influență primesc degradări ireversibile.

Creșterea zonei de influiență trebuie luată în considerare la proiectarea construcțiilor adiacente clădirii înalte, precum și dezvoltarea unor măsuri de protecție a clădirior din jur. Caracteristicile geotehnice specificate clădirii înalte, aduce la necesitatea creșterii semnificative a cerințelor pentru sondaje ce trebuie să fie cât mai detaliate și complete, pentru calculele terenului de fundație, la alegerea tipului constructiv a fundațiiei și tehnologiilor lor de construcție.

Clădirile înalte necesită implementarea a două măsuri obligatorii pentru asigurarea siguranței lor în proiectare, construcție și expoloatare:

expertiză geotehnică independentă a estimărilor adoptate și a metodelor de bază pentru proiectare;

monitorizarea geotehnică în timpul construcției și exploatării.

Implementarea acestor măsuri permite evitarea erorilor de proiectare, precum și adoptarea unor corectări, modificarea și adaptarea adecvată a deciziilor de proiectare și producție.[2]

Construcția fundației clădirilor înalte

La construcția fundației clădirilor înalte apar o serie de caracteristici care trebuie luate în considerare la proiectare și execuție:

Presiunea la talpa fundației clădirii înalte poate fi cu un ordin de mărime mai mare decât pentru clădirile de până la 75 m înălțime, ceea ce necesită studii speciale de laborator și de teren;

Caracteristicile cercetărilor inginero-geologice;

Normativele în vigoare (Indicativ NP 123:2010 – Proiectarea geotehnică a fundațiilor pe piloți) se aplică la calculul capacității portante a piloților cu lungimea de 35 m (pentru piloții purtători de vârf) și 40 m (pentru piloții flotanți), ceea ce poate să nu fie suficient pentru proiectarea fundațiilor clădirilor înalte;

Încărcări foarte mari (1-2 MPa), transferate pe terenul de fundare necesită să se ia în considerare rezistența și deformabilitatea tipului de rocă care pot fi stâncoase și nestâncoase cu Es >100Mpa, considerate în conformitate cu reglementările și normativele în vigoare ( NP 112 – 2014 – Proiectarea fundațiilor de suprafață);

Incompresibilitatea, precum și extinderea zonei de distribuție a tensiunilor în teren în ce privește extinderea în plan cât și în adâncime, poate duce la creșterea straturilor de teren ce preeau încărcările de la fundație. Acest lucru în special poate fi atunci când terenul de fundație are așternuturi neuniforme;

O creștere a mărimii (adâncimea și lățimea) stratului comprimabil din masa solului duce la o creștere a timpului de tasare a fundației;

În cazul în care fundația este compusă din straturi cu coeficienți de tasare diferiți (atât primar cât și secundar), este necesar să se ia în considerare posibilitatea unei tasări neuniforme și în timpi diferiți ce poate duce la pierderea capacității portante a terenului față de valorile limită;

Senisibilitate înaltă la înclinarea clădirii;

Creșterea dimensiunii zonei de deformație a terenului de fudație are ca efect un impact mai mare asupra clădirilor și structurilor învecinate, inclusiv a comunicațiilor care trebuie luate în considere la faza de proiectare.

În legătură cu caracteristicile menționate mai sus în proiectarea clădirilor înalte, au fost dezvoltate principiile de bază, pe care le-a pus Arhitectul Vitruvius în lucrările sale ” 10 cărți despre arhitectură” și care le-a dezvoltat mai târziu N.V. Nikitin – inginer, om de știință, cercetător, disiner a clădirilor înalte pe timpul lu Stalin:

Să se tindă la crearea unui vlum subteran astfel încât greutatea solului excavat atunci când se costruește partea subterană a unei clădiri să fie egală cu greutatea clădirii;

Să se reducă presiunea de la talpa fundației prin creșterea suprafeței acesteea datorită legăturii fundației și dezvoltarea părților subterane și stilobate ale clădirii;

Sarcina pe fudație trebuie transferată simetric în raport cu axa centrală, utilizând chema structurală corespunzătoare tipului de clădire;

Elementele igide (pereți monoliți, casa scării, puțul de ascensor, etc.) trebuie amplasate simetric în raport cu axa centrală;

Adâncimea fundației clădirii ar trebui să crească o dată cu creșterea înălțimii clădirii;

Adoptarea (dacă e posibil) forma piramidală a clădirii;

O dată cu creșterea înălțimii clădirii înalte, să fie redusă valoarea de tasare a fundației.

Alegerea tipului de fundație, în plus față de principiile enumerate mai sus, depinde de caracteristicile fizico-mecanice a terenului, de natura și transferul încărcărilor la fundație, forma și dimensiunea clădirii înalte, dimensiunea șantierului, prezența clădirilor învecinate, tunelurilor subterane (Metrou) și utilitățile suterane, etc.

Principala clasificare a fundațiilor pentru clădirile înalte este prezentată în Figura 2.1.

Figura 2.1 – Clasificare a fundațiilor pentru clădirile înalte [2]

Pentru fundațiile de suprafață, luând în considerare încărcările mari trensferate fundației, observăm că în întreaga lume se utilizează în principal un radier rigid din beton armat. Just este că nu se poate exclude și folosirea fundațiilor din coloane din diferite materiale sau fundațiile continuie.

Radierul general din beton armat monolit este utilizat, de regulă atunci când presiunea pe talpa fundației nu depășește valoarea de 0,6 MPa (clădiri cu înălțimea între 100-120 m) pe terenul de fundație, reprezentative sunt și solurile nisipoase (cu excepția celor fine și prăfoase) sau pământurile argiloase supracompactante inclusiv celecare se află în zone acționate de îngheț, și de asemenea, în cazul aflării la baza fundației a pământurilor stâncoase.

În funcție de condițiile inginero-geologice, de mărimea și modul de aplicare a sarcinii, grosimea radierului poate fi de 1,0-25 m și mai mult (Figura 2.2 a). Pentru a reduce înălțimea radierului, în locurile cu forțele longitudinale și transversale maxime, de asemenea și a momentului încovoitor maxim, se aplică nervuri de rigidizare (placă de tip radier cu grinzi drepte sau vute întoarse) (Figura 2.2 c), situate, de regulă, de-a lungul axelor clădirii sau lărgite în zona coloanelor (radier de tip placă și grinzi întoarse) (Figura 2.2 b).

Figura 2.2 – Construcția plăcilor de fundție din beton armat monolit [2]

Placa de radier neîntreruptă poate avea, de asemenea, o structură casetată (Figura 2.2 d), care atunci când se realizează cu console, acestea permit extinderea domeniului de aplicare a acestui tip de fundație. Un exemplu de acest tip de fundație, sunt fundațiile Staliniste a clădirilor înalte.

Fundațiile de adâncime sunt subdivizate în fundații cu și fără dislocuirea pământului. În subcategoria celor fără dislocuirea solului sunt fundațiile pe piloții prefabricați ce se pot executa prin tehnologia de îndesare sau prin batere și piloții realizați monolit în golurile realizate de vibroberbec prin îndesarea pământului. Datorită capacității portante reduse de-a lungul pilotului, piloții prefabricați introduși prin batere au secțiuni de 300×300 sau 350×350, și sunt de obicei utilizați la o presiune pe talpa fundații de pînă la 1 MPa , care corespunde aproximativ unei clădiri de până la 200 m înălțime. În caz contrar, este necesar să se realizeze fundații cu dislocuirea pămîntului cum ar fi: piloții forați, piloți metalici, cu realizarea pereților mulați, fundațiilor de tip cheson, pentru a crește suprafața tălpii fundației ce va sprijini pe stratul de pământ și crearea sistemului de consolă a clădirii.

Cel mai fregvent utilizate ca fundații de adâncime sunt piloții turnați pe loc în tubaj sau fără, care pot fi făcuți în aproape orice condiții de aplasament cu un diametru de până la 2 m sau mai mult.

Fundațiile de tip cheson sunt utilizate în cazurile când în timpul forării malurile forajului își pierd stabilitatea, fiind necesar să se transfere sarcini foarte mari la o adîncime mare și este necesar o viteză mare a lucrărilor de construcții montaj. În prezent, chesoanele sunt cel mai des utilizate în construcția clădirilor înalte din Hong Kong. Acestea sunt realizate în principal din 2 tipuri de diametre (3 și 5m), și cu adncimi de 50m și mai mult.

În unele cazuri, este eficient la construcția în terenuri instabile să se utilizeze tubajuri din oțel pentru piloți (în aces caz tubul poate fi nerecuperabil), piloți din beton prefabricat cu secțiunea inelară și cu armătură pretensionată sau din două profile metalice de tip U sau T.

Dacă este necesar transferarea încărcărilor pe un număr mai mare de piloți (dacă nu există capacitate portantă suficientă la baza fundației) se execută o grilă pe capul piloților care depășete conturul clădirii înalte.

Pentru a îmbunătăți calitatea hidroizolației, în unele cazuri poate fi utilizată o grilă dublă. Partea inferioară a grilei unește capetele piloților și servește drept bază pentru impermiabilizare (Figura 2.3). Această soluție permite, pe de o parte, realizarea hidroizolației de înalt calitate, pe de altă parte, pentru a exclude transferul moentului încovoietor la capetele piloților. Acest sitem pentru fundație a fost aplicat cu succes la multe clădiri înalte din Moscow-City.

Figura 2.3 – Construcția grilajului monolit dublu [2]

Fundațiile de tip radier general pe piloți, altfel spus fundații placă pe piloți (FPP), presupune includerea în lucru atât a plăcii cât și a piloților. Această soluție se folosește în cazul în care solul de la baza fundației poate fi implicat în lucrare și poate prelua o parte din încărcări. Acest tip de fundație este eficient la blocarea înclinării clădirii, în cazul în care încărcările aplicate asupra fundațiiei sunt neurniforme, precum și pentru a reduce impactul clădirii asupra clădirilor învecinate deja existente. În general, așa construcție a fundației este cea mai eficientă la edificarea complexelor de clădiri înalte multifuncționale.

La proiectarea FPP, trebuie luată în considerare interacțiunea dintre sol-piloți-placă. În comparație cu metodele tradiționale, calculul și proiectarea FPP necesită utilizarea unui model mai complex de interacțiune a fundației și structurii. Pe baza experiențelor acumulate, au fost elaborate următoarele pevederi privind proiectarea fundațiilor de tipul placă pe piloți:

utilizarea unui număr mai mic de piloți lungi decât utilizarea mai multor piloți scurți;

piloții trebuie plasați în zonele de încărcare;

la calculul capacității portante a piloților după materialul și construcția acestora trebuie luată în considerare supraîncărcarea piloților de la colțuri și cei marginali față de cei centrali;

măsurile de păstrare a stării naturale de sub placa de fundție ar trebui să facă parte integrantă din proiect;

între placa de fundare și piloți să se realizeze un gol pentru ca acesta să fie umplut în urma tasării la exploatarea clădirii.

Pentru a distribui uniform încărcarea dintre piloții centrali și cei marginali, ultimii se fac cei mai scurți, este posibil ca să se mărească capacitatea portantă a piloților centrali de-a lungul suprafeței laterale sau la capătul inferior prin injectarea de mortar de ciment sau comprimarea în prealabil a solului sub capătul inferior al piloților.

Luând în considerare unicitatea clădirilor înalte și imperfecțiunea bazei normative, trebuie remarcat fapltul că este important să se efectueze o monitorizare completă în toate etapele de realizare și după finalizarea acesteea pentru a întări suportul științific și tehnic al proiectării și edificării.

În prezent, la proiectarea și construcția clădirilor înalte pe scară largă sunt trei tipuri de fundații cel mai utilizate: pe piloți, de tip placă (radier general) și placă pe piloți.

Fundația pe piloți (Figura 2.4), după cum arată practica mondială, este cea mai fiabilă și, prin urmare, cel mai răspândit tip de fundație pentru clădirile înalte. Această construcție a fundației este utilizată în construcții pe terenuri cu o capacitate portantă redusă sau pe terenuri cu eterogenitate semnificativă.

Fundația pe piloți este cea mai costisitoare, dar utilizarea acesteea, după cum arată practica costrucțiilor și exploatării clădirilor înalte, permite reducerea la minim a tasărilor. În special, în conformitate cu rezultatele monitorizării clădirii Comerț-bank (Frankfurt am Main), care este susținută de 111 piloți forați de 45 m lungime și 150-180 cm în diametru, valoarea tasării a fost de 4,0 cm, în timp ce majoritatea fundațiilor de tip placă a construcțiilor înalte din Europa au avut tasări de 20-30 cm. Figura 2.4 – Fundație pe piloți [2]

Fundația de tip radier general este construită integral din beton armat monolit a cărei grosime poate ajunge până la 6m (Figura 2.5 a) sau în formă casetată, a căror camere formate pot fi utilizate pentru parcarea de mașini sau ca încăperi tehnice (Figura 2.5 b). Fundația radier în cazul terenurilor nisipose și din petriș mărunt este cea mai economică, cu condiția că încărcările să fie transferate fără excentricități semnificative.

Figura 2.5 – Fundație de tip radier general: a – secțiune plină, b – secțiune casetată [2]

În Fundația de tip placă pe piloți până la 80% din încărcările suprastructurii sunt preluate de piloți. Acest tip de fundație trebuie folosit în cazul terenurilor slabe și deformabile. Distribuirea asimetrică (excentric) a încărcărilor poate fi compensată prin numărul și distribuirea piloților în fundație, precum și prin reglarea capacității lor portante dimensionarea lungimii și diametrului acetora. În unele cazuri, acest tip de fundație este cel mai fiabil și economic.

Cu o înălțime relativ mică a clădirii și în cazul terenului cu deformabilitate sporită, este rațional să se utilizeze fundația de tip placă ce nu este conectată cu piloții, care nu are conexiuni constructive între placă și piloți (Figura 2.6. b).În clădirea Post Tower (or. Bonn), capetele piloților sunt separate de placa din beton armat monolit printr-o garnitură sintetică, prin care sunt transferate încărcările de la placă către piloți. Rezistența și durabilitatea garniturei sintetice trebuie să respecte cerințele indicatorilor calculați. [2]

Figura 2.6 – Fundație – placă pe piloți: a – piloți conectați, b – piloți neconectați [2]

Soluții constructive speciale pentru susprastructură

Sisteme constructive aplicate suprastructurilor clădirilor înalte

Pentru o clădire înaltă este foarte important și, în unele cazuri – criteriu, pentru ca aceast să fie capabilă să reziste la efectele sarcinilor orizontale fără deformări semnificative ale părților superioare. Valorile acestor deformații orizonatale în conformitate cu normele Europene și Americane nu trebuie să depășească 1/500 din înălțimea clădirii, deși pentru ule clădiri înalte aceste valori considerabil sunt mai mici.

De exemplu, deformațiile orizonatale reale a clădirii ”World Trade Center” de 412m, nu a depășit valoarea de 1/1470, clădirea ”Van Shell Plaza” (or. Houston) de 214m – 1/1190, iar clădirea ”Plaza Tower” de 158m – 1/2200. Raportul dintre înălțimea clădirilor înalte și lățimea (cea mai mică dimensiune în plan) se numește coeficient de flexibilitate. Valoarea sa, așa cum se arată în practica construcțiilor înalte, nu trebuie să fie mai mare de 8, deoarece în caz contrar nu sunt păstrate caracteristicile de exploatare ale clădirii (acelerația oscilațiilor planșeelor de la etajele superioare depăsește valorile normative) sau sunt necesare măsuri costisitoare de proiectare pentru a asigura rigiditatea necesară a clădirii. În Figura 2.7 este reprezentat cum crește costul pentru asigurarea rigidității la creșterea numărului de etaje pentru o clădire înaltă. Dacă costul planșeelor nu depinde de înălțimea clădirii și costul structurilor verticale cresc liniar, atunci creșterea costului măsurilor pentru asigurarea rigidității necesare are o caracteristică neliniară (se ridică brusc).

Figura 2.7 – Creșterea costurilor de construcție

pentru asigurarea rigidității necesare [3]

O dată cu dezvoltarea clădirilor înalte, s-au dezvoltat câteva sisteme structurale: cadru – rigidizat, cadru cu rigidizare exterioară și interioară cu diafragme, din pereți potanți amplasați longitudinal și transversal, cu nucleu central, tubular, tubular cu nucleu central (”tub în tub” și ”tub în fermă”) (Figura 2.8). Alegerea uneia sau altei scheme constructive depinde de mai mulți factori, dintre care principalele sunt înălțimea clădirii și condițiile de construcție (seismicitate, caracteristicile terenului, condițiile atmosferice, în special acțiunea vîntului), cerințele de planificare arhitecturală. Fiecare dintre sistemele enumerate au propriile variații.

Figura 2.8 –Sisteme structurale pentru clădirile înalte: a – cadru – rigidizat, b – cadru cu rigidizare exterioară și interioară cu diafragme, c – pereți potanți amplasați lngitudinal și transversal, d – nucleu central, e – tubular, f – tubular cu nucleu central (”tub în tub” și ”tub în fermă”) [3]

Sistemele tradiționale din cadre rigidizte și cadre cu rigidizări exterioare și cu diafragme, sunt utilizate cu o înălțime relativ mică a clădirii, deși în 1913, în conformitate cu sistemul mixt din cadre și rigidizări exterioare cu diaragme a fost construit în or. New York City un zgârie-nori de 250m (60 etaje) înălțime. O astfel de înălțime este considerată a fi limita pentru sistemele în cauză, deoarece acestea nu asigură rigiditatea necesară clădirilor înalte.

Conform criteriilor economici, construirea clădirilor de peste 30 de etaje pe aceste sisteme nu este profitabilă. În construcția clădirilor rezidențiale și a hotelurilor, în unele cazuri sunt utilizate sistemele cu pereți portanți – structura de planificare spațială a acestor clădiri corespunde acestui sistem. Elementele structurale ale acestor clădiri sunt realizate atât după tehnologia monolită cât și prefabricată.

Figura 2.9 – Distanța dintre pereții exteriori și nucleul central: a – normativele Europene, b – normativele SUA [3]

Un exemplu clasic al unei clădiri cu pereți portanți este clădirea City Tower (or. Chicago), a cărei înălțime ajunge la 442m (110 etaje). Acest sistem asigură cea mai mare rigiditate a clădirii , dar nu este potrivit pentru clădirile în care este necesar o planificare mai flexibilă a încăperilor (birouri, spații publice, etc.). Oportunități excelente în acest sens au sistemele specifice numai pentru clădirile înalte: sistemul cu nucleu central (de rigiditate), tubular ( rigiditate perimetrală) și tub în tub ( sistem tublar cu nucleu central).

În sistemul de tip nucleu central, rigiditatea unei clădiri înalte este asigurată de casa scării sau de puțul ascensorului, acestea fiind situate de regulă în partea centrală a clădirii și de regulă din beton armat monolit, structuri rigide din oțel sau o combinație a acestora.

În conformitate cu normativele Europene, distanța dintre pereții exteriori și nucleul central din puct de vedere al luminii naturale nu trebuie să depășească 8 m. Normele Americane permit ca această distanță să fie egală cu 16 m (Figura 2.9).

Sistemul de nucleu poate fi realizat cu rezemare în consolă a planșeelor de pereții nucleului, suspendarea planșeelor inferioare a clădirii și a pereților de planșeul superior de la ultimul nivel ”Clădire suspendată”, rezemarea pereților de închidere și a planșeelor în consolă superioare pe planșeul portant inferior sau cu distriburirea încărcărilor intermediare pe planșeele în consolă doar a încărcărilor unui etaj (Figura 2.10). Datorită acestui fapt sistemul cu nucleu permite nu numai să ofere o structură flexibilă (liberă), ci și folosirea cu dezvoltarea într-o gamă destul de largă a fațadelor cu comportare mai elastică.

Figura 2.10 – Variante constructive pentru sistemele de clădiri înalte cu nucleu central: a – suspendarea planșeelor inferioare a clădirii și a pereților de planșeul superior de la ultimul nivel, b – rezemarea pereților de închidere și a planșeelor în consolă superioare pe planșeul portant inferior, c – cu distriburirea încărcărilor intermediare pe planșeele în consolă doar a încărcărilor unui etaj [3]

Cu toae acestea, din cauza limitării în ceea ce privește mărimea în plan a puțului de ascensor sau a casei scării (nucleul) la clădiri de mare înălțime (>200m), acest sistem duce la distribuirea sarcinii într-un mod mai concentrat la baza fundației, și nu poate asigura rigiditatea necesară și, prin urmare, în practica globală a fost dezvoltat sistemul structural de tip tubular, în care rigiditatea la încovoiere este asigurată de carcasa exterioară a clădirii.

În aceste tipuri de sisteme, rigiditatea perimetrală poate fi realizată sub forma unei rețele drepte și diagoale din oțel sau din eton armat. Grilajul drept nu provoacă dificultăți atunci când este montat pe fațadele cortină a clădirilor înalte, dar este inferior grilajului diagonal în raport cu asigurarea rigidității. Prin urmare, pentru a mări rigiditatea tubului exterior, se folosește grilajul oblic (Figura 2.1 a). Sistemele tubulare cu nucleu central ”tub în fermă”, ce are legăturile grilajului oblice, au o rigiditate mai mare decât celelate sisteme. În același timp, aceste sisteme nu permit utilizarea soluțiilor de comportare plastică a fațadei și necesită poziționarea mai multor stâlpi pe perimetrul clădirii. Sistemul ”tub în fermă” este eficient pentru clădirile cu peste 100 de etaje. Obțiunile de proiectare a rigidizării sistemului tubular perimetral a clădirlor înalte este reprezentat în Figura 2.11.

Figura 2.11 – Variante constructive pentru rigidizarea pereților exteriori a clădirilor înalte: a – sistemul de legături încrucișate (rețele diagonale), b – sistemul în formă de K, c – sistemul cu două rânduri încrucișate (cu două rețele diagonale); d – sistem cu rețea pe nucleul central, e – sistem cu nucleul de rigidizare pe laturi, f – sistem cu coloane principale pe laturi și coloane interioare ajutătorare, g – sistem cu grinzi înalte de mare deschidere [1]

Alegerea corectă a sistemului structural al unei clădiri înalte determină, în mare măsură, consumul de materiale pentru sistemul structural și costurile de construcție. În plus, cu creșterea numărului de etaje, diferența dintre costurile clădirilor înalte proiectate conform schemelor tradiționale și optime, poate fi pentru clădirile cu 30-etaje de 15-20%, și pentru 100-etaje de 40-50%. De exemplu, costul 1 m2 pentru cele 2 clădiri gemene din New York a costat chiar de două ori mai mult decât a clădirii ”City Tower” din or. Chicago de 109 etaje construită mai târziu.

Figura 2.12 – Formele raționalre a clădirilor înalte: a – prismă riunghiulară, b – cu secțiune eliptică, c – forma, îngustare pe înălțime, d- formă conică, e – cilindrică[1]

Alegerea unei forme raționale a clădirii înalte permite creșterea rezistenței sale la acțiunea vântului (Figura 2.12). După cum demonstrează numeroasele studii și experiența în exploatare, cea mai potrivită formă în plan în ceea ce privește efectele acțiunii vântului este cea circulară. O altă formă mai inferioară este cea eliptică (ovală), după care și cea pătrată. În acest sens, multe clădiri înalte din străinătate au forma în plan rotundă sau ovală, cum ar fi clădirile din ”Marina City” (or. Chicago) și ”Washington Plaza” (or. Seattle, SUA), clădirea ”Petros” (or. Kuala-Lumpur, Malaezia), clădirea ”Taipei” (or. Taipei, Taiwan) Figura 2.13, etc. Multe clădiri înalte au forma pătrată în plan sau aproape de aceasta.

Creșterea rigidității se realizează și prin acodarea unei forme conice a clădirii (clădirea cu 100 de etaje ”John Hancock Center”, or. Chicago și clădirea cu 49 de etaje din or. New York, SUA).

Dacă pentru minimizarea încărcării din acțiunea vântului este necesară o creștere a rigidității clădirii în ansablu, pentru a micșora mai eficient energia seismică dimpotrivă, o creștere a flexibilității clădirii. Dar clădirile ”flexibile” cu înălțimea de 250…400m, la o acține puternică a vântului nu oferă confortul necesar datorită înclinărilor semnificative din partea superioară a clădirii. Pentru a elimina acest efect în clădirea ”Taipei” (or. Taipei, Taiwan) este prevăzut un amortizator sferic pasiv cu o greutate de 800 tone, suspendat cu cabluri la etajul 92 și este destinat ă modifice proprietățile dinamice ale structurii pentru a reduce răspunsul seismic (disipator cu masă acordată ”TMD”) repezentat în Figura 2.13. În condiții normale de exploatare, amortizatorul oferă o abatere a clădirii de la verticală în limita a 10cm, iar la cutremurile catastrofale și a taifunurilor amortizatorul poate oscila cu o amplitudine de 150cm, asigurând o abatere în siguranță a clădirii. [3]

Figura 2.13 – Clădirea ”Taipei” (or. Taipei, Taiwan) și disipator cu masă acordată ”TMD”

Sisteme structurale pentru construcțiile înalte

Sistemele structurale ale clădirilor înalte în perioada inițială de dezvoltare a acestui tip de construcții au fost în principal din oțel. Și astăzi în clădirile cu o înălțime mai mare de 300m, inclusiv clădirile foarte înalte, structurile metalice sunt utilizate pentru elementele structurale. În SUA, pereții pentru casa scări, pereții portanți interiori, stâlpii și alte elemente structurale verticale sunt asamblate din elemente din oțel de profil diferit, sudate în condiții de uzină. Grosimea plăcilor de oțel conectate la diferite profile este de 30-60 mm, ceea ce nu permite efectuarea lucrărilor de sudură în condiții de șantier. Din același motiv, asamblarea elementelor uzinate pe șantier se realizează cu ajutorul îmbinărilor cu șuruburi. Precizia instalării este mărită prin eliminarea distorsiunii structurilor metalice sub influența temperaturilor ridicate în timpul sudării (Figura 2.14).

Figura 2.14 – Montajul elementelor uzinate p șantierul de construcție cu ajutorul șuruburilor

Structurile metalice sunt recomandate pentru zonele seismice, deoarece oțelul, datorită plasticității sale, absoarbe energia cinetică a șocului seismic. Acest lucru confirmă experiența pe termen lung a exploatării clădirilor înalte cu sistem structural din oțel precum clădirile înalte din California. Structurile din oțel necesită obligator o protecție sigură împotriva incendiului. Deoarece la o temperatură de 300 grade celsius, rezistența oțelului scade foarte brusc.

În ultimul timp, sistemele structurale ale clădirilor înalte se preferă a fi realizate din beton armat, deoarece acest material are o rezistență mai mare la foc și este mai ieftin, iar caracteristicele sale de rezistență se apropie de rezistențele oțelului. Au fost create și utilizate betoane cu clase de rezistență C70/85 și C90/105, deși în practica generală sunt folosite mai des clasele inferioare de beton C60/75 și C80/95, deoarece cu creșterea rezistenșei cresc și costurile, se mărește fragilitatea și scade rezistența la foc.

Figura 2.15 – Secțiunea transversală a stâlpilor din beton armat cu armătură rigidă: a – din țeavă metalică, b – din profile laminate, c – combinate [3]

Pentru prima dată, clasa de beton C80/95 a fost folosită în 1990 pentru construirea clădirii ”Trianon” (or. Franckfurt, Germania). În ultimii ani, a fost dobândită o experiență pozitivă în utilizarea betonului de clasa C100/115, în urma rezultatului obținut acesta a fost inclus în Eurocod 2 ”Proiectarea structurilor din beton armat”. Acum Germania și alte țări occidentale, sunt în curs de dezvoltare intensă a unui beton și mai rezistent.

Pentru elementele structurale cu sarcini mari (coloane, stâlpi, grinzi) se utilizează structuri din beton armat cu armătrură rigidă sub formă de secțiuni laminate, precum și structuri combinate din oțel-beton (Figura 2.15). Grosimea pereților structurali din beton armat în condiții de formare fiabilă se adoptă de 25 cm și mai mult. În China, structurile de beton armat sub formă de cofraj pierdut din țeavă metalică (sistem tubular) sunt larg răspândite.

Pereții interiori, inclusiv pereții pentru casa scării și puțului de ascensor ( nucleului clădirii), în ultimii ani au fost montați, de regulă, din beton armat sau din structuri metalice betonate, aceasta fiind dictată de considerațiile siguranței la foc. Grosimea minimă a pereților structurali interiori din beton armat în condițiile de modelare fiabile este de 20 cm, deși există cazuri în care pereții nucleului au fost executați de 110 cm le etajele inferioare ( clădirea cu 57 de etaje ”Montparansee Men”, Paris). De obicei, grosimea pereților de la 60-75 cm în etajele inferioare ale unei clădiri înalte este redusă la 30 cm în etajele superioare.

Construcția nucleului central, de regulă, la etajele 8-10, înaintează față de construcția celorlalte elemente structurale a clădiiri înalte, acest fapt fiind explicat fie cu instalarea macaralei pe nucleu, fie de cerințele tehnologice.

În unele cazuri, se utilizează structuri prefabricate de pereți interiori și pereți pentru casa scării. De exemplu, o clădire rezidențială de 31 de etaje (83 m, Melbourne, Australia) este realizată din pereți structurali tansversali cu panouri mari prefabricate din beton armat cu grosimea de 20 cm. În clădirea băncii comerciale (Frankfurt pe Main), structurile metalice ale pereților pentru puțul de ascensor și pentru scări sunt rigidizate cu panouri de beton armat.

Pereții exteriori pentru clădirile înalte sunt executați în varianta structurală și nestructurală. În cadrul clădirilor cu sistem tubular și tubular cu nucleu central, precum și penru sistemul ”tub în tub”, pereții exteriori sunt considerați ca fiind pereți structurali, iar în cele de tip cadru – nestructurali. Pereții structurali exteriori, precum preții cortină, au o răspândire mai largă.

Figura 2.16 – Tipuri de grilaj ortogonal și diagonal: a – grinzi înalte de mare deschidere, b – grilaj cu ochiuri pătrate, c – stâlpi deși și grinzi înalte, d – grilaj cu ochiuri pătrate și contravântuiri încrucișate, e – grilaj cu ochiuri de formă robică, f – coloane de fomră elipsoidă [1]

Pereți structurali exteriori a clădirilor înalte preiau nu numai încărcările de la etajele superioare, ci și încărcările din acțiunea vântului și acținuea seismică, asigurând, împreună cu nucleul central rigiditatea necesară pentru sarcinile orizontale. Rezistența pereților structurali exteriori la sarcinile orizontale poate fi reprezentată de clădirea ”Messetur” (Frankfurt), unde pereții exteriori preiau până la 60% din toate momentele care acționează asupra acestora.

Acești pereți structurali sunt sub forma unor grile verticale drepte și diagonale din beton armat sau oțel (Figura 2.16). Grilele diagonale ale pereților exteriori au o rigiditate mai mare, dar limitează posibilitățile de amplasare a ferestrelor pe fațada clădirii. Pereții pot fi executați n variant prefabricată, monilotă și prefabricat-monoilită. Mai mult, în practica construcției clădirilor înalte s-au utilizat scheme combinate, atunci când, de exemplu, grilele din oțel a pereților exteriori au fost monolitizate cu beton, în care cofrarea din elemente prefabricate din beton armat a servit ca decorațiune pentru elementele de fațadă. Un exemplu ar fi clădirea administrativă de 55 de etaje ”Standart Oil” din New York.

Elementele prefabricate pentru pereții exteriori sunt utilizați în limita clădirilor înalte cu înățlimea de 30-35 de etaje. Grilele de beton armat monolit, de diverse configurații, sunt utilizate cel mai des, asigurând, pe lângă rigiditate structurală necesară și expresivitatea arhitecturală.

Rigiditatea scheletului exterior este îmbunătățită și de conexiunile diagonale cu diferite configurații (Figura 2.17), care reprezintă un sistem de ferme de mari dimensiuni pe fațadele clădirii (sistemul tub în tub). Sistemele sunt eficiente pentru clădirile foarte înalte, totuși ele, la fel ca toate sistemele tubulare, limitează semnificativ plasticitatea fațadelor. [3]

Figura 2.17 – Tipuri de rețele diagonale [1]

Planșeele clădirilor înalte diferă într-o varietate foarte mare. În funcție de deschidere și materialele folosite, acestea pot fi din beton armat sau combinate. În cele combinate, sunt utilizate grinzi de oțel sau grinzi celulare. Placa de planșeu este realizată exclusiv din beton armat monolit sau prefabriacat. De regulă, pentru placa din beton armat monolit, ca rol de cofraj se folosește o tablă profilată din oțel, care mai târziu este parțial inclusă în lucru cu placa, acționând ca o armătură întinsă (planșeu compozit). Înățlimea foii profilate ajunge în unele cazuri la 200 mm.

Sunt utilizate plăci de beton armat prefabricat, cât și precomprimat. Când este necesar, plăcile de beton prefabricate sunt așezate pe grinzi de oțel, și care sunt monolitizate între ele.

În funcție de deschidere, grinzile de oțel pot fi continuie din profile (de regulă, acestea pot fi din profile laminate sau din table sudate cu grosimea 30-60 mm) sau o rețea sudată (rindă cu zăbrele). Grinzile cu zăbrele se instalează de obicei pe deschiderile de 9-20m. De exemplu, în clădirile Centrului Comercial Internațional (or. New York), grinzile principale și secundare cu deschiderile cuprinse între 10,2 și 18,2 m au fost cu zăbrele (Figura 2.18). Înălțimea planșeului pe deschiderile mari poate ajunge la 100-110 cm. În Europa, unde deschiderile nu sunt mai mari de 8m, înălțimea planșeului este de 550-700 mm. Bine-nțeles că grinzile din oțel sunt utilizate în clădirile înalte cu sistemul structural din oțel

Planșeele clădirilor înalte din beton armat reprezintă niște plăci subțiri de tip dală, inclusiv și precomprimate, plăci monolite cu nervuri principale și secundare, chesonate, prefabricate și monolit-prefabricate sau plăci casetate. Pentru deschiderile de pnă la 8m, cel mai utilizate sunt planșeele tip dală cu grosimi pînă la 26 cm. [3]

Figura 2.18 – Grinzi cu zăbrele pentru planșeu: a – compoziție de pardosea de planșeu, b – sistem compozit cu ferme, c – sistem compozit cu grinzi, d – compoziție de grinzi rezemate [3]

CAPITOLUL 3 – UTILAJE ȘI ECHIPAMENTE UTILIZATE LA CONSTRUCȚIA CLĂDIRILOR ÎNALTE

Edificarea clădirilor înalte constă în implementarea unor procese tehnologice de construcție-montaj deja cunoscute în construcții: fundații, pereți, stâlpi, etc. Cu toate acestea, particularitățile acestor structuri și factorul de înălțime mare la care se realizează lucrările determină o serie de diferențe în tehnologia de producție, exprimate în apariția unui accent nou sau proporțional asupra intrumentelor de mecanizare, a tipurilor de lucrări și a documentației tehnologice.

Edificarea clădirilor înalte presupune utilizarea prioritară a tehnologiilor de montaj, lucrărilor de betonare și lucrărilor exterioare de finisaj. Specificul lucrărilor de finisare interioare, pentru construcțiile înalte este în general prețul care mai depinde și de regimului de funcționare a clădirii, ceea ce face posibil ca să nu le luăm în considerare în ceea ce privește diferențele tehnologice pentru clădirile înalte pentru că acestea se realizează ca și pentru clădirile obișnuite.

Operațiile de montaj practic nu se deosebesc de cele obișnuite: se păstrează echipamentele tradiționale, dispozitivele și tehnicile se bazează pe intalarea struturilor în poziția de proiectare cu ajutorul macaralelor. În componența tehnologiilor de construcție-montaj la ridicarea structurilor în cadrul clădirilor înalte : coloanele și grizile de oțel, panourile de perete, elementele de cofrare a coloanelor, pereților și planșeelor. Putem mențona o atenție sporită la controlul calității operaționale a lucrărilor de montaj, dar acest lucru este caracteristic pentru toate lucrările de punere în operă a clădirii înalte.

La edificarea clădirilor înalte din beton armat monolit, sistemele de cofrare utilizate nu au, de asemenea, diferențe speciale, cu excepția sistemelor special concepute pentru costrucțiile înalte, cum ar fi cofrajele glisante sau cele pășitoare. În astfel de sisteme, o atenție deosebită este acordată securității muncii la înălțime. Metodele tehnologice de montare și tratare a betonului, în general sunt cele tradiționale, dar presupun o strictețe sporită la controlul acestor operații.

Cele mai evidente diferențe în ceea ce privește tehnologia de realizare a clădirilor înalte, din puct de vedere a echipamentelor și utilajelor sunt cele de ridicare a greutăților și asigurarea securității muncii la înălțime.

Pentru asigurarea realizării cu o viteză de construcție și securitate sporită de siguranță, este necesar să se utilizeze echipamente speciale de ridicare și transport: macarale de ridicat, utilaje de ridicat greutăți și pasageri. Necesitatea unor mecanisme de bază este determinată în fișele tehnologice și de organizare în funcție de momentul lucrării pe baza planului calendaristic de lucrări a șantierului.

Macaralele de ridicat trebuie să asigure lucrările de armare, cofrare și uneori de betonare a structurilor. Amestecul de beton trebuie să fie transportat la locul de betonare cu ajutorul pompelor de betonconductelor și brațelor de distribuție a betonului. Transportarea altor greutăți și instrumente trebuie efectuată cu aujutorul altor instalații de ridicat și cu ajutorul ascensoarelor. Pentru a reduce numărul de macarale, se utilizaeză cofrajele auto-cățărătoare sau cele pășitoare, reducând semnificativ timpul de ridicat cu macaralele.

La alegerea dispozitivelor de ridicare trebuie luate în considerare următoarele:

Soluțiile constructive și de planificare spațială a obiectivului în construcție;

Metodele de construcție;

Modalități de construcție a structurii monolite, montarea elementelor prefabricate și a sistemelor interne de instalații;

Caracteristicile tehnice și economice a dispozitvelor de ridicare;

Greutatea carcaselor sau ambalajelor de armătură, a cofrajelor și metodele de transportare a amestecului de beton în clădire;

Prezența unor zone de restricționare a muncii asupra obiectului.

La alegerea numărului de macarle, este necesar să se repartizeze rațional încărcăturile ridicate între macara și alte utilaje de ridicat. Toate macaralele de tip turn trebuie conectate printrun singur sistem de control, ceea ce exclude posibilitatea unor ciocniri a macaralelor sau a sarcinolor pe care le ridică. Numărul și locul de amplasare a instalațiilor de ridicat trebuie dezvoltat în proiectul de organizare a șantierului și fișele tehnologice. [1]

Macarale pentru clădirile înalte

Potrivit datelor, macaralele tradiționale sunt utilizate în construcția de clădiri la o înălțime de ridicare limitată a sarcinilor de 70-80 m (la înălțime mare în raport cu parametrii ”siguranță, capacitate, greutate, cost” devine neoptimală). Ridicarea sarcinilor la 130-140 m este asigurată de macaralele montate lateral, turnul vertical al căruia este fixat pe structurile ridicate ale clădirii aflate în construcție (Figura 3.1). La construcția clădirilor înalte de până la 130 m înălțime, se utilizează foarte des combinația dintre macara turn (etapa de construcție până la înălțimea de 50-60 m) și macara montată lateral (pentru etajele mai superioare).

La înălțimea de 130 m și mai mare, raportul optim dintre parametrii ”capcitatea de ridicare, masa și costul” a macaralelor montate lateral se reduce, deși macaralele de acest tip ce lucrează individual asigură ridicarea sarcinilor pînă la 150 m înălțime. De aici începe domeniul de aplicare a macaralelor auto-ridicătoare, care nu au restricții privind înălțimea de ridicare a sarcinilor. Macaralele de acest tip sunt fixate de nucleele rigide a clădirilor sau pe conturul exterior a clădirilor și au înălțimea turnului, dispozitive de fixare și structuri de deplasare care asigură funcționarea lor pe niveluri de 30-40 m înălțime (Figura 3.1).

Figura 3.1 – Tipuri de macarale, utilizate pentru edificarea clădirilor înalte: a – Macara turn pentru înălțime de 70-80 m; b – Macara turn montată lateral clădirii pentru înălțimi de 130 m; c – Macara turn auto-ridicătoare pentru înălțimi de peste 130m [4]

Aspectele referitoare la amplasarea și fixarea macaralelor și ascensoarelor la obiect, precum și definirea zonelor periculoase și restricțiile privind funcționarea mașinilor de construcții pe aplasament trebuie luate în considerare pentru fiecare caz specific în raport cu condițiile de lucru, ținând seama de cerințele de funcționare în siguranță a acestora. Locul de instalare al ascensorului sunt determinate ținând cont de locul de amplasare a macaralei (Figura 3.2, a,b).

Pentru recepția materialelor de construcție la etaje intermediare se utilizează platformele de descărcare cu îngrădire (Figura 3.2, c). Fixarea platformelor se realizează cu ajutorul popilor telescopici sau dispozitivelor de ancorare.

Figura 3.2 – Montarea macaralelor turn pentru edificarea clădririlor înalte: a – schema de montare a macaralei turn lateral clădirii și a platformei speciale (ascensor); b – schema de montare a macaralei turn auto-ridicătoare și a platformei speciale (ascensor); 1 – macara, 2 – cadrul clădirii, 3 – îmbinările de montaj a macaralei de cadrul clădirii, 4 – săgeata platformei, 5 – cabina/platforma, 6 – îmbinările de montaj a platformei, c – schema de montare a platformei de descărcare ( 1- cadrul clădirii, 2 – platforma de descărcare, 3 – îngrădire, 4 – popi telescopici) [4]

După edificarea întregi clădiri, aceste macarale sunt demontate și părțile acesteia sunt coborâte cu troliuri. În practica de construcție, se utilizează o tehnică, atunci când macaralele de acest tip rămân pe acoperișul clădirii pentru a fi utilizate ulterior la reparațiile capitale.

Mijloacele de transportare a amestecului de beton la înâlțime

Pentru transportul amestecului de beton la înălțime, se folosesc în principal benele și pompele de beton staționare. Utilizarea benelor de beton este determinată de volumele mici de lucru monolit la edificarea clădirilor din elemente prefebricate. Pentru clădirile cu structurile monolite, este mai caracteristică utilizarea pompelor de beton cu o capacitate de 20-40 m3/oră. În același timp, majoritatea popeor de beton de acest tip asigură pomparea eficientă a amestecului de beton la 40-50 m pe verticală, astfel încât amestecul este transportat la o înălțime mai mare folosind mai multe pompe și rezervoare intermediare (Figura 3.3).

Turnarea amestecului direct în cofraje se realizează cu ajutorul brațelor de disribuție a betonului, montate pe niște piloni autoportanți cu o înălțime de 30-40m. Tendințele de deplasare verticală a unor astfel de dispozitive corespund ritmului de construcție de 3-4 etaje. În general, asigurarea transportului amestecului de beton pe șantierul clădirilor înalte astăzi nu cauzează probleme din puct de vedere tehnic. [1]

Figura 3.3 – Transposrtarea amestecului de beton cu pompele de beton la edificarea clădirilor înalte

Utilaje de ridicare a sarcinilor și muncitorilor, asigurarea lucrărilor pe fațada clădirii.

În timpul construcției clădirilor înalte, la problema tradițională de ridicare a sarcinilor mici în faza lucrărilor de finisare, se adaugă problema ridicării la înălțime a lucrătorilor în etapa construcției sistemului structural. În aceste scopuri se utilizează ascensoarele speciale pentru pasageri, cu o capacitatate de ridicare de până la 3 tone și o capacitate de pînă la 15-20 persoane cu înălțimea medie de ridicare de până la 300 m. Instalarea ascensoarelor se face după edificarea a 5-10 etaje din suprastructură și servesc atât pentru lucrările de finisare, cât și pentru ridicarea lucrătorilor la înălțimea lucrărilor de construcție montaj și de betonare. Numărul și tipul de ascensoare sunt determinate pe baza configurației clădirii și a cerințelor pentru organizarea lucrărilor de construcție a obiectului.

Figura 3.4 – Exemple de utilizare a platformei de fațadă [1]

Un element relativ independent în construcția clădirilor înalte reprezintă mijloacele de asigurare a lucrărilor de instalare a elementelor de închidere pentru pereții exteriori sau de finisare a fațadei. Adică, este necesar să se ofere platforme de luclru pentru a plasa muncitorii și echipamentele pe perimetrul clădirii la înălțime mare. În constrcuția clădirilor civile pentru aceste scopuri se folosesc schele și cofraje cățărătoare de diferite tipuri. Cu toate acestea, majoritatea tipurilor de schelă sunt aplicabile la înălțimea de până la 100m. Cofrajele cățărătoare tradiționale au suprafață, capacitate de încărcare și dinamică de lucru pe fațadă foarte mică, ceea ce necesită costuri semnificative pentru permutări fregvente. Soluționarea acestor probleme pentru lucrările de fațadă a unei clădiri înalte va fi odată cu punerea în aplicare a platformelor speciale de fațadă (Figura 3.4). [1]

Mijloace suplimentare de asigurare a muncii în construcția de clădiri înalte.

Specificul construcției clădirilor înalte predetermină utilizarea mijloacelor tehnice suplimentare, ce asigură siguranța și condițiile climatice acceptabile a lucrărilor de costrucție la exterior. Acestea includ scutul pentru vânt și încăperi de protecție.

Acțiunea vântului la înălțime are o influiență foarte negativă la siguranța lucrărilor de construcții-montaj. Studiile arată că la înălțimi de 50 m și mai mult, pe suprafețele laterale ale clădirii aflate în construcție apar fluxuri locale de vânt, direcționate aleatoriu.

În plus, la nivelul marginii superioare a clădirii, împreună cu creșterea vîntului pe înălțime, la montarea elementelor cu suprafață mare (panouri de perete, panouri de cofraj), apar fluxuri de vânt orizontale locale de mare putere, complicând în mod semnificativ instalarea (Figura 3.5, a). Desigur, aceste încărcări de vânt au efect pur fiziologic negativ asupra muncitorilor. În practica construcțiilor, cel mai des se utilizează aceste scuturi pentru acțiunea vântului la edificarea clădirii în cazurile când acțiunea vântului este agravată de temperaturile scăzute ale aerului în timpul perioadei de iarnă (Figura 3.5, b), și din acest motiv mai este necesar și instalarea unei încăperi de protecție încălzite. De exemplu, firma PERI produce astfel de scuturi, unificându-le cu sistemele lor de cofrare. [1]

Figura 3.5. – Încărcările din vânt la edificarea clădirilor înalte și protecția împotriva acestora [1]

CAPITOLUL 4 – TEHNOLOGII SPECIFICE INFRASTRUCTURILOR

Infrastructurile sunt structurile inferioare ale clădirii care sunt amplasate sub cota terenului de fundație adică sunt structurile subterane, iar suprastructura este partea supraterană. Pământul este de obicei excavat prin metoda deschisă. În acest caz, de regulă la execuția excavării, volumul de pămând de obicei depășind volumul structurii în sine.

Conform metodei de construcție, structurile subterane sunt executate prin următoarele metode:

Metoda deschisă;

Metoda semi-deschisă;

Metoda închisă.

Se recomandă utilizarea metodei deschise în soluri uscate, în tip ce nivelul apei subterane este sub cota bazei fundației. Lucările se desfășoară în următoarea ordine:

se excavează groapa de fudație cu taluzurile naturale sau cu susținerea și stabilizarea malurilor, la baza căreia se edifică infrastructura;

umplerea timpanelor cu pământ de umplutură.

Dacă nivelul apei subterane este deasupra bazei fundației, atunci este necesar să se ia măsuri pentru pomparea apei care pătrunde prin pereți și fundul excavației sau pentru coborârea generală a nivelului apei subterane sau realizarea unor baraje etanșe care să împiedice apa subterană să pătrundă în groapa de fundație. [5]

Figura 4.1 – Groapa de fundație a centrului comercial ”Moscow-Sity” (An. 1999) [5]

O dată cu aprofundarea structurilor inginerești cu mult sub nivelul apei subterane, metoda deschisă de excavare este cea mai simplă și mai accesibilă. Cu toate acestea, situația este complicată de necesitatea de a scoate apa din groap de fundație conform metodelor expuse anterior. Astăzi, adâncimea maximă a gropilor, proiectată în zone urbane, de obicei nu depășește 25-30 m, iar numărul de etaje subterane 5-6. De exemplu, în Moscova excavațiile cele mai adânci sunt realizate în zona Centrului Internațional de Afaceri ”Moscow-City”, (Figura 4.1), adâncimea lor maximă fiind de până la 26 m.

Clădirile înalte sunt create pretutindeni cu o parte subterană dezvoltată, proiectată pentru a asigura preluarea încărcărilor verticale și de răsturnare a clădirii. Suprafața infrastrcturii, de regulă, depășește suprafața suprastructurii clădirii cu 1,5-2 ori, iar adâncimea de fundare este de 10-20 m. [5]

Lucrări de terasament

Creșterea accentuată a adâncimii de fundare, comparativ cu metodele tradiționale, a făcut imposibilă excavarea utilizând pantele naturale a taluzului deoarece amprenta clădirii se mărește de 2-3 ori. Pentru a rezolva această problemă, s-au dezvoltat activ tehnologiile de susținere a taluzurilor prin trecerea abruptă de la cota terenului la cota tălpii fundației cu ajutorul zidurilor de sprijin de tip ”perete îngropat” (Figura 4.2).

Figura 4.2 – Tipurile principale de sprijin verticale a taluzurilor la construcția structurilor subterane

Trebuie remarcat că aceste tehnologii necesită echipamente speciale, ceea ce a dus la concentrarea acestora în cadrul unor organizații de construcții specializate care nu se află în categoria antreprenorului general.

Problemele tehnologice de susținere a taluzurilor sunt concentrate la asigurarea stabilității zidurilor de sprijin care protejează taluzurile până la crearea unei structuri rigide din puct de vedere spațial a părții subterane. Pentru a rezolva aceste probleme, zidurile de sprijin se combină cel mai adesea cu pereții exteriori ai părții subterane a clădirii, folosind diferite metode de fixare a zidurilor cu excavarea pământului prin metode închise sau deschise cu echipamente de construcție de mici dimensiuni. Aceste probleme sunt acute în construcția clădirilor înalte în zona clădirilor existente adiacent clădirii.

Lucrările de terasament pentru execuția părții supterane sunt cel mai adesea realizate utilizând excavatoarele cu o singură cupă care poate fi dreaptă sau inversă. În acest caz, săpătura se realizează în trepte de 3-4 m, și acest tip de lucrare necesită o detaliere complexă a fișelor tehnologice cu deplasarea excavatoarelor și transportului pe șantier. Atunci când se utilizează metoda închisă de excavare sunt utilizate utilajele de mici dimensiuni și ridicarea pământului excavat se poate realiza cu ajutorul macaralelor. De regulă, lucrările de terasament sunt efectuate de firmele de construcții specializate care dispun de echipamentul adecvat pentru aceste lucrări.

Lucrările de terasament în timpul construcției clădirilor înalte sunt însoțite adesea de lucrări speciale legate de epuizment și protecția contra apelor supterane. Tehnologia de realizare a acestor lucrări necesită echipamente și utilaje speciale, ceea ce face necesar implicarea firmelor specializate în acest domeniu.

Întregul complex de lucrări legate de săparea gropii de fundație pentru o clădire înaltă este mult mai coplicat, pe un termen cu mult mai îndelungat și mai costisitor decât lucrările similare pentru clădirile civile tradiționale. Tehnicile utilizate, metodele și mijloacele de realizare a lucrărilor necesită o proiectare individuală foarte detaliată, și o mulțime de aprobări, care determină existența unui proiect special pentru efectuarea lucrărilor de excavare, inclusiv studierea taluzurilor și efectuarea zidurilor de sprijin cu utilizarea echipamentului necesar, soluții pentru scăderea și protecția apelor subterane. [1]

Construcția plăcilor de fundație pentru clădirile înalte

Construcția plăcii de fundație în fluxul de lucru pentru construcția infrastructurii unei clădiri înalte este o etapă independentă și complexă, care necesită o pregătire organizațională și tehnologică specială. Foarte des, construcția fundației clădirilor înalte este rezolvată sub formă de placă pe piloți, care precedează construcția plăcilor de fundație cu lucrări de instalare a piloților.

Figura 4.3 – Armarea și betonarea plăcii masive de fundație ”Catedrala Mântuirii Neamului”, București

Plăcile de fundație pentru clădirile înalte cel mai des sunt executate în variantă monolită din beton armat și au forme destul de complexe în plan cu grosime de 2-4 m și un volum de 3000-4000 m3. Practica construcției clădirilor înalte face posibilă identificarea următoarelor probleme tehnologice principale asociate construcției plăcilor de fundație:

Carcasa de armătură a plăcilor fundației este o rețea puternică de armături longitudinale inferioare și superioare ce sprijină pe armăturile verticale având rolul de etrieri cu pasul de 0,5-1,0 m, cu armare suplimentară locală în zonele coloanelor și stâlpilor structurali (Figura 4.3). În consecință, carcasele de armătură devin, o structură independentă care necesită soluții pentru asigurarea durabilității și siguranței în toate etapele construcției sale;

Utilizarea betoanelor cu rezistenă ridicată sporesc în mod semnificativ cerințele pentru procesele de producție, transport și punere în operă a acetuia;

Cerințele de betonare ne-întreruptă a plăcii de fundație în combinație cu grosimea mare și suprafețele mari conduc la:

ncesitatea reducerii efectului de priză a amestecului de beton după turnare până la 12-20 ore;

folosirea unui număr mai mare de autopompe de beton cu productivități ridicate;

folosirea unui număr seminificativ de vibratoare de adâncime și asigurarea vibrării acestuia în toate zonele turnate.

Tratarea plăcilor masive după betonare se face în conformitate cu cerințele extrem de stricte de temperatură pentru duratele de încălzire-răcire a betonului și diferențelor de temperatură dintre zonele centrale și marginale. Prevederea efectivă a acestor cerințe implică utilizarea tehnicilor speciale și a mijloacelor de încălzire în combinație cu măsuri de control atent al temperaturii în expoatarea betonului atât în timpul verii, cât și în timpul iernii.

Lista de probleme tehnologice asociate cu construirea plăcilor de fundație pentru infrastructură a clădirilor înalte poate fi continuată, totuși, cele de mai sus menționate sunt suficiente pentru ca secțiunea referitoare la construcția plăcii să implice o semnificație independentă și obligatorie în proiectul de construcție a clădirilor înalte. [1]

Structuri verticale și orizontale pentru infrastructură

Structurile de pereți și planșee din partea subterană a clădirii din beton armat monolit nu prezintă diferențe semnificative în ceea ce privește instalarea cofrajelor, armăturii și lucrările de betonare. Acestea sunt caracterizate, în general, prin masivitate crescută (coloane, stâlpi, pereți structurali, grinzi), armare intensivă și utilizarea betonului de naltă rezistență. În comparație cu plăcile de fundație, construcția lor reduce semnificativ intensitatea betonării, iar tehnologia lucrărilor de betonare se potrivește destul de mult cu schemele tradiționale de utilizare a pompelor de beton staționare sau autopompelor cu brațele de distribuție sau se rezolvă prin metoda ” Malaxor-Benă-Macara-construcție”. Prin urmare, nu există probleme atunci când se utilizează macarale de orice tip pentru a transporta cofraje sau elementele de armătură. Unele caracteristici tehnologice ale construcțiilor lor pot fi cauzate de instalarea acoperirilor protectoare în compoziția acestor structuri (impermeabilizare, izolație etc.). [5]

Construcția structurilor subterane prin metoda deschisă

Construcția structurilor subterane prin metoda deschisă poate fi realizată atât în gropi de fundație fără susținerile malurilor, ale căror margini sunt formate la un unghi de pantă naturală a terenului, cât și în gropi cu o structură de a taluzurilor (Figura 4.2). [5]

Figura 4.4 – Schema de construcție a intfrastructurii în groapa de fundații cu malurile taluzate (a) și malurile sprijinite (b) [5]

Excavația gropilor taluzate este cea mai simplă și, de regulă, economică, dar aplicarea acestei metode întâmpină multe limitări, în special în zonele urbane constrânse. Putem întâlni următoarele tipuri de limitări:

adâncimea necesară a excavației;

pantele, suprafața ocupată și volumul de excavație a pământului cresc semnificativ, ceea ce face ca această metodă să fie nedisponibilă sau chiar imposibilă din cauza spațiului limitat;

apele subterane, deoarece devine necesar utilizarea metodelor de epuizmente la un volum mai mare de apă pentru suprafață.

Figura 4.5 – Metoda chesonului deschis. Sprijinirea malurilor fundației clădirilor prin metoda deschisă

Figura 4.6 – Etapele tehnologice de execuție a pereților mulați [5]

O altă tehnologie pentru construcția structurilor subterane în gropi de fundare realizate prin metoda deschisă cu susținerea malurilor este metoda chesonului deschis (Figura 4.5). Pereții la partea inferioară a primului tronson sunt realizați cu o margine de tăiere – sub formă unui cuțit. La excavarea pământului din interiorul construcției, aceasta sub greutatea proprie sau cu o încărcare suplimentară se lasă lent în jos. După lăsarea primului tronson, se realizează următoarea după care, în interior se execută iarăși săpătura, construcția lăsânduse iar în jos pe o adâncime egală cu lățimea tronsonului. Ciclul se repetă până când se atinge cota de proiect, terenul pentru fundație este aranjat, impermiabilizat iar structurile infrastructurii sunt realizate în interiorul chesonului.

Construția sprijinirilor malurilor gropii de fundație și fundației clădirilor cu metoda ”pereților îngropați” implică instalarea în teren cu ajutorul instalațiilor speciale înguste și cu o adâncime de foraj necesară a unor pereți prin turnarea în teren a betonului după ce în prealabil a fost realizată prin forare, sub protecția noroiului bentonitic o tranșee de dimensiuni stabilită prin proiectare (Figura 4.6).

Una din cele mai răspândite metode pentru sprijinirea malurilor gropii de fundație prin metoda deschisă de excavare este sprijinirea din palplanșe metalice (Figura 4.7). Ca elemente de sprijinire sunt folosite țevile metalice sau secțiuni laminate. În gropile adânci, sistemele de susținere (șpraițurile) sunt instalate în mai multe niveluri. Palplașele sunt elemente prefabricate introduse în pământ prin batere, vibrare sau presare astfel încât să formeze pereți continui cu rol de susținere și etanșare.

Figura 4.7 – Pereți de susținere rezemați – soluția cu șpraițuri [5]

O altă tehnologie pentru sprijinirea malurilor sun elementele prefabricate din metal reutilizabile cu părți de capăt înlocuibile (Figura 4.8). Aceste sisteme au devenit foarte răspândite în țările din Asia de Vest. Acestea includ adesea un număr de elemente pretensionate cu cricuri sub formă de șpraițuri, permițând să se reducă mișcarea construcției și să se controleze valoarea eforturilor în structuri.

Figura 4.8 – Sprijinirea malurilor fundației cu elemente metalice de inventar și construcția cricurilor de tensiune [5]

O altă medodă care a devenit larg răspândită este sistemul de sprijiniri sub formă de ferme. Construcțiile de ferme orizontale din beton armat cu popi intermediari sunt utilizate în China (Figura 4.9, a) pentru excavarea treptelor de dimensiuni considerabile în plan. În SUA (Figura 4.9, b) se utilizează structuri de ferme verticale din elemente metalice pentru a sprijini deschideri mari și a oferi posibilitatea de a localiza echipamente de construcție și tehnologice pe sistemul de sprijinire, precum și a materialelor în procesul construcției structurii subterane a clădirii.[5]

Figura 4.9 – Sprijinirea malurilor gropii de fundație cu ajutorul fermelor orizontale (a) și verticale (b)

Metoda ”Island” de construcție

Pentru dimensiuni mari în plan în ce privește structurile subterane, este posibil să se utilizeze așa-numita metodă de construcție ”Island Method”. Pentru aceasta, excavarea săpăturilor se desfășoară în două etape. În prima etapă, până la cota de proiectare se execută excavația părții centrale a gropii de fundație, iar pereții perimetrali fiind susținuți de contrabanchete din pământ (berme). În partea centrală a incintei se execută fundația, evantual împreună cu structura subterană.

În cea de-a doua etapă, se realizează construcția contrabanchetelor din pământ cu instalarea bermelor înclinate ce sprijină pe structura de fundație (Figura 4.10) sau cu instalarea bermelor drepte sau înclinate ce sprijină pe structura subterană centrală pe unul sau două niveluri de berme. [5]

Figura 4.10 – Metoda ”Island” de construcție a infrastructurilor cu ajutorul bermelor [5]

Construcția structurilor subterane prin metoda semi-deschisă și închisă (top-down)

Concepte și prevederi de bază

Tehnologia semi-deschisă și închisă este utilizată pe scară largă în construcția de clădiri în condițiile înguste de dezvoltare urbană, ce se bazează pe combinațiile lucrărilor de insfrastructură și suprastructură (sus-jos). Tehnologia prevede montarea unor coloane de piloți în plan, corespunzând poziției rigidității centrale și a elementelor sisteului structural.

Aplicarea acestei metode se bazează pe principiul împărțirii lucrărilor de construcție în două părți (infrastrutur-suprastructură), la care sunt prevăzute deschideri tehnologice pentru excavarea solului, aprovizinarea cu armătură, sisteme de cofraj, amestec de beton etc. La utilizarea metodei închise, planșeele inferioare dintre nivelurile subterane acoperă în totalitate planul subteran. Dechiderile se calculeză ținând cont de dimensiunile echipamentelor de excavare care funcționează pe sectoarele respective. [5]

Figura 4.11 – Schemele tehnologice de excavație prin metoda închisă (a) și semideschisă (b): 1 – peretele de susținere (perete îngropat); 2 – coloanele piloți; 3 – placa de planșeu peste primul nivel din infrastructură; 4 – planșeu intermediar; 5 – placa de fundație; 6 – nucleu central; (săgețile indică direcția de construcție a părților clădirii) [3]

Metoda semi-deschisă prevede, pe lângă deschiderile tehnologice, spații deschise sub nucleul central sau sub structura subterană a clădirii. În acest caz piloții-colane, instalați perimetral, sunt conectați cu planșele din zona periferică, rezultând astfel rigiditatea spațială necesară a părții subterane. Construcția nucleelor se realizează într-un mod deschis, folosind metoda tradițională de edificare a etajelor de jos în sus. Cel mai adesea, medoda semi-deshisă este utilizată în construcția clădirilor care au o fundație la adâncime profundă și a sistemelor multietajate a infrastructurii.

Particularitățile lucrărilor constau în sucesivitatea construcției nivelurilor subterane, cu folosirea piloților-coloane executați anterior, care o dată cu excavația solului sunt uniți cu sistemele de planșee monolite și perții îngropați de susținere a gropii de fundație ulterior cu rolul de coloane pentru nivelurile infrastructurii (Figura 4.11). [3]

Realizarea infrastructurii clădiri

Părțile subterane ale clădirilor realizate în condițiile urbane sunt construcții geotehnice complexe care necesită monitorizare pe parcursul întregului proces de construcție. Monitorizarea include înregistrarea tasărilor fondațiilor clădirilor vecine. În același timp, se folosesc înclinometre, senzori de presiune de contact și presiune a apei din porii pământului, modificarea nivelului apei fratice etc. Pentru piloți, senzorii de tensiune sunt instalați pe suprafața de contact cu solul, la vîrfuri, în zona de contact cu plăcile de fundație, precum și de-a lungul axelor. Plasarea senzorilor este în concordanță cu tehnologia proceselor de construcție și necesită utilizarea unor sisteme fiabile de transmitere a informațiilor cu privire la acțiunile pe termen lung. Limitarea deformațiilor plăcilor de fundație minimizează riscurile și asigură exploatarea în siguranță a clădirii.

Pe măsura construcției planșeelor infrastructurii, se execută procesul de edificare a suprastructurii, realizânduse cu utilizarea tehnologiilor tradiționale. Luând în considerare că edificarea infrastructurii cuprinde 50% din termenul de construcție a sistemului structural, combinarea acestor procese micșorează seminficativ termenul total de construcție a clădirii.

Principalul avantaj al tehnologiei este absența ancorajelor pentru asigurarea stabilității pereților de susținere realizați prin diferite metode (perete îngropat, perete din piloți forați etc.), care permit realizarea infrastructurilor cu diferite configurații, adâncimi și niveluri cu un impact minim asupra clădirilor adiacente la o dependență semnificativă față de condițiile inginero-geologice.

Asigurarea unui monolit întreg a planșeelor intermediare cu fundația se realizează prin utilizarea tehnologiei ”perete îngropat”.

Utilizarea instalațiilor modrne de foraj, mijloacelelor de mecanizare pentru lucrările de terasamente în condițiile înguste permite realizarea unor procese tehnologice de construcție a piloților-coloane, cu o intensitate și precizie de realizare a etapelor de terasement, armare, betonare a planșeelor intermediare, rampe de intrare, nuclee centrale și alte elemente structurale, ce asigură rigiditatea spațială a sistemului ”pereți îngoropați-planșee-piloți-coloane”.

Construcția infrastructurii ”de sus în jos” necesită rezolvarea unui număr de aspecte organizaționale și tehnologice în condițiile limitate a șantierului. Astfel, planșeul monolit al primului nivlel poate servi drept platformă pentru plasarea macaralelor autoridicătore și macaralelor montate lateral clădirii, pompelor de beton, pentru depozitarea materialelor și produselor de construcție etc.

În același timp, această tehnologie necesită o organizare cu mult mai ridicată a lucrărilor de construcție, utilizarea mini-utilajelor, echipamente speciale pentru lucrările de excavare și de betonare în condițiile spațiului subteran.

La elaborarea documentației tehnologice se acordă o atenție importantă pentru siguranța și sănătatea în muncă, utilizarea metodelor operaționale de control al calității, evaluarea și predicția intensități de întărire a betonului, determinarea timpului de decofrare și încărcare a structurii, evaluarea siguranței tehnologico-organizaționale bazată pe fluxul de lucrări și combinarea proceselor tehnologice.

Principalele etape tehnologice ale ciclului zero sunt:

Construcția pereților de susținere pe perimetrul spațiului subteran folosind metoda ”piloți secanți”, ”perete îngropat” sau combinația acestora în cazul unui contur curbliniu a planului subteran;

Un complex de procese de construcție pentru instalarea piloților-coloane (piloți forați) în interiorul conturului;

Executarea planșeului monolit care va lega toate capetele piloților (pe întreaga suprafață a spațiunui subteran) cu lăsarea golurilor și dechiderilor tehnologice;

Complexul lucrărilor de terasamente cu executarea secvențială a planșeelor intermediare;

Execuția plăcii de fundație.

Lucrările de construcție a suprastructurii se realizaeză la atingerea rezistenței de proiectare a planșeului monolit inferior.

Se realizează un complex de lucrări pregătitoare, inclusiv cu instalarea macaralelor autoridicătoare sau montate lateral, brațelor de distribuție pentru pompele de beton, amplasarea excavatoarelor, macaralelor mobile, formarea zonelor de depozitare a sistemelor de cofrare, barelor de armătură, platformele de primre a amestecului de beton, etc.

Atunci când se utilizează sistemul de cofraj cățărător, acesta este montat cu ajutorul macaralelor. Apoi complexul lucrărilor de construcție a nucleului clădirii se va realiza cu inaintarea de 1-2 etaje față de sistemul structural a clădirii monolite sau prefabricate. [3]

Caracteristicile execuției lucrărilor pentru piloții-coloane prin forare

În funcție de condițiile inginero-geologice și a sarcinilor, se utilizează tubaj de forare: sub formă de țevi metalice, umplute cu beton (tubaj nerecuperabil); din profil metalic, care se betonează după construcția planșeului; sub forma unui sistem în două faze constând dintr-o armare cilindrică pentru faza inferioară și tubaj de metal pentru partea superioară; cu armare de formă cilindrică cu secțiune constantă, etc.

Reglementările tehnologice pentru coloanele forate sunt prevăzute pentru asigurarea preciziei de forare a găurilor de foraj cu deviația limită de 1/200 pe adâncime și amplasarea în plan cu toleranțele de ±5 cm. Acest lucru se realizează prin folosirea echipamentelor moderne de foraj și a grinzilor speciale de ghidaj. Pentru montarea carcaselor de armătură se folosesc conductoare speciale cu cricuri hidraulice, care asigură alinierea în plan și în profunzime. Fixarea articulată a armăturii de capătul superior asigură ca aceasta să fie în poziție verticală după principiul ”firului cu plumb”, iar deplasarea pe verticală creează condițiile de strângere a capătului inferior într-o poziție apropiată de cea de proiectare.

Pentru a exclude deplasările părții superioare de la poziția de proiectare a piloților-coloane deja turnați, aceștea sunt fixați de detaliile grizii de ghidaj (Figura 4.12, a).

Având în vedere dimensiunile semnificative ale carcaselor de armătură sau a tubajului, producția acestora se realizează la fabricile de construcții metalice sub formă de elemente prefabricate care sunt combinate într-un ansamblu pe șantier prin sudură. Siguranța îmbinărilor cu sudura în adâncime este controlată prin metode cu ultrasunete, electromagnetice sau alte metode nedistructive și este confirmată prin rapoarte de testare. Instalarea se face cu macarale mobile cu brațul telescopic și capacitate de ridicare, asigurând performanța lucrărilor la înlțimea corespunzătoare de ridicare a cârligului.

Figura 4.12 – Tehnologia de execuție a piloților forați (a) și realizarea planșeului din beton armat monolit peste primul nivel a infrastructurii (b): 1 – peretele de susținere (perete îngropat); 2 – elemente de ghidaj; 3 – instalație de introducere și control a carcaselor de armătură (4); 5 – piloți forați; 6 – piloți sup placa de fundație; 7 – deschideri tehnologice; 8 – planșeu din beton armat monolit; 9 – fixatori pentru instalarea carcaselor de armătură a plăcii de planșeu

Planșeul de acoperire a primului nivel al infrastructurii, include lucrări în structură pe verticală și anume așternutul de nisip-pietriș prin batere, strat de separare din amestec auto-nivelant cu acoperire anti-adezivă. Armarea și betonarea se realizează cu separarea pe zone tehnologice și cofrarea sub golurile tehnologice (Figura 4.12, b). [3]

Lucrări de terasament

După atingerea rezistenței betonului plăcii de la cota zero în intervalul 70-80 %, se efectuează un ciclu de lucrări de terasament, care reprezintă începutul real al combinării proceselor tehnologice de construcție a elementelor structurale pentru infrastructură și suprastructură.

Tehnologia lucrărilor de terasament în condițiile spațiilor înguste și limitate a infrastruturii prevede separarea suprafețelor fiecărui etaj în zone de lucrări, fiecare având o deschidere tehnologică la cota zero pentru amplasarea excavatorului graifer ce va ridica solul excavat la suprafață. Dimensiunile deschiderilor (golurilor) trebuie să asigure furnizarea la sectoarele de lucru a echipamentelor și utilajelor de excavare pentru fiecare nivel subteran.

Începutul lucrărilor de excavare constă în excavarea solului cu abatajul necesar sub planșeu în zona deschiderii tehnologice cu descărcarea solului în autobasculante și transportarea acestuia în afara șantierului în zonele speciale de descărcare. Excavarea se realizează cu excavatoarele cum ar fi de exemplu cel de tipul ”Hitachi” și alte tipuri care sunt echipate cu lopata graifer (volumul cupei 0,6…0,9 m3), și braț telescopic cu carecteristici ridicate de întindere a acestuia (Figura 4.13) .

Pentru excavarea solului în afara zonelor de excavare a cupei graifer, se utilizează excavatoarele de dimensiuni mici de tipul ”Bob Cat” echipate cu lame de buldozer, cupe și încărcătoare (Figura 4.13).

Figura 4.13 – Excavatorul ”Hitachi” cu braț telescopic și excavatoarele de dimensiuni mici de tipul ”Bob Cat”, echipate cu lame de buldozer, cupe și încărcătoare

Pentru lucrările ce țin de localizarea piloților-coloane, de execuție a pereților îngropați sau de excavare a solului dintre etaje, în plus față de mini-echipamente, se mai poate folosi și săpătura manuală.

Organizarea lucrărilor cu mijloacele de mecanizare constă în extinderea succesivă a abatajului i deplasarea solului în zona de influență a excavatorului graifer. Pentru intensificarea proceselor de excavare a solului, pot fi utilizate simultan mai multe excavatoare și utilaje de terasament. Procesul conducător fiind excavarea solului cu încărcarea acestuia în autobasculante.

Pe măsură ce se extinde abatajul, crește nevoia de mașini cu lamă de buldozer, datorită unei scăderi a productivității datorită creșterii distanței de deplasare a solului în zona excavatorului graifer. Optimizarea tehnologiei de excavarea a solului în condițiile spațiului subteran se realizează prin studierea modelelor matematice bazate pe metode probabilistice de evaluare a proceselor și a modelelor teoretice de deservire.

Etapele tehnologice de excavare a solului, execuția planșeelor intermediare pentru infrastructură ș edificarea suprastructurii sunt prezentate în Figura 4.14. [5]

Figura 4.14 – Etapele tehnologice de excavare a solului, execuția planșeelor intermediare pentru infrastructură șă edificarea suprastructurii: 1 – nucleu central; 2 – stâlpi; 3 – planșeu intermediar; 4 – macarale auto-ridicătoare; 5 – brațul de distribuție a amestecului de beton; 6 – ofrajul nucleului central; 7 – cofrajul stâlpilor; 8 – sistem de protecție anticădere [3]

Metoda combinată de excacare (semy-top-down)

La dimensiuni semnificative în plan a gropilor de fundațe, se utilizează metoda combinată de excavare a solului (semy-top-down), în care structura infrastructurii pe perimetrul gropii de fundație se realizează folosind metoda ”top-down”, iar partea centrală – conform schemei clasice de jos în sus. În acest caz, susținerea peretelui îngropat se realizează datorită structurii spațiale perimetrale și anume datorită discurilor formate de plăcile de planșeu subterane.

Există două scheme posibile de execuție a lucrărilor după metoda combinată. Prima schemă este caracterizată prin faptul că planșeele intermediare ce formează discul perimetral se realizează în procesul excavației pe trepte a gropii de fudație (Figura 4.15, a).

A doua schemă implică păstrarea solului cu rol de contrabanchetă pe perimetrul incintei, construcția părții centrale a clădirii de jos în sus, excavarea pe etape a solului de pe conturul incintei simultan cu împreunarea planșeelor structurale de pe contrur cu cele centrale, executate în etape la suprafața contrabanchetelor (Figura 4.15, b).

Un alt exemplu de remarcat a utilizării în practica mondială a măsurilor suplimentare de susținere este construirea așa-numitor pereți de suținere în formă de T sau perete de susținere cu contraforți. Astfel de structuri sunt folosite la adâncimi și suprafețe semnificative. Contraforții pot fi executați atât prin metoda ”pereți îngropați”, cât și prin execuția acestora în incintă din beton armat monolit.

Un exemplu de utilizare a acestei tehnologii este construirea complexului cultural în Singapore. Schema constructivă de îngrădire a gropii de fundație este reprezentată în Figura 4.17. Groapa de fundație a avut o adâncime de 10 m și o lățime mai mare de 180 m.

Figura 4.15 – Susținerea peretelui îngropat a structurii spațiale perimetrale cu ajutorul discurilor formate de plăcile de planșeu subterane în timpul excavației (a) și păstrarea solului cu rol de contrabanchetă pe perimetrul gropii de fundație

Figura 4.16 – Susținerea pereților îngropați perimetral cu ajutorul contraforților [5]

Construcția plăcilor de planșeu intermediare

Procesele complexe de excavare a terenului, pregătirea bazei pentru planșeele monolite, armarea și turnarea amestecului de beton cu pompele de beton se realizează luând în considerare fluxul de lucru prin combinarea proceselor tehnologice, calculul numărului necesar de muncitori și mijloace de mecanizare.

În timpul construcției planșeelor intermediare infrastructurii, se acordă o atenție deosebită armării zonelor de interferență cu piloții-coloane (Figura 4.17), luând în considerare amplasarea platformelor și gulerelor metalice de suport și vibrarea necesară a amestecului de beton în procesul turnării acestuia.

Transportarea și turnarea amestecului de beton se realizează cu ajutorul pompelor de beton așezate pe planșeul primului nivel, prin deschiderile tehnologice pentru conducte de beton. Procesul de betonare trebuie efectuat continuu fără întreruperi pe toată suprafața.

Pentru implementarea acestei tehnologii, este necesar să se studieze modelul matematic a stării de funcționare continuă a pompelor de beton și să se calculeze numărul corespunzător de autobetoniere.

Intensificarea întăririi betonului se realizaează atât prin utilizarea tehnologiei de încălzire prin cabluri ce transmit căldură, dar și prin metoda electrotermică ce mențin clasa de rezistenă a betonului, cu calculul gradientelor de temperatură, care ar împidica fisurarea și alte degradări.

Figura 4.17 – Etapele tehnologice de execuție a plăcilor de planșeu intermediare în zone de interferență cu piloții forați la infrastructură; a – instalarea gulerului metalic cu execuția lucrărilor de sudură; b – armare suplimentară radială (bordare) a zonelor de interferență[3]

Controlul întăririi betonului se realizează în funcție de caracteristicile de temperatură ale straturilor de beton, luând în considerare temperatura spațiului subteran, modul de ventilație și metodele de izolare a suprafețelor deschise. Rezistența reală a betonului este evaluată prin metodele nedistructive sau încercări distructive în șantier. La executarea lucrărilor de construcție a plăcilor de planșeu sun elaborate reglementări tehnologice specifice acestor lucrări. [3]

Edificarea nucleului de rigidizare la infrastructură

Edificarea nucleului central de rigidizare în partea subterană se realizează prin metoda crescândă cu asigurarea monolitizării cu elementele de planșeu. Se utilizează cofraje de inventar din panouri demontabile modulare de mici dimensiuni. Amestecul de beton este transportat prin deschiderile tehnologice din planșee cmpactându-se prin vibrare.

Execuția plăcii de fundație include procese tehnologice pentru compactarea terenului de fundație, regătirea betonului și hidroizolarea orizontală, armarea. Fiecare etapă tehnologică este supusă controlului instrumental.

Plăcile de fundație masive sunt realizate prin metoda betonării în oblic cu transportul amestecului de beton prin pompe cu o rețea extinsă de conducte de betonare. Amestecul este distribuit la locul de betonare prin țevi de betonare sau furtunuri flexibile de distribuție fiind obligatorie compactarea acestuia cu vibratoarele de adâncime. De regulă, betonarea se realizează fără întreruperi, fiind necesar utilizarea unui număr estimat de pompe de beton, malaxoare, la fel și numărul de betoniști și vibratoare de compactare.

Pentru punerea în operă a amestecului, sunt elaborate reglementări tehnologice, inclusiv și instalarea termocuplelor pentru controlul câmpuilor de temperatură pentru întărirea betonului, în plus față de schemele de amplasare a conductelor de distrubuție. În funcție de condițiile de temperatură la sfârșitul betonării, suprafața este izolată sau umezită.

Amplasarea pompelor de beton se realizează în jurul perimetrului plăcii de planșeu a primului nivel subteran cu instalarea conductelor de distrubuție prin golurile tehnologice. Numărul de pompe de beton este determinat de volumul de pompare și performanțele acestora. Cu toate acestea, viteza de pompare a amestecului de beton se realizează în cocodanță cu vibrarea straturilor de beton. [1]

CAPITOLUL 5 – TEHNOLOGIA DE REALIZARE A SUPRASTRUCTURILOR CLĂDIRILOR ÎNALTE

Edificarea suprastructurii se realizează folosind tehnologiile și mijloacele tehnice bine cunoscute. În această perioadă, pe șantier se formează un flux de construcție relativ permanent (muncitori, echipamente, materiale, documentație tehnică).

Atunci când rezistența plăcilor de planșeu este de 70 %, se instalează macaralele de ridicare, brațele de distribuție al pompei de beton și alte echipamente de ridicare necesare pentru organizarea continuă a proceselor tehnologice.

Nucleul central se realizează cu utilizarea panourilor de cofraj sau a cofrajelor auto-cățărătoare. Procesele de armare și betonare se realizează în fluxuri individuale prin divizarea pe fronturi de lucru a șantierului cu volume de lucru și manoperă aproximativ egale. Pentru betoanele de înaltă rezistență de clasa C60/75 și mai mare, decofrarea structurilor se efectuează atunci când betonul atinge cel puțin 30 % din rezistența de proiectare.

Construcția structurilor verticale și orizontale (coloane, plăci de planșeu) se realizează prin fluxuri tehnologice independente cu muncitori special instruiți. Divizarea pe fronturi de lucru permite combinarea maximă a proceselor de realizare a elementelor verticale și orizontale. În același timp, intensitatea lucrărilor de construcție a acestora nu trebuie să depașească procesele de construcție a nucleelor de rigidizare centrale. Pentru micșorarea parametrilor rezistenței de decofrare a plăcilor de planșeu se recurge la păstrarea popilor de susținere a cofrajului pe 2-3 nivele inferioare.

La edificarea nucleelor centrale, elementelor verticale și orizontale a clădirilor înalte se elaborează PTEL, FT și reglementări a procesului de producție, ce determină succesivitatea, durata ciclurilor, controlul tehnologic și instrumental a capacității de rezistență a betonului, asigurarea preciziei geodezice, etc. (Figura 5.1).

Pereții perimetral verticali (pereții exteriori ai clădirii) sunt realizați fie în ciclul de construcție a etajelor (montarea pnorurilor de perete), fie sub forma unui set independent de lucrări care rămân în urma lucrărilor de realizare a structurilor de susținere a clădirii. Pentru ultimul caz, o astfel de lucrare se desfășoară pe etaje cu un decalaj de la lucrările de execuție a sistemului strcutural de 5 sau mai multe etaje. În acest stadiu de lucru, se acordă o atenție deosebită siguranței muncii: aranjarea unor îngrădiri – copertine în zonele lucrărilor de montaj, se instalează platforme protectoare deasupra și sub zonele de lucru ale fațadelor. Regulile și tehnicile de ralizare a unor astfel de activități sunt anexate în mod special ca parte a ducumentației preceselor tehnologice.

Lucrările de finisare se desfășoară pe niveluri, pe măsura realizării clădirii. Aceste niveluri de lucrări sunt direct legate de prezența etajelor tehnice în clădire, deoarece pe aceste etaje se rezolvă problemele legate de aprovizionarea temporară a lucrărilor de finisare cu apă, căldură, energie etc. Având în vedere combinația dintre diferite tipuri de lucrări și un număr mare de muncitori, această etapă de lucru este, de asemenea, caracterizată de cerințe sporite de siguranță.

Pentru structurile părții supraterane a clădirii, precum și a tuturor celorlalte structuri din beton armat monolit în orice clădiri, este asigurat un control monotorizat al calității materialelor utilizate și a materialului strucutral rezultat.

Principalul material utilizat pentru construcția cadrului clădirilor și sistemelelor structurilor înalte este betonul armat monolit. Cel puțin, datorită faptului că clădirile cele mai înalte ale lumii au fost deja construite pe paza unui cadru din beton armat monolit, inclusiv campionii mondiali: Turnul Burj-Dubai (înălțimea – 818m) și zgârie-norii concernului PETRONAS din Malaezia (înălțimea – 432m). Trebuie ramarcat faptul că producția anuală de beton utilizată pentru construcția de structuri monolite ale diferitelor clădiri și structuri depășește 1,5 miliarde pe m3, iar fabricarea acestor structuri consumă mai mult de jumătate din producția globală de ciment. În plus, betonul monolit din punct de vedere al producției și domeniului de utilizare depășește alte tipuri de materiale de construcție. De exemplu, rata de utilizare a betonului monolit pe cap delocuitor în SUA este de 0,75m3, în Japonia – 1,2m3, Germania – 0,8m3, Franța – 0,5m3. Pentru comparație, în țările ce fac parte din CSI este semnificativ mai puțin – de la 0,5 până la 0,2 m3. [3]

Figura 5.1 – etapele tehnologice de realizare a plăcii de fundație și a etajului 16-lea a suprastructurii: 1 – acara mobilă pentru transmiterea armăturii, utilajelor și cofrajului; 2 – istemul de pompe pentru distribuția amestecului de beton; 3 – conducte de beton; 4 – placa de fundație; 5 – cofraj pentru edificarea nucleului central; 6 – macarele auto-ridicătoare; 7 – braț de distribuție; 8 – cofrajul stâlpilor; 9 – platformă de fațadă/ascensor de construcție; 10 – platformă de descărcare; 11 – sistem de protecție anticădere; 12 – bariere de siguranță [3]

Evident este faptul că, dezvoltarea aplicării betonului monolit în clădirile înalte va fi facilitată de asimilarea noilor tehnologii de construcție, crearea și utilizarea sistemelor moderne de cofrare, sisteme de mecanizare complexă a proceselor tehnologice de preparare, transportare și punere în operă a betonului, utilizarea metodelor de întărire accelerată pentru producția pe tot parcursul anului.

La baza proceselor de edificare a clădirilor înalte din beton armat monolit stă complexul de măsuri tehnologice și organizatorice, ce sunt direcționate la optimizarea timpului de lucru, reducerea capacității muncii și asigurarea calității necesare a structurilor.

Practica mondială arată că se utilizează în principal betonul cu clasele de rezistență C32/40 – C60/75. În ultimii ani a existat o tendință de a folosi clasele de beton de înaltă rezistență C60/75 – C90/105. În timpul construcției cadrului monolit al complexului ”Federației” din Moscova, au fost utilizate clasele de beton C60/75 și C70/85 – C90/105. Din punct de vedere constructiv, se recomandă utilizarea unei clase de beton în funcție de încărcările existente pe înălțimea clădirii. Un exemplu de utilizare rațională a claselor de beton este cadrul Jin Mao Building W Szanghaiu–or. Shanghai, China (Figura 5.2). Coloanele la etajele inferioare au secțiunea 1,5 x 5,0 m, cu o trecere la etejele superioare de 1,0 x 3,5 m. Clasa de rezistență a betonului variază de la C70/85 la C32/40.

În clădirea cu 72 de etaje – 264 m ”Tiump World Tower”- or. New York, SUA (Figura 5.3), rezistența betonului a fost de asemenea variată pe înălțimea structurii și în tipurile de elemente structurale. La etajele inferioare, a fost uilizat betonul cu clasa de rezistență C80/95. [6]

Figura 5.2 – Distribuirea rezistenței betonului pe înălțime (a), shema construcției turnului ”Jin Mao Building w Szanghaju” or. Shanghai, China (b)

Figura 5.3 – istribuirea rezistenței betonului pe înălțime în coloane (a) și îmbinări (b) [6]

Tehnologia lucrărilor de betonare

Cerințe pentru materiale și compoziția betonului

Materialele, utilizate pentru producția amestecului de beton, trebuie să îndeplinească cernițel normative. La utilizarea materialelor trebuie asigurată o analiză atentă a proprietăților acestora și o supraveghere continuă a omogenității amestecurilor de beton livrat.

Cimenturi

Toate cimenturile, care îndeplinesc cerințele standardelor actuale SR EN 197-1:2011, pot fi utilizate pentru producerea betonului. Alegerea unui tip de ciment se face pe baza lucrabilității amestecului de beton, a rezistenței betonului și a intensității setului.

Agregatele

În calitate de agregate grosiere, este necesar să se utilizeze piatra zdrobită care să îndeplinească cerințele SR EN 933-1:2012. Dimensiunea maximă a agregatului grosier nu trebuie să depășească 1/3 distanța dintre barele de armare, dimensiunea maximă a agregatului grosier ar trebui să fie cuprinsă între 10 și 20 mm. Rezistența (fragilitatea) pietrei sfărămate trebuie să respecte clasa acceptată de beton cu rezistența la compresiune și să fie adoptată la alegerea compoziției betonui. Nisipurile care îndeplinesc cerințale normative trebuie utilizate ca agregate fine. Nisipurile și amestecurile de pietriș-nisip nu sunt permise.

Pentru a reduce producția de căldură în structurile masive de beton armat (plăci de fundație etc.), în producția de beton trebuie utilizate materiale de umplere minerale inerte sau seminerii fin dispersate: calcar măcinat, domolit, curț, cenușă, microsilică, zgură de furnal, permise la utilizare în conformitate cu reglementările relevante.

Aditivi chimici

Pentru a atinge niveluri ridicate de prelucrabilitate a amestecului de beton cu betoane de înaltă rezistență la compresiune, este necesar să se utilizeze plastifianți în amestecul de beton, inclusiv superplastifianți, care îndeplinesc cerințele standardelor actuale SR EN 934-2+A1:2012.

Pe lângă aditivi – plastifianți în funcție de caracteristicele de edificare a construcției, condițiile de temperatură-umiditate și ritmului de construcție trebuie să fie utilizați inhibatorii de mobilitate a amestecului de beton, acceleratorii de rezistenșă a betonului, modificatorii de vâscozitate a amestecului de beton ce îndeplinesc cerințele normative.

La utilizarea unui complex de aditivi chimici, trebuie verificată compatibilitatea individuală a aditivilor. Pentru a reduce deformările de contracție și pentru a elimina apariția fisurilor inacceptabile de contracție în straturile de beton armat monolit, este necesar să se utilizeze aditivii de expandare. La producția lucrărilor de beton la temperaturi negative ale aerului este necesar să se utilizeze atitivii complecși.

Compoziția betonului

Compoziția betonului trebuie selectată pentru a asigura toate caracteristicile specificate, atât în stare proaspătă, cât și în stare întărită. Selecția compoziției ar trebui să se realizeze în conformitate cu creințele standardelor serviciilor tehnice ale producătorului de beton sau ale organizațiilor de cercetare științifică. Atunci când se selectează compoziția, în plus față de indicatorii specifici de tasare a conului din amestec de beton și rezistența la compresiune a betonului, trebuie luată în considerare prezența aplicabilității diferitor condiții de temperatură și umiditate, viteza de întărire, rezistența la îngheț, rezistența la apă și condițiile de exploatare a clădirii.

La alegerea compoziției betonului, la care se impun cerințe suplimentare (modulul de elasticitate, rezistență la deformare, rezistență la tracțiune, rezistență la coroziune), trebuie luate în considerare proprietățile materialelor inițiale și tehnologia de producere a amestecului de beton. În aceste cazuri, compoziția betonului, ce asigură indicatorii specifici de lucrabilitate și rezistență, verifică respectarea altor indicatori de calitate. Dacă această condiție nu este îndeplinită, atunci alegerea compoziției de beton se realizează folosind diverși aditivi modificatori și metode tehnologice care oferă obținerea betonului cu toți indicatorii de calitatate specificați.

Amestecul de beton destinat transportului prin conductele de betonare ar trebui să aibă o vâscozitate ridicată, o structură uniformă, o pompare ușoară și să asigure caracteristicile fizice și mecanice necesare ale betonului. Consistența amestecului de beton selectat trebuie să asigure pomparea prin conducte la distanța maximă (orizontal și vertical) fără stratificare și formarea blocajelor în conductă sub influența presiunii.

Selectarea compoziției nominale a betonului se realizează în procesul de construcție a noilor tipuri de structuri și schimbării calității betonului, tehnologia de producție și proprietățile materialelor prime. Compoziția nominală a betonului este selectată din materialele cele mai reprezentative ale interprinderii, ținând seama de tehnologiile de producție și de transportarea amestecului de beton, metode de punere în operă și regimului de menținere a lucrabilității.

Compozițiile de lucru sunt selectate prin ajustarea compozițiilor nominale pe baza datelor privind proprietățile amestecurilor de testare din beton. Rezultatele selecției compoziției nominale a betonului trebuie înregistrate în jurnaul pentru selectarea compoziției betonului și aprobate de producător. Muncitorii sunt eliberați sub semnătura șefului laboratorului producătorului.

Prepararea amestecului de beton

Prepararea amestecurilor de beton se efectuiază în locurile special amenajate obligatoriu echipate cu malaxoare ce au sisteme automate de control pentru activitățile de dozare ale amestecului de beton pentru o lucrabilitate cu precizia corespunzătoare cerințelor aditivilor. Aditivii chimici sunt introduși în amestecul de beton sub forma unor soluții de concentrație de lucru.

Atunci când se folosesc aditivi complecși, este necesară prepararea separată a soluțiilor lor, iar aceste soluții sunt amestecate în instribuitorul de apă imediat înainte de introducerea lor în amestecul de beton. Durata amestecării amestecului, inclusiv cu aditivii, se stabilește experimental din starea de asigurare a omogenității amestecului și a caracteristicilor calitative ale betonului.

La execuția lucrărilor de betonare pe timp friguros pentru prepararea amestecului ar trebui să se utilizeze agregate și apă încălzită. [7]

Livrarea, transportarea și punerea în operă a amestecului de beton

Organizarea transportului amestecului de beton ar trebui să asigure funcționarea continuă a pompelor de beton în timpul turnării. Este necesar să se livreze amestecuri de beton numai cu autobetoniere.

Prezența sedimentelor de apă și zăpadă în autobetonieră înainte de descărcarea amestecului nu este permisă. Pentru a preveni stratificarea și pentru a păstra proprietățile tehnologice ale amestecului de beton transportat, trebuie respectate următoarele condiții:

amestecurile de beton trebuie livrate pe drumuri cu suprafață tare;

timpul de livrare trebuie să asigure temperatura amestecului de beton care trebuie turnat în cofraje la începutul prizei, nu mai puțin decât cea calculată;

înălțimea căderii libere a amestecului de beton nu trebuie să depășească 2,0 m. La o înălțime mai mare, amestecul este transportat la locul de turnare prin tăvi speciale.

Livrarea amestecurilor de beton trebuie realizată în conformitate cu graficul elabortat de producătorul, consumatorul și organizația de transport.

Gradul de prelucrare și temperatura amestecului de beton se determină la locul preparării și la instalație. Temperatura amestecului de beton în condiții de vară nu poate fi controlată. Mobilitatea amestecului de beton în timpul pregătirii se stabilește în funcție de mobilitatea dorită a amestecului pe obiect, ținând seama de pierderea efectivă a mobilității în timpul transportului.

Transportarea și punerea în operă a ametecului de beton

Transportarea amestecului de beton la locul de turnare trebuie făcută prin instalații de pompare a betonului (Figura 5.4). Schema ”macara-benă de beton” este permisă de a fi utilizată ca opțiune de rezervă.

Figura 5.4 – Schema de distribuție a amestecului de beton pe verticală [7]

În perioada de iarnă este necesar să se instaleze o încăpere temporară încălzită în care să fie instalația de pompare a betonului, să se încălzească conducta de betonare cu șorțuri de protecție și să se ia alte măsuri pentru a menține temperatura amestecului de beton în timpul procesului de transportare și distribuție.

Pentru distribuția amestecului pompat, ar trebui să se folosească brațele de distribuție autonome mobile cu ramurile portabile (Figura 5.5). Alegerea brațelor de distribuție se face în timpul elaborării DTOC și PTEL.

Sistemul cu brațe de distribuție a betonul permite lucrul la orice obiect și în orice fază a costrucției. La etapa inițială de construcție, se utilizează un braț independent cu o coloană de susținere pentru betonarea plăcii de fundație și a primelor etaje. Odată cu ridicarea clădirii, săgeata de ditribuție se ridică prin golurile de planșeu pentru a transporta betonul la etajele superioare utilizând un dispozitiv hidraulic de ridicare. Pe șantierele cu suprafețe mari de betonare, brațul de distribuție poate fi reinstalat rapid dintr-o coloană de susținere în alta.

Metodele de transportare, distribuție, punere în operă și compactare a amestecului, lucrabilitatea amestecului de beton, grosimea și direcția straturilor ce urmează a fi turnate, suprapunerea admisibilă a straturilor (următorul strat de beton trebuie turnat înainte de începerea prizei stratului anterior), debitul necesar al amestecului de beton, necesitatea de cofraj, mecanizarea și forța de muncă trebuie să se conformeze celor specificate în PTEL.

Figura 5.5 – Brațe de distribuție a amestecului de beton cu ridicare hidraulică pe săgeată de macara

Raza de acțiune a pompei de beton staționare variază între 220-300 m pe orizontală și 40-50 m pe verticală. La distanțe sau înălțimi mai mari se utilizează 2-3 pompe consecutive.

Betonele de înaltă rezistență

Dezvolatarea betoanelor pentru clădirile înalte merge spre creearea betoanelor grele de înaltă rezistență (, ) și betoanelor ușoare de înaltă rezistență (, ).

Eficiența obținută la utilizarea betoanelor de înaltă rezistență se datorează faptului că, la un cost mai ridicat a acestui material în comparație cu betonul de calitate inferioară, secțiunea transversală de rezistență a structurii de susținere cerută este redusă. Cel mai mare efect este obținut atunci când se utilizează betoane grele de înaltă rezistență la construcția coloanelor prin reducerea numărului barelor de armătură și reducerea secțiunii transversale a acesteea. Utilizarea betoanelor ușoare cu rezistență ridicată este cea mai eficientă la realizarea plăcilor de planșeu și a structurilor de închidere a clădirilor înalte, în timp ce, odată cu reducerea masei construcției, utilizarea betoanelor ușoare de înaltă rezistență duc la reducerea zgomotului, consumului de energie și căldură în timpul exploatării clădirii.

Cerințele ridicate pentru consturcție și proprietățile tehnologice ale betonului pentru construcțiile înalte provoacă abordări speciale în dezvoltarea compozițiilor tehnologice, ceea ce presupune o înăsprire a cerințelor pentru materiile prime la prepararea betonului. Diferența esențială a betonului pentru edificarea clădirilor înalte este creșterea consumului de ciment (400-500 kg/m3), utilizarea agregatelor foarte dispersate și utilizarea modificatorilor complecși pe bază de aditivi minerali activi și agenți tensioactivi organici. Se impun cerințe mai stricte compoziției mineralogice a cimentului, a activității sale și a suprafeței specifice. O condiție prealabilă este utilizarea agregatelor de înaltă calitate.

Pentru betoanele grele și cu rezistență ridicată, se preferă bazaltul, petrișul diabazat și nisipul de cuarț, în tip ce pentru materialele ușoare sunt subliniate materialele în formă de sferă pe bază de alumino-silicați și silicați naturali și artificialei.

Tendința globală de a îmbunătăți calitatea betonului, ca material cel mai fregvent în construcții, este combinarea calităților pozitive a tipurilor de betoane grele și ușoare. Adică o scădere a densității medii și o creștere a rezistenței betonului va oferi posibilitatea unei combinații a proprietăților structurale și termoizolante ale acestor materiale.

Betonul ușor de înaltă rezistență este un beton granular care nu conține agregate grosiere. Scăderea densității medii se realizează datorită particulelor sferice de dimensiune micrometrică reprezentând dioxidul de carbon într-o carcasă solidă neporoasă. În combinație cu componentele selectate ciment-minerale a betonului și a aditivilor modificatori, materialul de umplutură formează în același timp o structură densă și solidă cu porozitate închisă saturată.

Utilizarea betonului ușor de înaltă rezistență în construcții permite:

reducerea greutății clădirii și creșterea numărului maxim de etaje (până la 40 %) datorită densității medii scăzute;

reducerea cerințelor pentru terenul de fundație și fundație – reducerea costului de lucru pentru ciclul zero cu 2-2,5 ori;

reducerea consumului de materiale pentru construcții datorită economisirii armăturii din beton;

îmbunătățirea eficienței energetice a clădirii în timpul funcționării acesteia (economii de energie la încălzire);

reducerea costurilor de transport și de lucrări de montare datorită utilizării echipamentului cu capacitate mai mică de ridicare;

reducerea costului de 1 m2 de locuire în clădirea înaltă cu 30 %.

Eficiența generală a consturcției datorită utilizării produselor din beton ușor de înaltă rezistență este mărită cu 30-35 %.

Betoanele ușoare de înaltă rezistență sunt compoziții ale materialelor compozite cu granulație fină multicomponentă pe liantul de ciment. Compoziția și consumul componentelor sunt selectate astfel încât să aigure o rezistență ridicată a fazei dispersate și a mediului de dispersie, precum și o aderență ridicată la interfață.

Turnarea amestecului de beton autocompactant

Lucrările de betonare cu utilizarea amestecului de beton autocompactant (în continuare BAC) trebuie să fie executate de personal special instruit. Acestea sunt supuse unui control special cum sunt următoarele:

efectul vibrațiilor asupra separării amestecurilor de beton;

viteza de turnare a betonului;

tehnologia de turnare a amestecurilor de beton cu întreruperile tehnologice și efectul întreruperilor asupra calității betonului;

controlul separării amestecului;

tehnologia de turnare a amestecului de beton cu pompa de beton sau bena;

tehnologia de întreținere a betonului.

BAC trebuie turnat în cofraje fară vibrații, deoarece aceasta conduce la separarea amestecului. Trebuie luate în considerare și vibrațiile generate de sursele externe (de la echipamentele din apropiere etc.).

Datorită faptului că, sub greutatea proprie BAC, se răspândește și umple toate golurile în structuri întărite dens și în cofraje, înainte de a turna amestecul, este necesar să se verifice cu atenție etanșietaea și fixarea cofrajului, montarea armăturii în poziția de proiectare. [7]

Tehnologia lucrărilor de cofrare

Sistemele și tehnologiile de cofrare determină în principal ritmul de construcție și complexitatea lucrărilor de betonare. Trebuie avut în vedere că, la o altitudine de peste 100 m, din cauza vânturilor și ceței se reduce vizibilitatea, macaralele nu pot funcționa întotdeauna deplin și se pot folosi maximum 4-5 zile pe săptămână în timp ce trebuie realizat cel puțin un etaj de clădire în acest timp. Prin urmare, la înălțime ar trebuie să se aplice în principal sistemele hidraulice auto-cățărătoare de cofrare. În construcția clădirilor cu înălțimea de 20 – 30 de etaje, pentru construcția unui cadru monolit putem utiliza tehnologia de cofrare tradițională (Figura 5.6).

Figura 5.6 – Realizarea clădirii cu înălțimea de 20 de etaje cu utilizarea sistemelor de cofraj tradiționale (or. Dubai, 2008) [8]

Cu toate acestea, ridicarea structurilor în astfel de sisteme de cofraje nu pot depăși 3 – 4 etaje pe lună și necesită dezvoltarea unor tehnologii speciale pentru lucrările de cofrare și asigurarea condițiilor sigure de muncă. În construcția clădirilor cu înălțime mai mare de 30 de etaje, este necesar să se aplice cofrajul cățărător cu acțiune hidraulică. [8]

Alegerea sistemului de cofraj

La edificarea clădirilor înalte este necesar să se aleagă cele mai raționale seturi și tipuri de cofraje. Cofrajul și tehnologia cofrării trebuie să asigure cicluri de betonare de cel mult 5-8 zile pentru execuția structurilor monolite de pe nivel.

Tipul cofrajului este selectat pentru complexitatea structurilor monolite ale unei clădiri înalte în funcție de următoarele criterii:

uniformitatea secțiunii transversale a structurilor verticale;

modificarea pe înălțimie a grosimii pereților structurali;

modificarea axelor pereților pe înălțimea clădirii;

modificarea înălțimilor pe etaje;

posibilitatea unor pereți oblici pe înălțimea clădirii;

diferența dintre soluțiile structurale ale cadrului pe etajele clădirii;

viteza de construcție a clădirii;

posibilitățile și încărcarea macaralelor și ascensoarelor de ridicare a încărcăturii;

numărul de etaje.

Având în vedere aceste criterii, ar trebui utilizate sisteme de cofraje speciale:

cofraje auto-cățărătoare și platforme de cofraj speciale pentru clădirile de peste 25 de etaje;

sistemele de cofraje cățărătoare demontabile pentru clădirile de până la 25 de etaje;

sistemele de cofraje cățărătoare demontbile pe montanți pentru clădirile cu înălțimea de 15 – 40 de etaje.

Alegerea tipului de cofraj ar trebui făcută în faza de proiectare a clădirii. Cofrajele pentru obiect trebuie să fie aduse în seturi complete. Alegerea cofrajului este determinată de dimensiunile structurilor betonate și de metoda de betonare. La elaborarea PTEL și fișelor tehnologice de fixare a cofrajului, trebuie să ne bazăm suplimentar și pe acțiunile de încărcare din vânt.

Pentru pereții monoliți, se utilizează cofraje în cadru cu scuturi pe înălțimea etajului sau cofraj pe grinzi de lemn. Scuturile mai mici pot fi folosite ca elemente suplimentare. Pentru pereți și structuri de dimensiuni mici ar trebui să se utilizeze cofraje mici.

Planșeele monolitie sunt construite în cofraje pe suporturi telescopice sau tuneluri de sprijin. Pentru execuția planșeelor, ar trebui folosit un cofraj cu cap de cădere al popului telescopic, elementul format al căruia este o placă de cofraj ușor. Acest tip de cofraj permite economisirea spațiul de ocupat pentru depozitarea cofrajului, ceea ce este important la edificarea clădirilor înalte (Figura 5.7).

Figura 5.7 – Schema sistemului de cofraj cu cap de cădere al popului telescopic: 1 – pop telescopic cu cap de cădere; 2 – panouri de cofraj pentru planșeu; 3 – grindă de cofraj; 4 – cărucior pentru transportarea panourilor de cofraj [8]

Masa de cofraj este utilizată pentru construcția de planșee monolitice ale clădirilor înalte cu dispozitive pentru rularea meselor pe marginea suprapunerii.

Pentru execuția nucleelor centrale de rigiditate a clădirilor înalte, care sunt și puțurile de ascensor se utilizează cofraje speciale. Cofrajul puțului de ascensor turnat monolit trebuie să permită decofrarea părților interioare închise ale peretelui și să aibă o platformă de lucru în interiorul puțului. [8]

Sistemul de cofraj cățărător – demontabil

Principala zonă de aplicare a cofrajului cățărător – demontabil este edificarea nucleelor de rigidizare a clădirilor înalte și pereții monoliți exteriori. Cofrajul permite lucrul pe suprafațe mari. Mișcarea simultană a schelelor și a cofrajului cățărător într-un singur bloc permite evitarea depozitării intermediare a cofrajului în timpul trecerii de la un nivel la altul pe înălțimea clădirii. Cofrajele cățărătoare – demontabile trebuie să includă următoarele elemente de bază (Figurile 5.8):

panouri de cofraj interioare;

panouri de cofraj exterioare;

schele montate pentru betonare;

schele de lucru;

schele inferioare.

Figura 5.8 – Schema de instalare a cofrajului cățărător-demontabil pentru pereții exteriori: 1 – panou de cofraj exterior; 2 – panou de cofraj interior; 3 – platforme de betonare; 4 – platforme de lucru; 5 – platforme de lucru inferioare; 6 – construcție monolită [8]

Setul de cofraj cățărător folosește orice sistem de cofraj de inventar destinat execuției pereților monoliți.

Figura 5.9 – Schema de montare a cofrajului cățărător-demontabil: a – montajul platformelor de lucru; b – ridicarea panoului interior de cofraj la poziția de proiect; c – ridicarea panoului exterior de cofraj la poziția de proiect; d – montarea armăturii [8]

Deplasarea cofrajului la un alt nivel de betonare se efectuează cu ajutorul unei macarale în următoarea consecutivitate (Figura 5.9):

demontarea panourilor interioare de cofraj;

se desprind de peretele de beton panourile exterioare de cofraj;

îndepărtarea cofrajului pentru deschiderile de ferestre;

cu o macara se deplasează unitatea de cofrare cu schela la următorul nivel de betonare și se fixează cu un mecanism de ancorare;

se execută armarea structurii monolitie;

se montază cofrajul pentru formarea golurilor de uși și ferestre, panourile de cofraj interioare și exterioare.

Ancorarea elementelor de cofraj trebuie să asigure fixarea fiabilă a cofrajului cățărător la structura de beton. Rezistența betonului în structurile monolitie la încărcarea nodului de ancorare trebuie specificată de furnizorul sistemului de cofrare. O schemă a dispozitivului ansamblului de ancorare este prezentată în Figura 5.10.

La edificarea nucleelor de rigiditate, se utilizează un cofraj cățărător într-un set cu un dispozitiv de blocare internă și cu schele pentru interiorul puțului de ascensor. Sistemul de cofrare ar trebui să includă următoarele elemente de bază (Figura 5.11):

blocaje interioare în formă de L e scuturile de cofraj;

colțuri interne detașabile;

panouri de cofraj exterioare;

platforma de lucru a cofrajului puțului de ascensor cu fixări de auto-blocare;

schele montate pentru betonare;

schele de lucru;

schele inferioare;

cofraj pentru deschiderile de uși.

Utilizarea cofrajului cățărător pentru edificarea puțului de ascensor asigură edificarea nucleului de rigiditizare cu inaintarea acestuia față de cadrul perimetrului cu câteva etaje.

Figura 5.10 – Schema de instalare a nodului de ancoraj: 1 – platformă de lucru; 2 – nod de ancoraj; 3 – element de asigurare; 4 – perete monolit [8]

Figura 5.11 – Schema de instalare a cofrajului cățărător-demontabil pentru realizarea puțului de ascensor: 1 – panouri de cofraj interioare; 2 – panou de cofraj exterior; 3 – platforme de betonare; 4 – platforme de lucru; 5 – platforme inferioare; 6 – platforme de lucru interioare cu sistem de auto-fixare [8]

Pentru edificarea structurilor monolitie este necesar să se folosească un cofraj cățărător care să fie deplasat vertical de-a lungul unor montanți de ghidaj, ce va permite montarea acestuia în siguranță la viteze mari ale vântului la înălțime, datorită ancorării de construcție a montanților cu deplasarea unității de cofraj pe aceștia (Figura 5.12) .

Montanții de ghidaj sunt fixați pe pereții exteriori folosind dispozitive de ancorare. Schema de montare a montanților pentru pereții monoliți este prezentată în Figura 5.13. Cofrajele sunt deplasate la un alt nivel de betonare de-a lungul montanților de ghidare folosind o macara în următoarea secvență (Figura 5.14):

demontarea panourilor interioare de cofraj;

se desprind de peretele de beton panourile exterioare de cofraj la o distanță de 20-40 cm; cu ajutorul unei macarale, unitatea de cofrare este ridicată de-a lungul montanților de ghidaj până la următorul nivel de betonare. Montanții de ghidaj se deplasează în sus între mecanismele gravitaționale. Când se trece la următorul nivel, mecanismul gravitațional stabilește în mod fiabil unitatea de cofrare la altitudinea cerută (Figura 5.15);

armarea structurii;

montarea panourilor de cofraj exterioare;

dacă este necesar se introduc în cofraj elementele pentru golurile de ferestre;

montarea panourilor de cofraj interioare;

betonarea structurii.

Figura 5.12 – Schema cofrajului cățărător cu deplasarea acestuia pe montanți de ghidaj: 1 – panou de cofraj interior; 2 – platforme de betonare; 3 – platforme de lucru; 4 – platforme inferioare; 5 – platforme pentru armare; 6 – montnți de ghidaj [8]

Figura 5.13 – Schema de fixare a montanților de ghidaj cofrajului cățărător de peretele monolit: 1 – perete monolit; 2 – ancoră; 3 – toc; 4 – mecanism gravitațional; 5 – montant de ghidaj [8]

În construcția clădirilor înalte, este necesar să se utilizeze montanții de ghidare cu împrejmuiri de protecție și schele mobile. Instalarea unei îngrădiri de protecție de-a lungul conturului frontului de lucru trebuie să asigure securitatea lucrătorilor împotriva influențelor atmosferice adverse (Figura 5.16).

Sistemul de cofraj cățărător – demontabil permite deplasarea în siguranță a întregii unități de cofraj cu macaraua. Eficiența utilizării cofrajului glisant pentru construcția clădirilor înalte se datorază unei creșteri a ritmului de construcție, reducând intensitatea forței de muncă la instalarea cofrajului. De asemenea acest sistem de cofraj permite obținerea calității necesare de lucru. [8]

Figura 5.14 – Schema de deplasare a cofrajului cățărător pe montanți: 1 – perete monolit: 2 – panou de cofraj interior; 3 – panou de cofraj exterior; 4 – montanți de ghidaj [8]

Figura 5.15 – Succesiunea de deplasare a cofrajului pe montanți: a – poziția inițială; b – ridicarea cofrajului cu ajutorul macaralei; c – rotirea mecanismului gravitațional de blocare; d – poziția finală; 1 – toc; 2 – montant de ghidaj; 3 – mecanism gravitațional [8]

Figura 5.16 – Schema îngrădirii de protecție pe conturul frontului de lucru: 1 – planșeu monolit; 2 – pop telescopic; 3 – grinzi de ghidaj; 4 – nod de ancoraj; 5 – împrejmuire de protecție; 6 – platformă

Cofrajul auto – cățărător

Cofrajul auto-cățărător se deplasează pe vericală datorită acționării hidraulice, indiferent de funcționarea macaralei, și se caracterizează printr-o siguranță maximă pe parcursul întregului ciclu de lucru datorită schelelor de lucru închise pe toate laturile (Figura 5.17). Scopul principal al cofrajului auto-cățărător – construcția nucleelor de rigidizare și a pereților exteriori.

Sistemul de cofraj auto-cățărător trebuie să includă următoarele elemente principale:

panouri de cofraj pentru pereți interiori și exteriori;

schele montate pentru betonare;

schele de lucru și schele inferioare (numai pentru cofrajele nucleelor și pereții exteriori);

o platformă de lucru cu sistem de auto-blocare (pentru cofrajul nucleelor);

cadrele de ușă introduse în cofraj (pentru puțul de ascensor);

cadrele de ferestre (pentru pereți exteriori);

sistem hidraulic de ridicare;

montații de ghidaj și mecanisme de ancorare;

nodul mobil de reglare.

Figura 5.17 – Schema cofrajului autocățărător: 1 – panou de cofraj exterior; 2 – platforme de lucru; 3 – platforme inferioare; 4 – platforme de betonare; 5 – rinzi de ghidaj; 6 – ancoră; 7 – cricuri hidraulice; 8 – toc cu mecanism gravitațional; 9 – perete monolit [8]

În plus, sistemul de cofrare poate fi echipat cu schele pentru lucrări de armare. Un astfel de sistem de schelă permite lucrul simultan la mai multe nivele, cu armarea care trebuie efectuată cu inaintare.

Sistemul hidraulic asigură ridicarea automată a sistemului cofrajelor modulare la o viteză de până la 20 cm/min. Capacitatea de încărcare a fiecărui montant de ghidare a modulelor este de 5-10 tone, înălțimea de proiectare care trebuie cofrată este de până la 5,50 m. Echipamentul hidraulic pentru ridicarea cofrajului constă din stații de pompare automate, supape hidraulice din țevi de înaltă presiune, cricuri hidraulice cu un regulator automat de nivel orizontal. La elaborarea PTEL și FT trebuie luate măsuri pentru a asigura siguranța la introducerea echipamentului hidraulic, deplasarea și lucrul cu acesta. Acest tip de muncă trebuie să fie efectuat de organizații specializate.

Înainte de instalarea și ridicarea cofrajului, echipamentul hidraulic trebuie testat. La testarea echipamentelor hidraulice, trebuie luate următoarele măsuri:

curățarea echipamentului de influxul de beton, murdărie și grăsime;

verificarea conexiunilor filetate;

verificarea integrității comunicațiilor conductei stației de pompare, a instalațiilor electrice, a aparatelor hidraulice și electrice;

testarea cricurilor la etanșeitate.

Înainte de montarea instalațiilor hidraulice, toate părțile conductei și de armare trebuie sortate în funcție de dimensiunile standard conform marcărilor și în funcție de desenele tehnice a echipamentelor hidraulice. Instalarea fiecărei rețele de distribuție trebuie realizată în funcție de proiect. Este interzisă dezasamblarea echipamentelor hidraulice și a echipamentelor electrice de stați de pompare fără necesități speciale.

La ridicarea cofrajului cu cricuri hidraulice, sistemul hidraulic trebuie să fie întreținut de către lucrători care au o pregătire specială și sunt autorizați să opereze echipamente hidraulice.

Figura 5.18 – Cofraj autocățărător la realizarea unei clădirii înalte în or. Moscova (Rusia, 2008)

Cofrajele auto-cățărătoare rezolvă problemele de cofrare și decofrare mecanică a structurilor, mișcarea mecanică a cofrajului pe înălțime, asigură condiții de lucru sigure cu o protecție maximă împotriva vântului (Figura 5.18). Cofrajul poartă un caracter individual, proiectat și fabricat pentru un obiect specific. Pentru clădirile deosebit de complexe se dezvoltă proiecte speciale cu coordonarea deplasării pe înălțime a cofrajului, a brațului de distribuție hidraulică și a macaralelor individuale situate pe cadrul construcției. [8]

Tehnologia de montare și sudare a elementelor de armătură

Lucrările de armare în timpul construcției structurilor din beton armat monoliti trebuie să respecte reglementările tehnice actuale și cerințele din această secțiune. Lucrările de armare sunt permise după acceptarea geodezică a cofrajului.

Lucrările pregătitoare, de asamblare și de sudare trebuie să fie efectuate conform fișelor tehnologice, ținând cont de specificul construcției înalte. Cerințele pentru îmbinările fără sudură cu ajutorul elementelor adiționale ar trebui stabilite în documentația proiectului.

Instrucțiunile de proiect privind gradul de strângere a barelor de armătură, acuratețea lor de asamblare, schemele zonei de instalare, tipurile și volumele de control al calității trebuie să fie prevăzute în PTEL.

Materialele și produsele livrate obiectului trebuie să fie însoțite de documente de calitate (certificatul producătorului). Este necesar ca marcajele să fie disponibile pentru inspecție, ambalarea în recipiente cu etichete și inscripțiile necesare. Produsele nu trebuie deteriorate în procesul de transport, depozitare și montare în poziția de proiectare. Fiecare lot de armătură trebuie să dețină certificate de conformitate și, în plus, să fie supus controlului proprietăților sale mecanice de către laboratoare independente de testare specializate acreditate în modul prescris.

După validare, barele de armătură pentru prelucrare se depozitează pe rafturi sub o magazie sau în depozite închise, sortate după marcă, diametru, lungime și loturi individuale (care urmează să fie livrate). Inscripțiile de pe etichetele stocate ar trebui să fie clar vizibile.

La edificarea clădirilor înalte din beton armat monolit ar trebui să se aplice metode de armare legate în condițiile de construcție. Pentru a mecaniza procesul de legare a armăturii, ar trebui folosite pistoale speciale.

Armăturile trebuie montate astfel încât pozițiile finale să se încadreze în toleranțele cerute. Precizia instalării carcaselor de armare ar trebui să respecte cerințele normelor actuale și documentației de proiect. Stratul de protecție din beton în raport cu armarea trebuie prevăzut cu dispozitive de fixare din plastic. La construcția clădirilor înalte în condițiile de șantier, pe lângă îmbinarea armăturilor, pentru a conecta armăturile este necesar să se utilizeze racorduri mecanice cu filet.

În cazul îmbinări armături de duritate înaltă prin legare , trebuie să se realizeze cu ajutorul unor dispozitive adiționale (bucșe, cuplaje cu șuruburi, suporturi sertizate) pentru a asigura performanțe în conformitate cu cerințele normelor în vigoare. În cazul îmbinărilor menționate mai sus se vor elabora desene separate de lucru pentru conexiunile de mai sus cu cerințele structurale și tehnologice necesare pentru pregătirea elementelor de îmbinare (valorile golurilor, toleranțelor, excentricităților, calității suprafețelor finale), indicând valorile proprietăților mecanice, precum și metodele de control al calității, dimensiunile eșantioanelor, normele privind defectele admise și regulile de acceptare.

Sudarea directă pe platforma de montare trebuie minimizată, deoarece sudarea dăunează suprafața punții, ceea ce reduce calitatea feței betonului. Sudarea armăturilor și a produselor încorporate trebuie efectuată în conformitate cu instrucțiunile PTEL și FT.

Gestionarea lucrărilor de sudură și a producției lor pe șantiere trebuie să fie efectuate de persoane care au o școală în efectuarea lucrărilor de sudură, o diplomă corespunzătoare și au trecut certificarea. Încercările pentru testare de certificare a armăturilor trebuie să fie incluse în pachetul de documentație. La întocmirea raportului de acceptare a armăturii montate (proces verbal ascunse), pe lângă verificarea dimensiunilor sale de proiectare, se verifică calitatea lucrărilor efectuate, prezența și localizarea armăturilor, amplasarea îmbinărilor de armare. [4, 8]

Caracteristicile coloanelor din beton armat cu armătură rigidă din țeavă metalică

Realizarea clădirilor înalte, având o masă semnificativă și forma unei pânze, combinate cu condițiile climatice dure și încărcări semnificative din acțiunea vântului, implică cerințe mai stricte pentru construcția și proprietățile tehnice ale structurilor, produselor și materialelor utilizate.

În ultima perioadă, mai des întâlnite devin coloanele sau învelișurile nestructurale din beton armat, iar sistemul combinat din cadre cu nucleu central de rigidizare din beton armat monolit și cadru sub forma unui contur periferic cu coloane structurale sunt combinate cu grinzi de echilibrare (centuri ce antrenează toate elementele perimetrale), situate la fiecare 15-25 de etaje ale clădirii.

După acest sistem au fost construite turnurile Twin Petronas Towers din Kaula-Lumpur (Figura 5.19), Turnul Sear Tower din Chicago, clădirea Jin Mao Tower din Shanghai (Figura 5.20) și multe altele.

În Kazahstan, de exemplu, folosind tehnologia betonului cu armare rigidă din țeavă laminată metalică (BAR) în prezent se edifică complexul Manhattan Kazakhstan, or. Almaty cu suprafața de 2,9 milioane m2. Foarte importantă este utilizarea în aceste exemple sistemele structurale sub formă de cloane din beton armat cu armărură rigidă din profile laminate și din țeavă umplută cu beton. Cele mai răspândite în ultimele decenii sunt coloanele din țeavă umplute cu beton.

Figura 5.19 – Turnurile gemene Twin Petronas Towers în Kaula-Lampur, Malaysia: 452 m

Figura 5.20 – Clădirea Sear Tower în Chicago, SUA: 441,96 m și clădirea Jin Mao Tower în Shanghai, China: 420,62m

Betonul armat cu armătură rigidă din țeavă metalică are o capacitate portantă extrem de ridicată în raport cu secțiunea transversală redusă, fiind un exemplu de combinație optimă dintre metal și beton (Tabelul 5.1).

Tabelul 5.1 Comparația dintre materiale pentru o coloană cu încărcarea de 15 MN [9]

În același timp, țevile din oțel îndeplinesc rolul de cofraj permanent în timpul turnării betonului, asigurând o armare atât longitudinală cât și transversală, percep încărcările în toate direcțiile și sub orice unghi. Betonul din țeava metalică se află în condiții de compresiune totală și, într-o astfel de stare, rezistă unei tensiuni substanțial mai mari decât în cazul rezistenței prismatice. Aceste structuri sunt deosebit de eficiente la tensiuni mari, cuexcentricități relativ scăzute.

Pentru structurile cu deschideri mari și clădirile înalte, faptul că structurile din beton armat sunt capabile să suporte sarcini considerabile în condiții extreme pentru o lungă perioadă de timp, spre deosebire de structurile din oțel și beton armat, care își pierd imediat capacitatea portantă în astfel de condiții, este deosebit de importantă.

Construcția din beton cu armătură rigidă din țeavă metalică – scheltul clădirii – poate fi considerată ca un sistem de coloane BAR din țeavă, plăci de planșeu și elemente de legătură pentru interconectarea coloanelor cu planșeu (noduri de intersecție). Coloanele sunt realizate și conectate de placile de planșeu direct pe șantier, cea ce accelerează și simplifică în mod semnificativ montarea, precum și îmbunătățește condițiile de edificare, în special a clădirilor înalte.

Figura 5.21 – Intersecția coloanelor cu plăcile de planșeu și plasarea grinzilor pentru insfrastructură (a) și suprastructură (b): 1,2 – cofraj permanent a coloanei în zona inferioară și superioară; 3 – clemă pentru amplasarea barelor de armătură a plăcii de planșeu; 4 – Grindă metalică de profil I; 5 – inel de conectare; 6 – grindă: 7 – zonele de monolitizare la intersecția grinzilor [9]

Astfel, în special, a fost dezvoltat un element de legătură nodal sub forma a trei cilindri din oțel tubular compus din: cilindru superior, de mijloc și inferior (Figura 5.21). Cilindrii inferiori și superiori au diametre compatibile cu diametrul cilindrului de mijloc. Cilindrul tubular de mijloc are diametrul exterior de 1,01–1,015 ori mai mare decât diametrul exterior al țevii inferioare umplute cu beton, iar cilindrul superior al elementelor de conexiune se potrivește cu tubul din oțel nou, în care capătul liber superior al tubului pentru următoarele elemente de legătură nodale se suprapun, și așa mai departe, până se atinge înălțimea neceară a clădirii.

Pe măsură ce înălțimea structurii crește, dimensiunile secțiunii transfersale ale țevilor pot fi reduse discret prin găuri ale căror axe sunt situate în mijlocul înălțimii suprafeței laterale a cilindrului pentru a intra în aceasta grinzile orizontale, de exemplu din țevi goale cu secțiune dreptunghulară.

După instalarea cadrului, se toarnă betonul de înaltă rezistență în interiorul țevilor până la nivelul bazei inferioare a țevii superioare. După întărirea betonului, utilizarea unor astfel de elemente de îmbinare nodală în structurile din țevi umpulte cu beton permite reducerea lucrului intensiv a resurselor umane de muncă în timpul construcției, eliminând necesitatea unei precizii ridicate la tierea capetelor țevilor de oțel pentru a asigura o îmbinare precisă, substanțial reducând lucrările de sudură, timpul de edificare și costurile scheletului, inclusiv cu mărirea rezistenței și capacității portante a structurii.

O răspândire mai largă a acestui tip de structură se întâlnește în Republica Populară Chineză la edificare după metoda Top-Down, unde BAR-din țeavă este utilizat pentru construcția sistemelor structurale verticale.

Construcțiile din BAR din țeavă mealică sunt construcții complexe, constând dintr-o conductă de oțel (cofraj permanent) și un miez din beton. Rezistența miezului constrâns de țeava metalică, crește de la 1,2–1,3 ori în comparație cu betonul armat cu bare de armătură. În loc de contracția așteptată, betonul se umflă în țeavă și se menține de-a lungul multor ani.

Motivul pentru care betonul se umflă este lipsa schimbului de umiditate între beton și mediul extern. Mărimea deformărilor longitidinale de contracție este foarte mică și este egală cu . Acest factor determină avantajele BAR din țeavă metalică în comparație cu betonul armat ridicat în cofraje din panouri. Viteza de construcție a nucleelor de rigidizare a clădirii nu trebuie să râmână în urma intensității lucrărilor pentru structurile verticale și orizontale a clădirii. Dezvoltarea proceselor distructive în beton se opresc în primele 2-3 zile, în tip ce în betonul armat obișnuit progresează în timp. [9]

Tehnologia precomprimării planșelor din beton armat

Coloanele din BAR sunt montate în combinație cu plăcile de planșeu, iar dacă este necesar, cu nucleul vertical al clădirii pe baza betonului armat pretensionat, realizat în timpul construcției prin tensionarea elementelor longitudinale de armătură ”pe beton” fără aderență la beton (postîntidere) prin tehnologia DYWIDAG, GTI, implementată în țările dezvoltate acum 30 de ani. Această tehnologie, care este în prezent utilizată pe scară largă în SUA, Canada, Spania, Emeratele Arabe Unite și Germania, aplică un sistem de asigurare a capacității portante pentru deschiderile mari a structurilor flexibile din beton armat.

De exemplu, GTI (General Tehnologies Inc.,SUA, or. Houston) furnizează anual sisteme complete pentru producția de beton armat precomprimat, cu o suprafață totală de 5 milioane de m2.

Această tehnologie de realizare a planșeelor permite eliminarea sistemului de grinzi, ceea ce complică în mod semnificativ procesul de construire a clădirii înalte, asigurând, cu o grosime mică a plăcii de planșeu, capacitate portantă ridicată și posibilitatea unei conlucrări eficiente a cadrului clădirii în ansamlul: stâlpi (coloane) structurali – placa de planșeu – fundație.

Caracteristicile deosebite ale tehnologii GTI sunt utilizarea eficientă a metalului (cabluri și plăci de susținere), betonului și plasticului (căptușeli, carcase de protecție pentru oțel, elemente goale pentru sistemele de tensionare). [9]

Figura 5.22 – Elementele sistemului GTI în varianta unbond de precomprimare a betonului [9]

Figura 5.23 – Elementele sistemului GTI în varianta bond de precomprimare a betonului (or. Houston, SUA) [9]

Sunt dezvoltate două variante pentru pecomprimarea betonului armat. Prima (unbond) constă în armarea produsului de beton cu cabluri de oțel, acoperite cu un înveliș polimeric continuu (Figura 5.22). Cablul se aduce din fabrică pe șantier într-un înveliș din plastic cu un strat de compoziție lubrifiantă.

După întinderea betonului întărit, cablul rămâne în învelișul polimeric, care separă betonul întărit de impactul cablurilor tensionate, iar apoi în timpul exploatării – de efectele sărurilor, curenții electrici care pot provoca coroziunea cablurilor de oțel și pot slăbi tensiunea.

A doua variantă (bond) constă într-un cablu de oțel sau fascicul de cabluri, plasate într-un tub gofrat de formă cilindrică sau eliptică, plasat în corpul structurii de beton (Figura 5.23). În astfel de tuburi sunt plasate cabluri care sunt de asemenea tensionate cu dispozitive speciale de întindere, după care interiorul tuburilor polimerice ocupate de cablurile de oțel este umplut cu o soluție specială de întărire rapidă. În acest caz, este obținută izolarea completă a metalului tensionat de procesele de schimb a betonului cu mediul extern, iar corpul din beton este structurat prin compoziții din legături de cabluri, monolitizate cu o soluție de întărire rapidă de înaltă rezistență.

Toate cablurile sistemului GTI înainte de turnarea betonului sunt susținute pe scaune speciale de plastic, care, în funcție de înălțime, asigură nivelul de tensiune corespunzător al cablurilor de armare în elementul de beton. [9]

Caracteristicile tehnologice pentru edificarea clădirilor din beton armat monolit la temperaturi extreme

Utilizarea betoanelor de înaltă rezistență, bazate pe utilizarea modificatorilor care conțin dioxid de siliciu, superplastificatoare, emulsii siliconice și alți aditivi la consumul de ciment până la 500 kg/m3 asigură întărirea intensivă în termenii timpurii de întărire.

Paramentrul principal care afectează intensitatea atingerii rezistnței betonului și caracterizează eficiența tehnologiei este nivelul expunerii la căldură ca mijloc de accelerare a reacțiilor de hidratare chimică a cimentului. De asemenea, determină natura migrației umidității nelegate chimic și determină o scădere a proceselor distructive, a concentrației de tensiuni, a deformărilor plastice și a altor fenomene.

Într-un sistem complex de întărire a betonului se pot distinge trei subsisteme, care determină natura transferului de masă termică, procesele de formare a structurii și starea de tensiuni. Este necesar ca aceste subsisteme să fie considerate într-o relație generală, deoarece simplificarea sau excluderea uneia dintre ele conduce la abateri semnificative nu numai în intensitatea formării caracteristicilor fizice și mecanice ale materialului, ci și în indicatorii de omogenitate și durabilitate a elementelor structurale.

Câmpurile de temperatură și, în special, gradienții de temperatură care contribuie la migrarea intensivă a apei nelegate chimic în regiunea temperaturilor scăzute au o influență decisivă asupra formării structurii betonului. Această circumstanță este extrem de importantă pentru betoanele cu un raport de apă-ciment scăzut (0,25-0,3), pentru care acestea duc la dezvoltarea unor procese ditructive și la formarea deformărilor de contracție. [4]

Menținerea termică a construcțiilor masive

Construcția coloanelor stâlpilor monoliți cu volumul de până la 10 m3, se realizează în cofraje cu structuri portante din grinzi sau ferme de lemn și punți de placaj.

Formarea câmpurilor termice se realizează datorită hidratării cimentului prin dezvoltarea succesivă a miezului de temperatură și a deversării sale pe suprafețele de cofraj. Uniformitatea acestora se realizează prin crearea de ecrane de temperatură datorită: încălzirii periferice a straturilor amestecului adiacent cofrajului utilizând fire de încălzire, cofraje izolate și termoactive, prin crearea unei bariere de temperatură utilizând generatoare de căldură și camere care asigură un mod ”moale” de întărire a betonului.

Cea mai avansată din punct de vedere tehnologic este utilizarea generatoarelor de căldură, ale căror putere este aleasă ținând cont de temperatura aerului exterior și de viteza fluxului de aer, care determină nivelul pierderilor de căldură. Pentru a asigura o distribuție uniformă a câmpurilor de temperatură , se efectuiază un ciclu de lucru pentru a izola elementele proieminente ale carcaselor de armătură, precum și pentru a încălzi spațiul între punte și alte deschideri înainte de a turna amestecul de beton.

Controlul de întărire se realizează prin îndepărtarea indicatorilor de temperatură în părțile centrale și periferice ale structurii. Procedura de control al temperaturii și capacității de rezistență se reflectă în reglementările și fișele tehnologice. [1]

Intensificarea capacității de rezistență a planșeelor din beton armat

Efectul defenitoriu asupra formării structurii betonului este perioada de încălzire și răcire. Cea mai răspândită metodă de încălzire este metoda de încălzire prin cabluri, care sunt amplasate în nivelele inferioare și superioare ale plăcilor de planșeu. Pentru a asigura fiabilitatea neceară, se folosesc sisteme redundante de încălzire. În volumul spațiului de cofrare, temperatura este menținută între +25 și +30 șC datorită utilizării generatoarelor de căldură. Atunci când temperatura exterioară a aerului este mai mică de -15 șC, se instalează niște sere încălzite deasupra planșeului monolit și încălzirea spațiului cu generatoare de căldură, emițătoare de raze infraroșii și alte surse de încălzire convectivă.

Rezistența de decofrare a plăcilor de planșeu ar trebui să fie cel puțin 80% Rs, obținută în perioada de exploatare calculată, folosind sisteme de reîncălzire, controlul temperaturii, metode instrumentale și directe pentru evaluarea caractaristicilor de rezistență ale elementelor de planșeu.

Modul de întărire a betonului în cofraje și după îndepărtarea acestuia este prescris în funcție de condițiile specifice de lucru, caracteristicile de proiectare ale structurilor ridicate, rezistența necesară a betonului la decofrare, cerințele documentației de proiect, ținând seama de prevederile normelor tehnice în vigoare.

Figura 5.24 – Schema de instalare a serelor: 1 – generator de căldură; 2 – cabluri de încălzire; 3 – stație de transformare; 4 – cofrajul planșeului; 5 –izolație hidro-termică; 6 – planșeu monolit [4]

Rezistența de decofrare trebuie indicată în documentația proiectului, care nu trebuie să fie mai mică de 5 Mpa în condițiile de lucru pe timp de vară sau valorile rezistenței critice a betonului stabilite pentru condițiile de iarnă în fișele tehnologice. În condiții de vară, principala metodă de întărire a betonului este păstrarea în cofraje cu impermeabilizarea obligatorie a suprafețelor necofrate.

Lucrările de beton la temperaturi negative trebuie să fie efectuate în conformitate cu PTEL. Încălzirea betonului trebuie realizată folosind metoda de încălzire prin cabluri și sere temporare (Figura 5.24). La betonarea în sere, ar trebui folosite generatoare de căldură, ale căror putere este aleasă ținând cont de temperatura exterioară și de pierderile de căldură. [4]

Întreținerea betonului și controlul calității

Pentru a evita uscarea suprafețelor deschise ale structurilor monolite, întreținerea betonului trebuie să înceapă imediat după turnarea amestecului și finisarea suprafețelor structurilor pentru a minimiza riscul de fisurare la suparafață și formarea fisurilor de contracție. Cerințele pentru întreținerea betonului sunt prezentate în Tabelul 5.2.

Decizia privind decofrarea ar trebui să se facă pe baza rezultatelor probelor de control sau a rezultatelor determinării rezistenței structurii de beton prin metode nedestructive. Controlul calității structurilor monolite se realizează în conformitate cu cerințele documentației de proiectare și PTEL.

Tabelul 5.2. Tipul și modul de întreținere a betonului construcțiilor monolite [1]

Realizarea pereților exteriori

Pentru pereții exteriori ai clădirilor înalte, în plus față de cerințele impuse acestora pentru a asigura rezistența, stabilitatea, deformabilitatea, rezistența la fisuri, rezistența la foc și iluminarea suficientă a încăperilor, trebuie:

Să poată prelua diferențiat încărcările din vânt pe înălțimea clădirii;

Să respecte cerințele pentru nivelul de protecție termică, în funcție de poziția pe înălțimea clădirii;

Să păstreze durabilitatea stratului termoizolant, egal cu durabilitatea împrejmuirii exterioare;

Să îndeplinească cerințele de exploatare legate de întreținerea și repararea fațadelor.

În funcție de sistemul structural al clădirii, pereții exteriori sunt împărțiți în structurali și nestructurali. Pereții exteriori nestructurali sunt împărțiți în pereți cortină și autoportanți de nivel.

Pereții cortină includ pereți în care încărcarea verticală din greutatea proprie și sarcina vântului percepută de acestea sunt transmise direct la structurile de susținere ale clădirii. Pereții autoportanți, includ pereți care se sprijină pe plăcile de planșeu și percep încărcarea verticală din greutatea proprie în cadrul unui singur etaj al cădirii, precum și sarcina vântului.

Pereții cortină se utilizează cel mai fregvent. Ei sunt utilizați în clădirile înalte în formă de panouri ușoare, panouri din beton armat și structuri translucide de fațadă. Panourile ușoare au o construcție pe trei straturi, cu straturi interioare și exterioare din oțel, aluminiu, fibră de sticlă, plastic special și alte materiale din foi de tablă, stratul intermediar – o izolație eficientă. Pe conturul panoului – un cadru profilat rigid de profile metalice îndoite. Straturile de foi sunt atașate la un cadru rigid prin îmbinări cu șuruburi.

Panourile sunt realizate în fabrică. Panourile finite sunt montate la cadrul structural și la capetele plăcilor de planșeu. Panourile ușoare sunt utilizate în clădirile administrative ale Hydroproject, CAER (Moscova), în hotelul "Aurora" (Saint-Petersburg) etc.

Figura 5.25 – Pereți cortină ușori de ingrădire în clădirea ”Business Tower” or. Nuremberg: a – fragment de fațadă; b – secțiune transversală; 1 – stratul exterior (sticlă); 2 – stratul mijlociu (cadru din aluminiu); 3 – termoizolare; 4 – perete de beton; 5 – planșeu [5]

Un exemplu de clădire cu îngrădire exterioară din panouri ușoare suspendate este Turnul Business Tower (Nürnberg, înălțime 134 m, arhitecți F. Bifang, P. Dürschinger, Figura 5.25). Straturile interioare și exterioare ale îngrădirii sunt realizate din aluminiu și sticlă, stratul intermediar fiind izolație. Îngrădirile sunt atașate la peretele structural interior din beton armat monolit conectat monolit la plăcile de planșeu dintre etaje. Capetele planșeelor sunt căptușite cu sticlă frituită (umbroasă).

O caracteristică distinctivă a panourilor ușoare este reducerea maximă admisă a greutății (de 12-15 ori mai ușoare decât panourile din beton armat). În consecință, utilizarea acestora reduce încărcarea elementelor structurale, ceea ce este deosebit de important pentru clădirile înalte de peste 45 de etaje.

O variantă a panoului din beton armat este un panou cu trei straturi alcătuit din stratul interior portant, stratul exterior și stratul de mijloc – de izolație. Materialele straturilor interioare și exterioare sunt din beton armat, iar mijlocul este o placă de izolație eficientă.

Legăturile dintre straturile de beton armat ale panoului sunt flexibile sau rigide. În ceea ce privește conexiunile flexibile, se utilizează tije și elemente de conectare din oțel inoxidabil, durata de viață estimată fiind de cel puțin durata de viață a panoului. Legăturile rigide sunt sub formă de nervuri sau dibluri din beton armat. Conexiunile trebuie să asigure distorsiuni de temperatură independente ale straturilor din panou și să aibă o conductivitate termică scăzută. Este de preferat ca în panourile cu trei straturi să se folosească racorduri flexibile. Panourile cu trei straturi sunt executate în fabrică cu înălțimea unui etaj.

Panourile de perete exterioare cu trei straturi sau utilizat în a doua jumătate a secolului al XX-lea. Astfel, în clădirea rezidențială cu 46 de etaje "Poisson" din Paris (1970), pereții exteriori ai panourilor cu trei straturi sunt montate la cadrul clădirii cu elemente înglobate din oțel. Dimensiunile panourilor sunt 0,644×1,58 m. Straturile exterioare și interioare ale panourilor sunt din beton armat, stratul intermediar fiind din polistiren expandat. Pentru a asigura independența deformărilor de temperatură ale straturilor exterioare și interioare în locurile de îmbinare reciprocă, de-a lungul conturului panourilor sunt prevăzute garnituri elastice. Cu același scop, îmbinarea straturilor panoului se face cu ajutorul barelor din oțel inoxidabil (Figura 5.26).

Figura 5.26 – Perete-cortină din beton armat din trei straturi în clădirea rezidențială cu 46 de etaje "Poisson": Costrucția panoului: 1 – stratul exterior; 2 – stratul interior; 3 – strat de polistiren; 4 – tije de legătură; 5 – ancoră pentru prinderea panoului [5]

Pentru a da expresivitate arhitecturală, la schimbarea plasticității fațadei clădirii s-au folosit panouri cu trei straturi, cu o suprafață curbată. Două clădiri rezidențiale cu 33 de etaje ”Orizon”, în orașul Rennes (1971), au panouri din beton armat, încastrate pe un cadru monolit. Suprafața exterioară a panourilor este concavo-cilindrică cu raza curburii de 3,74 m. Dimensiunile panourilor 0,427×0,273 m. Panouri – construcție din trei straturi. Izolație termică din polistiren. Suprafața exterioară a panoului este îmbinată la deschiderea ferestrei cu pante dreptunghiulare pe o suprafață curbată sub formă de elipsă (Figura 5.27). Panourile din beton armat sunt utilizate și în clădirea cu 36 de etaje a hotelului ”Chateau Chaplain” din Montreal.

Construcția panourilor din beton armat este sigură, durabilă și asigură nivelul necesar de protecție termică, dar are o greutate considerabilă. În clădirile înalte, datorită acumulării încărcărilor pe placa de planșeu, utilizarea panourilor din beton armat cu trei straturi este limitată la o înălțime de 40-46 etaje. În construcția modernă clădirilor înalte, devin din ce în ce mai relevante îngrădirile exterioare sub formă de structuri cortină de fațadă translucide (SCFT). Acestea sunt panouri ușoare din profile metalice, din geamuri duble sau triple sigilate cu termopan. Geamurile termopan au o varietate de proprietăți – izolatoare, reflectorizante etc. contribuind la reducerea consumului de energie al clădirii.

Figura 5.27 – Perete-cortină din panouri de beton armat cu suprafața curbată în clădirea cu 33 de etaje ”Horizon”: a – vederea generală a panoului; b – secțiune transversală [5]

Elementele de profil din SCFT poartă și, de regulă, măresc rezistența și durabilitatea, oțelul cu acoperire anti-corozivă. Profilele SCTF se realizează în fabrică sub formă de elemente individuale sau panouri de înălțimea unui etaj. Elementele finite sunt montate pe cadrul structural sau pe sistemele structurale interioare ale clădirii.

Unul dintre cele mai raspândite sisteme de fațadă sunt sistemele în cadru fomate din – bare verticale și orizontale SCFT. Structura portantă este situată pe partea interioară a peretelui cortină. Geamul termopan este instalat le exterior. Căptușelile de cauciuc rezistente la îngheț asigură etanșarea îmbinărilor dintre sticlă și profilele cadrului. Pentru gemuierea suprafețelor mari sunt folosite sisteme de fațade în casete.

Un exemplu tipic de utilizare a SCFT este clădirea ”Commercebank din Frankfurt-am-Main”. În Figura 5.28 sunt prezentate panourile exterioare realizate din ferestre etanșe cu geam termopan în rame metalice. Panourile exterioare sunt cu înălțimea etajului și sunt fixate prin intermediul elementelor metalice de structurile de oțel – coloane și capete de planșee. Datorită geamurilor duble umplute cu gaz inert și reflectând radiația infraroșie, încăperile clădirii se răcesc mai încet. Dispozitivele de protecție la soare instalate în interiorul îngrădirii reduc nivelul radiației solare din clădire.

Clădirea cu îngrădire exterioară eficientă din punct de vedere energetic este ”Post Tower” (or. Bonn, 1993-2003, arhitectul H. Yang), în care este utilizat un sistem dublu de geamuri. Fiecare strat de sticlă este realizat din sticlă transparentă dintr-un strat, combinată cu profile de oțel în structuri cu 9 etaje. Distanța orizontală dintre carcasele de sticlă este de 1,2-1,7 m. Se face conectarea carcasei de sticlă interioară și cu tije de oțel atașate la balamale. Mobilitatea prin balamale permite sticlei să se miște ușor sub acțiunea vântului. Profilele de oțel ale îngrădirii exterioare sunt fixate cu console de oțel la plăcile de planșeu ale atriumurii clădirii.

În sezonul rece, spațiul dintre cele două straturi de geam este închis, ceea ce formează o zonă caldă, în sezonul cald, aerul rece intră în clădire prin supapele de aer ale îngrădirii de sticlă. În străinătate, panourile de pereți exteriori din sticlă și oțel inoxidabil, fixați în cadrul grilajului monolitic, au fost utilizați în anii 60 ai secolului XX, în clădirile de birouri Milbank Tower (Londra, 1963, sistemul constructiv din cadre cu nucleu central) și British Petroleum (Londra, 1966, sistemul constructiv – tubular cu nucleu central) etc.

Figura 5.28 – Clădirea ”Commerzbank” din or. Frankfurt-am-Main cu pereți-cortină din SCFT

Clădirile străine moderne cu închideri exterioare sub formă de grilaj spațial rigid acoperit cu sticlă sunt Turning Torso (Malmö, 1999-2001, înălțime 190 m, arhitect S. Calatrava), Tower on Leadenhall (Londra, 2002-2003, înălțimea 222 m, arhitectul R. Rogers), Turnul din China Central Television (2002-2004, înălțimea 234 m, arhitecții R. Koolhaas, O. Shiren), Turnul Tower (Londra, 2000-2003, înălțime 310 m, arhitectul R. Piano).

Sistemul de perete constă dintr-o rețea de elemente de oțel triunghiulare, care se află în clădirea "Turnul Hearst" (New York, 2004-2006, înălțime 182 m, 46 etaje, arhitectul N. Foster) formând o structură cu zăbrele (Figura 5.29). Fiecare element de zăbrele din oțel triunghiular se înalță pe patru etaje din înălțimea clădirii. Distanța între suporturile de oțel ale rețelei este de 12 m. Ochiurile dintre elementele zăbrelelor este umplut cu module de sticlă cu înălțimea unui etaj economice la căldură.

Îngrădiri exterioare realizate conform sistemului dagrid au fost realizate în clădirea Svis Re or. Londra 1997-2000 , înălțime 180 m, arhitectul N. Foster) (Figura 5.30). Rețeaua romboiedrică din oțel este montată la coloanele din oțel. Coloanele sunt aranjate într-o direcție verticală formând o spirală, convergând pe acoperișul clădirii. Legătura dintre coloane este realizată în mod simetric într-o rețea triunghiulară de structură din oțel ușor. Elementele de sticlă ale carcasei eterioare sunt montate pe grila de oțel. Datorită formei sale aerodinamice, în clădire se crează o presiune a aerului, sporind eficiența energetică cu 40% față de o clădire dreptunghiulară. Împănarea exterioară a foliilor de sticlă cu economie de energie contribuie la răcirea lentă a clădirii.

Luând în considerare calitățile pozitive ale îngrădirilor din sticlă de tip perete -cortină – ușurința structurii în timpul instalării, trebuie remarcate calitățile negative: pierderi semnificative de căldură, transmisie sporită a zgomotului cauzată de spațiul dintre cele două straturi frontale, formarea condensului pe partea interioară a stratului exterior al îngrădirii ce necesită curățare frecventă, creșterea costurilor în exploatare la repararea și curățarea suprafețelor.

Figura 5.29 – Clădirea ”Hearst Tower” din or. New York cu fațade diagrid

Figura 5.30 – Clădirea ”Swiss Re” or. Londra. Fragment al sistemului diagrid

Pereții autoportanți de nivel, sunt realizați din elemente mici. Acești pereți sunt dublu și triplu stratificați. În pereții exteriori cu două straturi, stratul interior de susținere este realizat din blocuri de beton celular sau polistiren cu o densitate de 400-450 kg/m3, stratul de finisare exterior fiind realizat din zidărie de dimensiuni mici. În pereții exteriori cu trei straturi, stratul suport intern este o zidărie din cărămidă mică sau diferite tipuri de blocuri de beton, stratul intermediar fiind izolația din polistiren spongios sau vata minerală dură.

Plăcile de izolare sunt fixate de perete cu dibluri. Tipul elementelor de fixare, diametrul acestora, adâncimea de instalare este aleasă în funcție de materialul părții de susținere a peretelui exterior. Stratul exterior al pereților cu trei straturi – diverse tipuri de cărămizi, blocuri etc. Straturile externe (placare) și cele interioare (principale) ale pereților autoportanți sunt fixați împreună cu îmbinări flexibile sub formă de tije din oțel rezistente la coroziune. Pe grosimea straturilor interioare și exterioare este instalată o plasă din 10-12 rnduri de cărămidă. Pereții autoportanți se sprijină la fiecare etaj pe placa de planșeu sau pe structura de cadru proiectat special pentru sprijinirea pereților exteriori. Lucrările de instalare se realizează din partea din față a clădirii. Montarea se realizează prin instalarea fiecărui strat separat.

Pereții autoportanți de nivel sunt o construcție sigură, dar sunt dificil de montat și au o greutate considerabilă, deci nu pot fi un exemplu pozitiv de rezolvare a pereților cortinei în clădiri înalte. Experiența acumulată în utilizarea acestor pereți exteriori în clădiri cu număr mai mare de etaje permite utilizarea lor în clădiri de până la 40 – 45 de etaje. [5]

Securittea și sănătatea în muncă la edificarea suprastructurii clădirilor înalte

Lucrările de pe șantier ar trebui efectuate în conformitate cu documentația tehnologică și organizatorică descrisă în PTEL. Dacă este necesar, ar trebui luate măsuri suplimentare pentru a asigura siguranța punerii în aplicare a acestora. Șantierul de construcție trebuie îngrădit. La alegerea îngrădirii pentru șantierul de construcție și a locurilor de muncă, trebuie luate în considerare cerințele normativelor în vigoare. Gardul de protecție trebuie să fie făcut cu o înălțime de cel puțin 1,6 m. Atunci când se combină funcțiile de securitate și de protecție, înălțimea gardului ar trebui să fie de 2 m.

Gardurile adiacente locurilor de trecere în masă a oamenilor trebuie să fie cu o înălțime de cel puțin 2 m și să fie dotate cu copertină continuă înclinată către șantierul de construcție la 45ș și capabile să reziste acțiunii încărcării din zăpadă, precum și încărcărilor de la căderea obiectelor mici.

În FT sau schemele tehnologice pentru efectuarea anumitor tipuri de lucrări în determinarea succesiunii și a metodelor de lucru, este necesar să se țină seama de zonele periculoase care apar în timpul fuuncționării utilajelor.

În cazul în care este necesar să se lucreze în zone periculoase, FT ar trebui să prevadă măsuri de protecție a lucrărilor. Plasarea mașinilor de construcții trebuie să fie determinată astfel încânt să fie prevăzut spațiu pentru vizualizarea zonei de lucru și a manevrelor, cu condiția că distanța de sigurnanță să fie observată în apropierea săpăturilor neconsolidate, stivelor de materiale, echipamente.

Alegerea mijloacelor de mecanizare trebuie să garanteze că caracteristicele tehnice ale mașinilor respectă condițiile de lucru. Atunci când se organizează locurile de muncă la înălțime, este necesar să se prevadă mijloace de protecție colectivă: dispozitive de îngrădire și plase de protecție anticădere, cu indicarea obligatorie a locurilor lor de instalare. Principalele cerințe pentru îngrădirea părții supraterane a unei clădiri înalte în procesul de construcție: reutilizabilitatea, ușurința instalării și dezasamblării, siguranța nodurilor de prindere pentru îngrădirea elementelor de construcție.

Fișele tehnologice pentru lucrările de asblare trebuie să conțină cerințe specifice pentru a preveni pericolul căderii de la înălțime a muncitorilor, părților de construcție, produse sau materiale în timpul deplasării cu macaraua.

La alegerea unui instrument de montare, avantajul ar trebui să fie acela de a utiliza dispozitive care să permită combinarea executării simultane a mai multor operații de lucru sau creșterea siguranței operației efectuate.

Elementele tehnice relativ independente sunt mijloacele de îngrădire a construcției pereților exteriori și realizare a fațadei. Acestea se referă la amplasamentele de lucru concepute pentru amplasarea muncitorilor și echipamentelor speciale de lucru pe perimetrul clădirii la o înălțime considerabilă (Figura 5.31). La edificarea clădirilor cu înălțimea mai mică de 75 m, se utilizează în mod tradițional schele sau platforme suspendate de iferite tipuri. În același timp, trebuie luat în calcul faptul că majoritatea schelelor existente în prezent sunt aplicabile construcției unei structuri la o înălțime de cel mult 100 m. Astfel, pentru desfășurarea în siguranță a lucrărilor pe fațada clădirii înalte, ar trebui folosite platforme speciale de fațadă.

Figura 5.31 – Platforme tehnologice pe fațadele clădirilor înalte (or. Dubai, 2008)

Atunci când se lucrează la înălțime, trebuie acordată o atenție deosebită asigurării securității muncii. Analiza sistemelor colective de securitate existente în momentul în care se lucrează la înălțime, în funcție de caracteristicele lor de proiectare, face posibilă distingerea următoarelor tipuri de sisteme de protecție colectivă (Figurile 5.32, 5.33):

sisteme de protecție anticădere;

sisteme universale de protecție anticădere;

sisteme anticădere;

îngrădiri de siguranță;

îngrădire din plasă;

copertine de protecție.

Figura 5.32 – Instalarea îngrădirilor verticale de protecție pe fațada clădirilor înalte (or. Moscova, Rusia, 2007)

Figura 5.33 – Exemplu de utilizare a sistemelor de îngrădire verticală de protecție la montajul cofrajului pentru planșeul monolit: 1 – consolă; 2 – plasă de protecție; 3 – cofraj pentru planșeu; 4 – schele mobile

S-au dezvoltat două sisteme tehnologice pentru protecția conturului exterior. Sistemul de protecție anticădere (SPA) constă din bare fixate în consolă de-a lungul conturului plăcii de planșeu (Figura 5.38). SPA este utilizat ca o asigurare suplimentară a muncitorului în cazul unei căderi de la o înălțime de 6-7 m direct pe plasă, i în cazul căderii deșeurilor de construcție în timpudificării cadrului construcției.

Barierile metalice de siguranță (BSM) sunt concepute pentru a crea condiții de lucru sigure în timpul construcției cadrelor monolite înalte (Figura 5.39). Îngrădirile sunt echipate cu ecrane din plasă. BSM rezolvă următoarele sarcini:

protecție împotriva căderii dincolo de marginea exterioară a plăcii de plașeu a muncitorilor, care execută cofrarea plăcilor de planșeu superioare;

protecție împotriva căderii dincolo de marginea exterioară a plăcii de plașeu a muncitorilor, care execută armarea și betonarea plăcilor de planșeu superioare;

protecție împotriva căderii dincolo de marginea exterioară a plăcii de plașeu a muncitorilor, care execută întregul complex de lucrări – coloane, pereți interiori și diafragme, cu excepția pereților exteriori (este necesar utilizarea platformelor suspendate în consolă);

decofrarea cofrajului plăcii de planșeu și manevrarea acestuia pe planșeul inferior;

prevenirea căderii în zonele periculoase a clădirii în construcție a instrumentelor, elementelor de cofraj, materialelor de construcție, deșeurilor.

Figura 5.34 – Schema tehnologică a sistemului de protecție anticădere (SPA) și a barierelor metalice de siguranță (BMS)

CAPITOLUL 6 – STUDIU DE CAZ

TEHNOLOGIA DE EXECUȚIE A LUCRĂRILOR DE INFRASTRUCTURĂ ȘI SUPRASTRUCTURĂ PENTRU CLĂDIREA ” LAKHTA CENTER” or. SANKT PETERBURG, RUSIA

Centrul Lakhta (Rusă: Лахта-центр ) este un zgârie-nori de 87 de etaje  construitpe malul lacului Lakhta în Sankt Petersburg, Rusia. Cu o înălțime de 462 de metri, Centrul Lakhta este cea mai înaltă clădire din Rusia , cea mai înaltă clădire din Europa. Centrul Lakhta este de asemenea a doua cea mai înaltă structură din Rusia și Europa, în spatele turnului Ostankino din Moscova. Construcția Centrului Lakhta a început la 30 octombrie 2012. [11]

Figura 6.1 – ” LAKHTA CENTER” or. Sankt Peterburg, Rusia

Figura 6.2 – Diagrama celor mai înalte clădiri din lume în comparație cu ” LAKHTA CENTER”

Tehnologia de execuție a lucrărilor de infrastructură

Tehnologia de realizare a peretelui îngropat din pereți mulați

Prima etapă a lucrărilor de construcție a fundației "Lakhta – Center” – realizarea peretelui îngropat de susținere de-a lungul conturului de aproximativ 300 m. Din punct de vedere tehnologic, peretele îngropat a fost proiectat în special pentru a împiedica pătrunderea apei subterane în groapa de fundație, precum și pentru susținerea malurilor taluzului în timpul excavațiilor. Parametrii peretelui în adâncime – 31,5 m, lățimea – 1,2 m lungimea laturii ~ 60 m, lungimea totală – 300 m.

Pentru realizarea pereților s-au executat mai întâi grinzile de ghidaj temporare din beton armat monolit. Acestea au contribuit la precizia necesară a peretelui mulat, precum și prevenirea prăbușirii solului în partea superioară a șanțului. Grinzile de ghidaj au avut o înălțime de la sol – 2,5 m (Figura 6.3). Pentru excavrea pământului, s-a utilizat instalația hidraulică cu două cupe graifer (Figura 6.4). La o adâncimea de 30 m se află stratul de sol din argilă impermeabilă, astfel capătul inferior a peretelui a creat o etanșare sigură de presiune.

Figura 6.3 – Grinzile de ghidaj Figura 6.4 – Instalația graifer cu două cupe

Asamblarea și sudura carcaseleor de armătură pentru pereții mulați au fost realizate în 8 locuri speciale direct pe șantier fiind realizate 105 carcase de ramătură (Figura 6.5). În Figura 6.6 este prezentată secțiunea transversală a carcasei de armătură asamblate. Carcasele de armătură a fiecărei secțiuni a peretelui mulat a fost coborâte în săpătură cu ajutorul macaralelor (Figura 6.7). [12]

Figura 6.5 – Asablarea carcaselor de armătură Figura 6.6 – Secțiunea transversală a carcasei

Pereții mulați au fost betonați cu coborârea în interiorul șanțului a conductei de betonare cu pâlnie (Figura 6.8), de jos în sus iar pe măsura betonării noroiul bentonitic fiind mai ușor s-a extras din săpătură, cu pomparea acestuia cu pompe către unitatea de regenerare.

Pentru betonarea întregului ecran, au fost necesare 11 mii. m3 de beton – aproximativ 2,200 de automalaxoare.

Figura 6.7 – Carcasele de armătură speciale a secțiunilor pereților mulați sunt coborâte în săpătură cu ajutorul macaralelor iar procesul este controlat de specialiști [12]

Figura 6.8 – Coborârea conductei de betonare cu pâlnie [12]

Pe partea superioară a peretelui s-a realizat un fascicul de legare – o structură din beton armat care conectează grinzile de ghidaj într-un singur monolit. Zona din interiorul peretelui a fost egalizată pentru alte lucrări în această zonă și anume a câmpului de piloți.

Realizarea piloților forați

Studiile geologice au arătat că la locul de construcție a clădirii "Lakhta Center" la o adâncime de 15-20 m de la nivelul suprafeței există soluri stratificate slabe. Mai mult, la aproximativ 30 de metri de la suprafață e află argilele impermeabile. În ceea ce privește rezistența, ele pot fi comparate cu solurile stâncoase, sunt destul de potrivite pentru o fundație de piloți. Conform acestor carcteristici, în proiect au fost prevăzută utilizarea piloților forați sub protecția tubajului cu diametru mare (2000 / l 900 mm).

În timpul construcției, piloții au fost realizați înainte ca groapa de fundație să fie excavată, deși la prima vedere ar fi fost mai ușor ca aceste lucrări să se facă în succesiune inversă.

O astfel de ordine a lucrărilor – mai întâi realizrea pereților îngropați, realizarea piloților forați, și apoi excavarea gropii de fundație – permite să se evite dificultățile tehnologice. Dacă lucrările ar fi fost realizate invers atunci ar fi fost dificil sau aprope imposibil de realizat pereții forați. Fiecare instalație de foraj, care a fost utilizată pentru forarea piloților, cântărește 160-180 tone. Ar fi fost foarte dificil din punct de vedere tehnologic ca acestea să fie coborte până la cota inferioară a gropii, chiar fără să țină seama de faptul că pereți îngropați nu ar fi permis realizarea normală a forajelor. De exemplu, nu există macarale de 180 t pentru a coborâ așa greutăți și apoi pentru a le ridica de la baza excavării. [13]

Figura 6.9 – Amplasarea piloților forați în număr de 264 de bucăți

Având în vedere că tasarea din partea centrală a clădirii va fi mai mare decât la periferie s-au folosit piloți de diferite lungimi – de 65 m în centrul clădirii și de 55 m de-a lungul perimetrului. Pe măsură s-a executat forajul de la nivelul suprafeței terenului, s-au dovedit a fi cu 17 m mai mult decât era necesar – 72 și 82 m.

La etapa de forare, complexitatea a constat într-un număr mare de bolovani în pământ, la o adâncime de 20-22 m, rămași din epoca . Pentru a menține poziția de proiect a piloților, forarea s-a executat prin acești bolovani.

Figura 6.10 – Controlul calității forajului cu ajutorul camerei video

Figura 6.11 – Montarea carcaselor de armătură

Calitatea găurii forate a fost verificată cu ajutorul unei camere video, pe întreaga adâncime a forajului (Figura 6.10). După realizarea forajului, conform tehnologiei, s-au executat lucrările de instalare a carcaselor de armătură (Figura 6.11), a țevilor de turnare a betonului și pregătirea finală pentru betonare.

Figura 6.12 – Instalarea tubajului de forare și a conductei de betonare a piloților [13]

Pentru a urmări deformările care pot apărea în corpul pilotului, în interiorul a 12 piloți au fost instalați 4 senzori pe 7 nivele. De asemenea, în 10 foraje speciale cu o adâncime de 100 m s-au instalat senzori pentru a măsura deformările straturilor de pământ și senzori pentru măsurarea presiunii porilor în masivul acestuia.

În Figura 6.12 pot fi văzute tubajele de forare, care au fost folosite la forarea primilor 30 m pentru a proteja forajul la prăbușirea malurilor și penetrarea apei. La adâncimea de 30 m sunt argilele impermeabile (vendiene) deosebit de dense pe care va sprijini fndația nucleului clădirii.

Figura 6.13 – Carcase de armătură pentru piloții forați și mașin pentru fabricarea și sudarea carcaselor de armătură [13]

La realizarea fundației sau utilizat piloți forați – în foraj sunt instalate carcasele de armătură, dupa care acestea se betonează cu beton de înaltă rezistență (Figura 6.14). Sudarea carcaselor de armătură s-a realizat într-o mini-fabrică situată direct pe șantier (Figura 6.13). În total pentru clădire în interiorul pentagonului format s-au realizat 264 de piloți forați. [13]

Figura 6.14 – Betonarea piloților cu beton de înaltă rezistență [13]

Săparea gropii pentru fundație prin metoda semy-top-down

Excavarea gropii de fundație și realizarea sprijinirilor pereților îngropați cu ajutorul discurilor perimetrale formate de planșeele intermediare a infrastructurii se realizează în interiorul pentagonului.

Sistemul de sprijinire a discului (Figura 6.15) menține peretele îmgropat de la presiunea laterală a solului pe măsură ce se realizează săpătura. Aceasta este o construcție temporară, care va fi demontată în timpul construcției fundației casetate.

Figura 6.15 – Sistemul de sprijinire a pereților îngropați în secțiune [14]

Acest sistem de sprijinire a pereților este utilizată atunci când adâncimea gropii este mai mare de 4-5 m. Adâncimea gropii sub clădirea turnului "Lakhta Center" este de 17 m.

Se execută excavarea coloanelor metalice cu secțiunea duplu I așezate în X instalate anterior în 50 din 264 de piloți. Pe acestea se vor sprijini planșeele sistemului perimetral. După aceasta a fost realizată armarea primului disc de sprijinire (Figura 6.16).

Figura 6.16 – Armarea primului disc a sistemului de sprijinire

Înainte ca discul să fie betonat în armătură, s-au instal garnituri cu un diametru de 400 mm pentru a permite distribuirea betonului pe discurile inferioare și placa de fundație. După realizarea lucrărilor de armare s-a trecut la betonarea primului disc a sprijinirii. După crearea primului disc a sistemului de sprijinire, lucrările continuă cu aprofundarea excavării.

Figura 6.17 – Excavarea pâmăntului din gropa de fundație cu diferite tipuri de excavatoare

Figura 6.18 – Demontarea corpului piloților cu ajutorul manipulatoarelor de la distanță

S-au folosit trei tipuri de excavtoare pentru a extrage solul de sub discul finalizat pentru a crea următoarele discuri de sprijin: mini-excavatoare care extrag solul de sub planșeu, cele medii care împing pământul până la excavatorul cu braț telescopic care ridică pământul la suprafață (Figura 6.17).

Pentru a se asigura caracteristicile de proiectare ale piloților, aceștea se execută la 2 m deasupra gropii fundației (depășire tehnologică). În Figura 6.18 este reprezentat demontarea corpului piloților pe înălțimea infrastructurii cu ajutorul manipulatoarelor de la distanță. Coloanele metalice din piloții periferici a sistemului de sprijin nu au fost demontate (Figura 6.19).

După demontarea piloților a fost realizată șapa de beton cu grosimea de 300 mm (Figura 6.20). Mai târziu pe această șapă s-a realizat instalarea carcaselor de armătură pentru placa inferioară a fundației casetate. [1]

Figura 6.19 – Păstrarea coloanelor metalice Figura 6.20 – Turnarea șapei de beton de 300mm

Realizarea plăcii inferioare a fundației

Clădirea "Turnul" complexului multifuncțional "Lakhta Center" are o înălțime de 462 m și este alcătuită din 86 de etaje și 3 etaje subterane. Planșeele subterane în plan au forma unui pentagon echilateral cu lungimea fiecărei laturi de 57,25 m. Construcția planșeelor subterane ale clădirii formează o fundație casetată, formată dintr-o placă inferioară de 3,6 m grosime și o placă superioară de 2,0 m grosime, un miez central de rigidizare cu un diametru de 28,5 m și 10 diafragme de rigidizare verticală cu o înălțime totală de 16,6 m.

Figura 6.21 – Pregătirea șantierului pentru realizarea plăcii de fundație

Particularitatea schemei constructive a clădirii este prezența unui nucleu central rotund de rigiditate, care percepe cea mai mare parte a sarcinii verticale (aproximativ 70% din toate sarcinile verticale ale clădirii). Ca urmare, o mare parte din greutatea clădirii este transferată într-o mică parte a fundației – în interiorul miezului central. În fundația casetată se află o șapă de beton pe o fundație de 264 de piloți cu un diametru de 2 m și cu lungimea de 55 și 65 m, cu funcția de distribuție uniformă a sarcinii din nucleul turnului pe piloți (Figura 6.21).

Calculele clădirii au arătat că placa inferioară a fundației casetate se confruntă cu forțe mari de tracțiune: tensiune axială 2300 t/m și moment de încovoiere 2150 t/m. Volumul total de beton pentru fundația casetată a fost de aproximativ 46 mii m3.

Pe baza considerentelor tehnologice de realizare a fundației, întreaga structură a fost împărțită convențional în trei etape (Figura 6.22):

prima etapă – placa inferioară de beton armat monolit cu o grosime de 3,6 m și volum de aproximativ 20,3 mii. m3;

a doua etapă – partea de mijloc a subsolului de aproximativ 15,5 mii m3, incluzând structurile monolitice ale pereților din beton armat cu rezistență la compresiune de clasa C70/85 și planșee din beton armat cu grosimea de 0,40 m și rezistență la compresiune de C60/75;

a treia etapă – placa superioară de beton armat monolit cu o grosime de 2,0 m și un volum de circa 10,5 m3, cu clasa de rezistență la compresie C70/85.

Figura 6.22 – Fundația casetată a clădirii ”Lakhta Center”

Placa inferioară este partea cea mai puternică și cea mai dificil de realizat pentru fundația casetată a ”Centrului Lakhta”. Are forma unui pentagon echilateral cu o suprafata de 5670 m2. În corpul plăcii există 330 de senzori care permit controlul calității construcției, solidității și omogenității betonului în timpul construcției și funcționării ulterioare a clădirii.

Rezistența plăcii inferioare este asigurată de cincisprezece nivele de carcase de armătură cu un diametru de 32 mm (Figura 6.23). În general, pentru armarea plăcii a fost necesar aproximativ 9.200 de tone de metal, cât a fost necesar și pentru a construi Turnul Eiffel.

Odată cu începerea betonării, baza pentru turnarea plăcii a fost foarte curată și nu sa permis ca în amestec să cadă deșeuri.

Când toate carcasele au fost instalate, structura rezultată a fost acoperită cu o copertină specială. În 49 de ore de betonare continuă în placa inferioară au fost turnat 19,624 m3 de amestec de beton (Figura 6.24). Timpul estimat pentru stabilirea temperaturii după betonare a fost de 3 zile.

Figura 6.23 – Armarea plăcii inferioare a fundației casetate

După finalizarea betonării, a fost așezat un film pe întreaga suprafață a plăcii, astfel încât structura să nu piardă umiditatea și să nu creeze fisuri. Pe partea de sus a filmului – alte 4 straturi de material izolant. Placa s-a aflat într-o stare termică și s-a răcit încet, dar corect în cadrul parametrilor de proiectare. [1]

Figura 6.24 – Betonarea plăcii inferioare a fundației casetate

Realizarea plăcii superioare a fundației

Pentru o înălțime de 462 m și o greutate de 670 mii tone, a fost necesar să se dezvolte o construcție unică care să asigure siguranța și stabilitatea clădirii. O astfel de construcție a devenit fundația (Figura 6.25), bazată pe 264 de piloți cu diametrul de 2 m și o adâncime de de până la 82 m, reprezentând o fundație casetată pentagonală din beton armat cu o înălțime de șase etaje (17 m) și o suprafață cât un teren de fotbal (5,7 mii m2).

Etapa finală a construcției fundației penru ”Lakhta Center” a fost realizarea plăcii superioare din beton armat (Figura 6.26). În acești 11 metri, între plăcile inferioare și cele superioare ale fundației, există până la două etaje subterane, pe care vor fi echipate spații auxiliare pentru sistemele inginerești.

După ce a fost turnată placa de fundație superioară, lucrările de construcție a ”Centrului Lakhta” au ajuns la un nou nivel – a început construcția suprastructurii (Figura 6.27). [1]

Figura 6.25 – Schema fundației casetate

Figura 6.26 – Realizarea plăcii superioare a fundației casetate pentru clădirea ” LAKHTA CENTER”

Tehnologia de execuție a lucrărilor de suprastructură

Soluții constructive pentru suprastructură

Clădirea înaltă ”Lakhta Center” este proiectată pentru a găzdui sediul central al Gazprom, cea mai mare companie producătoare de gaze din Rusia. Clădirea are 462 de metri înălțime (86 de etaje și 3 etaje subterane). La nivelul superior (etajul 86) este situată o punte de observație. La fiecare 16 etaje din turn pe două etaje tehnice, pe lângă instalații, sunt situate grinzile de echilibrare, care măresc rigiditatea totală a clădirii. Total în turn sunt situate 4 grinzi de echilibrare pe etajele (tehnice) 17 și 18, 33 și 34, 49 și 50, 65 și 66. La celelalte etaje se află birourile companiei Gazprom.

Clădirea are o formă conică torsadată. Plăcile de planșeu au forma de 5 petale pătrate interconectate printr-un miez central circular. Pe măsură ce înălțimea crește, pătratul "petale" se rotește în jurul axei sale în sens invers acelor de ceasornic. În plus, "petalele" în înălțime devin mai mici, iar centrul lor se îndreaptă spre axa nucleului rotund al clădirii (Figura 6.28).[15]

Figura 6.27 – Schema de construcție a geometriei Turnului [15]

Suprastructura clădirii la nivelul etajului 1 este înscrisă într-un pentagon cu o lungime laterală (între axele stâlpilor) de 35,2 m (Figura 6.28). Până la etajul 16, dimensiunile fiecărui etaj ulterior a suprastructurii se măresc, după etajul 16 – scad.

Figura 6.28 – Planuri combinate pentru etajele 19, 39 și 59 [15]

Principalele structuri de sprijin ale clădirii sunt nucleul central din beton armat și 10 coloane din beton cu armătură rigidă de-a lungul perimetrului clădirii. Pentru a reduce deschiderile din clădire, au fost introduse încă 5 coloane din beton cu armătură rigidă până la nivelul etajului 56. Rigiditatea suplimentară a clădirii și rezistența la prăbușirea progresivă sunt asigurate de grinzile de echilibrare pe două nivele situate pe înălțime la fiecare 16 etaje (Figura 6.29).[15]

Torsiunea globală

Torsiunea globală a plăcilor de planșeu și a nucleului clădirii este un factor de forță constant, care este o caracteristică a acestei clădiri ce are o formă răsucită. Transferul torsiunii globale de la componenta orizontală a eforturilor în punctele de rupere a axelor stâlpilor se realizează prin intermediul plăcilor de planșeu pe nucleul clădirii. Pentru a percepe efortul constant al torsiunii globale, a fost adoptat nucleul de formă rotundă. O astfel de soluție îndeplinește în cea mai mare măsură cerințele pentru acest tip de efecte, deoarece forma rotundă a secțiunii transversale funcționează cel mai eficient la torsiune (Figura 6.30). [15]

Figura 6.29 – Schema de amplasare a grinzilor de echilibrare pe înălțime [15]

Figura 6.30 – Diagram torsiunii globale [15]

Grinzile de echilibrare

Schema structurală a clădirii – cadru-nucleu central. Rigiditatea și stabilitatea clădirii sunt asigurate prin lucrul comun al nucleului și a 10 coloane din beton armat cu armătură rigidă de-a lungul perimetrului, conectatate prin grinzi de echilibrare situate la etajele 17-18, 33-34, 49-50, 65-66 (Figura 6.32). Toate etajele specificate sunt tehnice. Placa de planșeu peste etajul 80 servește drept grindă de echilibrare la nivelul superior al clădirii. Nucleul central din beton armat este principalul element care asigură preluarea sarcinilor orizontale. Cu toate acestea, datorită faptului că raportul dintre diametrul nucleului și înălțimea clădirii este de aproximativ 1/17, rigiditatea nucelului nu a fost suficientă pentru a îndeplini cerințele pentru devierea orizontală a vârfului clădirii și accelerația maximă a oscilațiilor etajelor superioare. Introducerea grinzilor de echilibrare a permis reducerea devierii orizontale a vârfului clădirii din acțiunea încărcării vântului și asigurarea confortului pe etajele superioare ale clădirii. [15]

Figura 6.31 – Construcția Grinzii de echilibrare [15] [16]

Grinzile de echilibrare sunt proiectate sub forma unor grinzi de pereți, cu instalarea în peretele de beton armat a unor ferme din oțel. În grinzile de echilibrare au fost utilizate betoane cu rezistențe la compresiune de C70/85. Fermele de oțel sunt proiectate pentru a prelua încărcările vântului în timpul construcției clădirii, înainte de punerea în funcțiune a grinzilor de echilibrare din beton armat. [15]

Figura 6.32 – Grinda de echilibrare pe 2 nivele [15]

Construcția coloanelor cu armătură rigidă

De-a lungul perimetrului clădirii sunt implicate zece coloane cu armătură rigidă în preluarea atât a sarcinilor gravitaționale verticale, cât și a încărcărilor orizontale, datorită legăturii prin grinzile de echilibreare cu nucleul central. Pentru a reduce deschiderile din clădire, au fost introduse încă 5 coloane din beton cu armătură rigidă până la nivelul etajului 56. Aceste coloane au fost proiectate pentru a prelua numai sarcinile verticale.

Coloanele din beton cu armătură rigidă constau dintr-un miez de metal și beton. Materialul de bază pentru miez este oțelul HISTAR 460 Rusia – producător ArcelorMittal. Miezul coloanelor este realizat în formă de X cu profile laminate de tip I din seria HL în conformitate cu secțiunile ASTM A 6/A 6M-12 (Figura 6.33). Profilele laminate au fost sudate între ele cu sudură în adncime de colț. Betonarea coloanelor a fost realizată cu beton de înaltă rezistență de clasa C70/85. [15]

Figura 6.33 – Secțiunea transversală a cloanelor cu armătură rigidă [15]

Construcția planșeelor

Plăcile de planșeu din afara nucleului central sunt planșee colaborante din beton armat cu cofraj autoportant (cofraj pierdut) din folie de tablă profilată cu suport pe grinzi metalice. Grosimea acestor plăci de planșeu este de 150 mm și se utilizează beton cu clasa de rezistență C35/45. Lucrul în comun a plăcilor de planșeu din beton armat cu grinzile de planșeu metalice este asigurat prin sudura pe tălpile superioare a grinzilor metalice a opritoarelor flexibile (șuruburi).

Figura 6.34 – Planșeul colaborant a clădirii [15]

Figura 6.35 – Armarea planșeului colaborant [15]

Luând în considerare particularitățile designului arhitectural al clădirii (forma spirală răsucită), fiecare planșeu trebuie să preea forțele orizontale semnificative care decurg din ruperea axelor coloanelor și să transfere eforturile constante de torsiune globală către nucleul clădirii. În acest sens, sunt oferite următoarele soluții, ținând seama de particularitățile funcționării plăcilor de planșeu:

utilizarea unei armări consolidate a placii de planșeu pentru transferul forțelor de întindere și forfecare din coloanele înclinate spre nucleul clădirii;

utilizarea carcaselor de armătură și a prezoanelor ce vor asigura transferul eforturilor de torsiune globală spre nucleul central. Necisitatea acestor carcase da armătură se datorează și prezenței unui număr mare de canale de comunicare în jurul perimetrului peretelui exterior a nucleului clădirii. [15]

Figura 6.36 – Nucleul clădirii, coloanele din beton armat cu armătură rigidă și suportul de grinzi metalice a planșeului colaborant [16]

Figura 6.37 – Realizarea foii profilate din tablă pentru planșeul colaborant [16]

Construcția antenei

Figura 6.38 – Construcția antenei [15]

Antena clădirii este divizată funcțional și consturctiv în doă părți:

partea exploatată (încălzită) care este finalizarea volumului clădirii și include punți de observare, ascensoare și rampe pentru ridicarea pe ele;

partea tehnică (nencălzită) deasupra cotei etajului 87, având o îngrădire de fațadă sub formă de plasă de oțel.

Antena clădirii a fost proiectată ca o piramidă cu cinci fețe situată în jurul nucleului central de beton armat al clădirii cu sprijinirea pe planșeul de la etajul 83 la cota 344.400 în locurile de amplasare a coloanelor clădirii. Înălțimea antenei este de aproximativ 118 metri, lățimea feței de la baza piramidei spiralelor este de aproximativ 16,3 metri.

Coloanele antenei la nivelul etajului 83 se sprijnă de coloanele clădirii de-a lungul axelor secțiunilor și sunt aranjate într-un plan vertical cu o pantă către axa clădirii (Figura 6.38).

La etajul 87 (368,800) este situat planșeul pentru plasarea echipamentului de întreținere a fațadelor, iar la nivelul 88 (377,350) – planșeul ce separă partea inferioară a antenei care este exploatătă de zona tehnică superioară. Deasupra cotei 377.350 coloanele piramidei, sunt unite printr-un sistem de conexiuni verticale triunghiulare. Stabilitatea generală a designului antenei este asigurată de lucrul comun cu nucelul central al clădirii și, de asemenea, deasupra nivelului 88 (377,350), a unui sistem de conexiuni verticale între coloane. Coloanele, traversele și racordurile verticale sunt proiectate din țeavă metalică. [15]

Figura 6.39 – Realizrea primului tronson de antenă cu coloanele din țeavă metalică sprijnite pe coloanele din beton armat [16]

Construcția fațadei

Pentru a conferi structurilor de fațadă proprietăți termoizolante ridicate în proiect, a fost utilizat un sistem de fațadă cortină, care include o linie dublă de geamuri. Structura principală a fațadei exterioare a clădirii cu coloane înclinate este un modul cu o înălțime de 4,2 metri în formă de paralelogram, cu o ușoară îndoire de aproximativ 50 mm la înălțime. Sub propria greutate, unitatea de sticlă are o formă biconvexă.

Sticlă exterioară din geam din sticlă este consolidată termic, cu un strat de acoperire termo-reflectorizant. Stratul intermediar între geamuri are și el proprietăți termo-reflectorizante. Sticla interioară este complet durificată. Pachetul de sticlă este umplut cu argon. Peretele cu geam dublu a fațadei interioare au, de asemenea, o acoperire care reflectă căldura, sunt umplute cu argon și sunt alcătuite din sticlă întărită termic, și sticlă interioară laminată. [17]

La nivelul fiecărui etaj sunt proiectate zone tampon unde cei ce vor realiza activități în această clădire să se poată odihni și ca transefrul de căldură să fie progresiv la trecerea prin încăperi.

Figura 6.40 – Construcția zonei tampon și temperatura în aceste zone pe timp de vară și iarnă [17]

Etapele de construcție a suprastructurii

În timpul construcției suprasturcturii clădirii, s-au utilizat în mod activ tehnologii de construcție avansate. Inițial, cu un avans de 5-7 etaje s-a realizat nucleul central a clădirii inaintând față de structura cadrului periferic. Apoi s-a realizat montarea structurii cadrului metalic (profilele metalice cu rol de armătură rigidă pentru stâlplii periferici, grinzilor și foilor din tablă pentru planșeu). Ultimul pas în această tehnologie pentru realizrea structuri clădirii a fost betonarea stâlpilor din beton armat și a plăcilor de planșeu. [15]

Din septembrie 2015 până în octombrie 2016, au fost realizate 50 de etaje a nucleului cental pentru clădire și 2-7 etaje din clădirea multifuncțională cu număr variabil de etaje;

În iulie 2016, înălțimea centrului Lakhta a ajuns la 147 de metri (35 de etaje), ceea ce ia permis să devină cea mai înaltă clădire din Sankt Petersburg, depășind titularul recordului – centrul de afaceri cu 42 de etaje, " Leader Tower " (145,5 m);

Până în februarie 2017, înălțimea centrului Lakhta a ajuns la 260 de metri, lucrările au fost efectuate la etajul 60 al complexului;

La 10 mai 2017, zgârie-norul a depășit în înălțime turnul TV din St. Petersburg, ajungând la o înălțime de 327,6 metri: la ora 9:50 au fost betonați pereții etajului 78. Recordul anterior a turului TV din St. Petersburg, a durat 55 de ani;

La 30 august 2017, a început instalarea antenei la etajul 83;

Pe 5 octombrie 2017, înălțimea centrului Lakhta a fost de 374 de metri, ceea ce ia permis să devină cea mai înaltă clădire din Rusia și Europa.

Pe 17 decembrie 2017, înălțimea centrului Lakhta a fost de 422 de metri, continuându-se instalarea antenei metalice de pe vârful clădirii;

La 31 decembrie 2017, înălțimea centrului Lakhta a fost de 452 de metri (comparativ cu înălțimea ”Turnurilor  Petronas” ), continuându-se instalarea antenei metalice;

La 29 ianuarie 2018, centrul Lakhta a ajuns la înălțimea de proiectare de 462 de metri, s-au finalizat lucrările de montaj a antenei metalice, continuânduse montarea pereților cortină la etajul 70;

La 27 iunie 2018 a fost prima dare în exploatare a clădirii, a fost peregătită documentația tehnică, planșele cu desenele tehnice și arhitectură și pașaportul tehnic;

La 16 octombrie 2018, Centrul de Supraveghere și Expertiză în Construcții de Stat (Gosstroynadzor) de la St. Petersburg Lakhta a dat permisiunea de punere în exploatare a întregului complex multifuncțional. Înainte de deschiderea sa a mai rămas aproximativ un an;

La data de 29 octombrie 2018, administrația orașului St. Petersburg pentru gestionarea inventarului și evaluării imobiliare, a pus complexul multifuncțional Lakhta Center în evidența cadastrală. [18]

Figura 6.41 – Etapele de construcție a suprastructurii ” LAKHTA CENTER” [19]

Cofraje utilizate la realizarea clădirii Lakhta-Center

Nucleul central al complexului Lakhta este reprezentat de o structură ce se înalță în formă de spirală către cer. Inginerii de la PERI Rusia – în strânsă conlucrare cu compania de construcții – au dezvoltat o soluție completă pentru realizarea nucleului clădirii și a planșeelor în consolă.  Sistemul auto-cățărător ACS (Figura 6.42) a fost îmbinat cu sistemul de cofraj cu grinzi pentru pereți VARIO GT24 (Figura 6.43) pentru execuția nucleului, acest lucru a permis înălțarea rapidă a cofrajului pentru betonarea următorului tronson fără a fi necesară utilizarea macaralei, indiferent de condițiile atmosferice. [20]

Figura 6.42 – Sistemul auto-cățărător ACS pentru realizarea nucleului clădirii [21]

Figura 6.43 – Sistemul de cofraj cu grinzi pentru pereți VARIO GT 24 [21]

Figura 6.44 – Sistemul de cofraj din panouri ușoare – DOMINO

Datorită flexibilității sistemului de cofraj cu grinzi pentru pereți, echipa responsabilă de execuție a putut ajusta fără probleme, în mod continuu cofrajul astfel încât acesta să respecte forma în continuă schimbare a geometriei structurii. PERI a pus la dispoziție soluții detaliate, precum elemenetele de colț prevăzute cu sistem integrat de decofrare, acest lucru a permis realizarea operațiunilor de lucru mai rapid și mai eficient. Pe exteriorul nucleului s-a utilizat sistemul standard ACS cu cărucior pentru cofraj. În zonele cu diametru variabil al nucleului, trecerea peste cavitățile rezultate la betonarea pereților s-a realizat prin utilizarea pieselor “tip papuc” specifice sistemului – fără a fi necesară utilizarea macaralei. Pompa distribuitor de beton a fost poziționată direct pe una dintre platformele ACS și ridicată împreună cu cofrajul. Turnurile de acces PERI UP, cu înălțime de până la 65 m, au fost de asemenea integrate în sistemul cățărător, folosind atât accesului securitar cât și evacuării în caz de urgență.

Inginerii de la PERI au proiectat o soluție pentru panourile cățărătoare de protecție perimetrală având la bază sistemul cățărător pe șine (montanți) RCS (Figura 6.45). Pentru dimensionarea panourilor perimetrale de protecție, a fost necesar să se ia în considerare o încărcare foarte mare din vânt, urmare a poziționării la malul mării. Panourile individuale de protecție au fost proiectate pe o înălțime egală cu trei nivele, urmărind geometria în spirală a structurii. Datorită faptului că elementele de protecție perimetrală au putut fi supralărgite telescopic a fost posibilă protecția perimetrală în mod continuu și fără goluri, în ciuda schimbării permanente a geometriei. Ancorarea panourilor de protecție perimetrală cățărătoare s-a realizat cu ancoraje de tip “papuc” fixate în planșee, fapt ce a permis realizarea de console de 15 – 40 cm facilitând astfel realizarea micilor ajustări. [20]

Figura 6.45 – Sistemul de auto-ridicare RCS-P și ecrane de vânt

Soluția PERI pentru realizrea clădirii Lakhta-Center

Instalarea manuală a panourilor ușoare DOMINO (Figura 6.44) la nivelul fundației a permis cofrarea fără macarale;

Sistemul VARIO (Figura 6.43) pentru nucleul central, montat pe un sistem auto-cățărător ACS (Figura 6.42), a fost ridicat la următorul nivel de betonare cu ajutorul sistemelor hidraulice;

Pentru colțuri, au fost utilizate elementele cadru articulate prevăzute cu sistem integrat de decofrare;

Scuturile de cofraj VARIO sunt proiectate astfel încât constructorii să aibă posibilitatea de a personaliza cofrajul pentru geometria variabilă pe șantier fără a folosi o macara;

Pentru o muncă confortabilă în condiții înguste, au fost proiectate elemente speciale de cofraj din oțel pentru pereți, care lasă mai mult spațiu pentru muncă și sunt echipate cu elemente speciale pentru decofrare;

După ce sistemul este ridicat la următorul nivel, cofrajul interior al nucleului rămâne la nivel inferior, eliberând spațiul pentru armare și alte lucrări;

Elementele speciale exterioare de pe sistemul auto-cățărător ACS-R au permis trecerea la un alt diametru pentru nucleul central și iarăși fără ajutorul macaralei;

Pe una dintre platformele ACS a fost instalat un braț de distrubuție a betonului pompat, care a fost ridicat o dată cu sistemul de cofraj;

Protecția perimetrului clădirii a fost proiectată individual și a inclus sistemul de auto-ridicare RCS-P și ecrane de vânt (Figura 6.45);

Panourile ce formau ecranele de vânt acopereau deodată 3 etaje și au fost ridicate spiralat pe înălțime, luând în considerare geometria pardoselilor;

Ecranele de vânt sunt echipate cu aripi speciale și se deplasează telescopic, ceea ce creează o bandă continuă de protecție în jurul perimetrului;

Elementele personalizate ale sistemului RCS-P a facut posibilă adaptarea rapidă a macaralelor la schimbarea geometriei;

Scările de acces de până la 65 m lungime au urcat împreună cu sistemul ACS-P, menținând accesul constant la ieșirile de urgență. [21]

Utilaje de ridicat folosite la realizarea clădirii Lakhta Center

Figura 6.46 – Macaraua centrală auto-ridicătoare ”K-4” și montarea acesteea în puțul de ascensor – vedere de jos [22]

La realizarea clădirii înalte Lakhta Center au foat utilizate macarale de trei tipuri: macara turn montată lateral clădirii, macara turn auto-ridicătoare și macarale de mici dimensiuni pentru montarea panourilor de fațadă.

Macarua ”K-4” (sau Liebherr 357 HC-L 12/24 Litronic) este instalată în puțul de ascensor a zgârie-norului. Această macara este una auto-ridicătoare. Pentru a deplasa macaraua mai sus, operatorul macaralei folosește cricul hidraulic, care ridică clema specială. Clema este fixată la două sau trei etaje superioare și strânge macara, la care este atașată noua secțiune.

O astfel de soluție pentru realizarea clădirilor înalte a fost propusă de inginerii sovietici la începutul erei zgârie-norilor. Macaralele sunt compacte și se pot deplasa în jurul structurilor clădirii care se construește, bazându-se pe aceasta.

La început, tehnologia de edificare a clădirilor s-a desfășurat în două moduri. Primul, mod, se bazează pe principiul: cu cât e mai înaltă clădirea cu atât e mai înlată și macaraua. Cea mai mare macara din lume a ajuns la o înălțime de 750 de metri la edificarea celei mai înalte clădiri din lume în prezent – Burj Khalifa.

Al doilea mod a fost propus de un alt grup de ingineri sovietici – mici macarale compacte care se pot "ridica" peste structurile din interiorul clădirii deja ridicate, utilizându-le pentru susținere.

Macaraua a fost instalată după ce au fost instalate macaralele perimetrale și a fost realizată o parte din nucleul central în luna ianuarie 2016. [22]

Alături de macaraua centrală ”K-4” există două brațe de distrubuție a betonului de la pompa staționară de betonare care betonează noile etaje ale turnului în fiecare săptămână.

Figura 6.47 – Macarale turn montate lateral clădirii – Liebherr 710 HC-L 32/64 Litronic [23]

De-a lungul perimetrului sunt montate trei macarale turn perimetrale folosite la realizarea structurilor exterioare ale clădirii: Liebherr 710 HC-L 32/64 Litronic ”K-1,2,3”. Aceste mașini puternice sunt cele mai înalte macarale ale producătorului, cu un braț oscilant și o rază de acțiune de la 45 la 60 de metri. O astfel de macara poate ridica o încărcătură de până la 64 de tone și o poate deplasa cu o viteză de aproape 3 metri pe secundă. Sunt printre cele mai puternice din lume. În plus, un avantaj imens și important al acestui model este manevrabilitatea uimitoare: la o rotație de 360 de grade, raza de manevrare este de numai 8 metri, iar înclinarea brațului este reglabilă de la 15 la 75 de grade. Acest lucru a permis să lucreze în același timp și să nu interfereze una cu alta într-un spațiu delimitat de raza clădirii.

Macaralele sunt montate la nucleul central pe mai multe etaje. Acestea sunt montate la coloanele compozite din beton armat ale turnului, la baza cărora sunt armăturile rigide din oțel sub formă de cruce malteză, conferindu-le rigiditate. De asemenea, macaralele sunt montate la nucelu. Astfel rezistă rafalelor puternice de vânt, care sunt obișnuite la această înălțime (Figura 6.44, 6.45). [24]

Figura 6.48 – Prinderea macaralei de clădire prin peretele cortină [19]

Figura 6.49 – Montarea macaralei la coloanele compozite și la nucelul central al clădirii [19]

Figura 6.50 – Macarale turn montate lateral clădirii – Liebherr 710 HC-L 32/64 – vedere de sus

La montarea panourilor de fațadă au fost utilizate mini-macarale de mici dimensiuni ”ARLIFT”. Participarea ARLIFT la construcția clădirii Lakhta Center a început în 2016 ca furnizor de mini-macarale a producătorului italian Jekko. Apoi, pentru a facilitata tehnologia de execuție, la comanda firmei ”Josef Gartner”, care este principalul subcontractant de geamuri pentru această unitate, au fost fabricate două modele exclusiviste de mini-macarale. În mod special pentru construcția turnului din centrul orașului Lakhta, modelul mini-macara Jekko SPX527, care a devenit deja cunoscut pe piața mondială, a fost modificat: echipamentul a fost modernizat pentru a ridica geamurile din sticlă grea pentru peretele cortină a clădirii.

În paralel cu mini-macaralele achiziționate de ”Josef Gartner”, în clădirea Lakhta Center a fost utilizat echipamentul închiriat al ARLIFT – mini-macarale (modelele SPD360, SPB209, SPX527), unice pentru Rusia modele – SPX1040, SPX1275, pentru lucrări de gemuire cu ventuze ARLIFT-F/R-1200 și ARLIFT-Winlet.

Mai compacte comparativ cu modelele SPX527 mini-macaralele SPD360 și SPB209 au efectuat lucrări de pe plăcile de planșeu: au fost utilizate la montarea grinzilor metalice în interiorul clădirii, și la gemuirea peretelui cortină. Greutatea macaralei SPB209 este de numai o tonă și jumătate, astfel încât a fost mai ușor "transferată" de la un nivel la altul, într-un timp scurt pentru a efectua munca necesară fără dificultăți legate de transport, așa cum se întâmplă de obicei atunci când se utilizează echipament standard. [25]

Figura 6.51 – Mini-macara ARLIFT SPX527 [25]

Figura 6.52 – Mini-macara cu ventuze ARLIFT-Winlet și echipamentul cu ventuze pentru prinderea geamurilor ARLIFT-F/R-1200 [25]

Figura 6.53 – ” LAKHTA CENTER” și clădirea mltifuncțională – vedere de sus

Figura 6.54 – ” LAKHTA CENTER” – vedere de sus

CONCLUZII

În cadrul acestei lucrări am încercat să justific că utilizarea tehnologiilor speciale și dezvoltarea capitolului de proiectare poate permite realizarea clădirilor înalte și aici în România, prin descrierea acelor tehnologii speciale care au fost întâlnite cel mai fregvent la realizarea clădirilor înalte din întreaga lume.

Realizarea clădirilor înalte presupune în același tip utilizarea unor tehnologii speciale sau uneori chiar inovative care permit integrarea unui complex de lucrări pentru a elimina problemele tehnologice și de proiectare ce pot să apară în procesul de execuție.

Alegerea sitemului constructiv pentru o clădire înaltă este foarte importantă, deoarece acesta poate să dicteze în continuare tehnologiile ce trebuie folosite pentru atingerea obiectivului propus și obținerea unui produs ”în cazul nostu clădire înaltă” de calitate care să poată rezista tuturor condițiilor și factorilor existenți pe durta multor ani.

Bine-nțeles că la alegerea acestuia trebuie să ne axăm și pe practica de realizare a clădirilor înalte pentru a asigura acele condiții și cerințe necesare unui zgârie-nori pe întreg termenul de exploatare. Evident este faptul că îndeplinirea acestora va aduce după sine și adoptarea unor tehnologii speciale care să poată face față provocărilor ce pot să apară în tipul execuției mai ales în zonele urbane înguste.

În ceea ce privește betonul, o dată cu dezvoltarea edificării clădirilor înalte a apărut necesitatea unor compoziții mai avansate de beton și tehnologii de pregătire a acestora, tipuri moderne de cofraj, mijloace de mecanizare pentru transportul masei de beton pe șantier și aducerea acestuia la locul de turnare. Odată cu creșterea înălțimii clădirilor, au devenit din ce în ce mai relevant reducerea greutății și secțiunii elementelor structurale a clădirilor. Cerințele pentru beton ca material structural pentru clădirile înalte au devenit atât de dure încât a fost nevoie de o inovație revoluționalră în tehnologia betonului. Una din aceste inovații a fost utilizarea betonului cu armătură rigidă și mai ales a armăturii rigide din țeavă metalică care poate să preea și rolul de cofraj permanent, astfel reducând semnificativ timpul de execuție, iar o altă inovație – pretensionarea plăcilor de planșeu.

Unul din elementele principale a construcției clădirilor înalte este infrastructura. La acest capitol cel mai important este alegerea tehnologiilor care să permită realizarea structurilor în condiții dificile cum ar fi zonele înguste, apele freatice sau pământuri instabile. O dată cu adoptarea unei tehnologii trebuie să ținem seama și de termenile de execuție care de multe ori se întâmplă a fi foarte scurte. Astfel pot concluziona că una din cele mai eficiente metode de realizare a infrastructurii este metoda ”top-down” care permite tot odată și realizarea suprastructurii.

Chiar dacă este o metodă care impune utilizarea mai multor utilaje aceasta reduce semnificativ timpul de execuție dar trebuie să ținem seama că părțile subterane ale clădirilor realizate în condițiile urbane sunt construcții geotehnice complexe care necesită monitorizare pe parcursul întregului proces de construcție. La realizarea acestora sunt combinate mai multe procese de lucrări, astfel apare necesitatea elaborării fișelor tehnologice și planelor de organizare conform graficului de execuție a lucrărilor care să asigure siguranța și sănătatea fiecărui loc de muncă.

În urma elaborării acestei lucrări am realizat faptul că inovând astăzi va fi mai ușor să inovăm mâine. Atenția multor specialiști de vârf, este axată în mare parte pe problemele urgente ale managementului, economiei sau a profitului; inovarea în domeniul tehnologiei de realizare a clădirilor înalte este dată la o parte, deși este considerată o problemă importantă dacă ne referim la creșterea numărului populației sau la creșterea suprafețelor orașelor în care ne aflăm, ea nu are aceeași prioritate ca și alte probleme mai presante. În România, practica construcției clădirilor înalte nu este prea mare. Cea mai înaltă clădire este clădirea ”Sky Tower” de 137 m înălțime. Aceasta face să ne gândim că se pune accentul mai puțin pe această temă.

În concluzie realizăm că fiecare clădire înaltă este un fel de instrument educațional pentru proiectanți și executanți: cum ar trebui sau nu ar trebui de construit. Soluțiile structurale, tehnice sau inginerești implementate în fiecare clădie înaltă devin obiectul unei atenții deosebite, admirații sau critici a celor implicați în practica construcției clădirilor înalte.

Pe viitor, pot presupune că o dată cu dezvoltarea noilor utilaje de construcție, materii prime, sisteme de cofrare, transport și control al calității, proectanții și executanții se vor axa mai mult pe viteza de execuție a lucrărilor care vor realiza structuri de neimaginat în condiții de amplasament, care astăzi posibil sunt considerate foarte slabe pentru clădiri înalte.

BIBLIOGRAFIE

Telichenko V.I, Gnyrya A. I, Boyarintsev A. P – Tekhnologiya vozvedeniya vysotnykh bol'sheproletnykh, spetsial'nykh zdaniy i sooruzheniy, izdatel'stvo ASV, Moskva, 2016

Telichenko V.I, Gnyrya A. I, Boyarintsev A. P – Tehnologia de realizare a clădirilor înalte și cu deschidere mare, clădiri speciale și construcții, Editura ASV, Moscova,2016

O.A. Shulyat'yev, NIIOSP im. N.M.Gesevanova, OAO «NITS «Stroitel'stvo», – Fundamenty Vysotnykh Zdaniy, Moskva, 2014

O.A. Shulyat'yev, NIIOSP im. N.M.Gesevanova, OAO «NITS «Stroitel'stvo», – Fundațiile clădirilor înalte, Moscova, 2014

Shchukina M.N. – Sovremennoye vysotnoye stroitel'stvo, Monografiya. M.: GUP ITS Moskomarkhitektury, Moskva, 2007

Shchukina M.N. – Modernitatea construcțiilor înalte, Monografiya. M.: GUP ITS Moskomarkhitektury, Moskva, 2007

TKP 45-1.03-109-2008 – Vysotnyye Zdaniya Iz Monolitnogo Zhelezobetona, Pravila vozvedeniya, Ministerstvo arkhitektury i stroitel'stva Respubliki Belarus' Minsk 2008

TKP 45-1.03-109-2008 – Clădiri Înalte Din Beton Armat Monolit, Reguli de realizare, Ministerul arhitecturii și Istoriei a Republicii Belarus, Minsk 2008

V.P. Petrukhin, I.V. Kolybin, D.Ye. Razvodovskiy (NIIOSP) – Ograzhdayushchiye konstruktsii kotlovanov, metody stroitel'stva podzemnykh i zaglublennykh sooruzheniy, http://www.rtcburenie.com/upload/iblock/791/ograzhdenija_kotlovanov.pdf

V.P. Petrukhin, I.V. Kolybin, D.Ye. Razvodovskiy (NIIOSP) – Construcții de îngrădire, metode de construcție a structurilor subterane și îngropate

Vil'man YU.A – Tekhnologiya stroitel'nykh protsessov i vozvedeniya zdaniy. Sovremennyye i progressivnyye metody, izdatel'stvo ASV, Moskva, 2014

Vil'man YU.A – Tehnologia proceselor de construcție și de edificare a clădirilor. Metode moderne și progresive, Editura ASV, Moscova, 2014

Koklyugina L.A., Koklyugin A.V. – Tekhnologiya i organizatsiya stroitel'stva vysotnykh mnogofunktsional'nykh zdaniy, Kazan' 2016

Koklyugina L.A., Koklyugin A.V. – Tehnologia și organizarea costrucțiilor clădirilor multifuncționale înalte, Kazan 2016

Abramyan S. G., Burlachenko O. V., – Kompleksnaya Razrabotka Tekhnologii Vozvedeniya Monolitnykh Konstruktsiy Vysotnykh i Unikal'nykh Zdaniy, Volgograd. VolgGTU, 2018

Abramyan S. G., Burlachenko O. V., – Dezvoltarea complexă a tehnologiei pentru construcții monolitie a clădirilor înalte și unice , Volgograd. VolgGTU, 2018

V.L.Inozemtseva – Prinuzhdeniye k innovatsiyam, Tsentr issledovaniy postindustrial'nogo obshchestva, Moskva 2009

V.L.Inozemtseva – Constrângere la Innovațe, Centrul pentru Studiile Societății Post-industriale, Moscova 2009

http://www.megastroy-volga.ru/publ/betonnye_raboty/monolitbeton/tekhnologija_stroitelstva_vysotnykh_zdanij/3-1-0-1

https://en.wikipedia.org/wiki/Lakhta_Center

http://readmehouse.ru/fundament/fundament-lahta-centr.html

http://readmehouse.ru/fundament/lahta-centr-fundament.html

http://geoizolkrim.ru/stena-v-grunte.html#geoizolkrim

http://inforceproject.ru/wp-content/uploads/2018/08/Lahta_center.pdf

https://zen.yandex.ru/media/geoinfo/samoe-vysokoe-zdanie-v-evrope-chast-4-stroitelstvo-nadfundamentnyh-chastei-zdanii-kompleksa-lahta-centr-5bb1f700d8c7a300aa76b67b

http://green-city.su/laxta-centr-samyj-severnyj-neboskryob-v-mire/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D1%85%D1%82%D0%B0-%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80

https://aslan.livejournal.com/427988.html

https://www.peri.ro/companie/PERI-in-presa/lakhta-center-st-petersburg-russia.html

https://www.peri.ru/projects/skyscrapers-and-towers/lakhta-center.html

https://lakhtacenter.livejournal.com/317472.html

https://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=1338788&page=419

https://lakhtacenter.livejournal.com/318847.html

http://stroypuls.ru/novosti-partnerov/148730/