Cedarea grinzilor lungi din beton precomprimat prefabricat

Apariția unei încovoieri sau a unei deflexiuni excesive în jurul axei slabe a unei grinzi zvelte din beton precomprimat prefabricat, sau chiar prăbușirea unui pod cu grinzi din beton precomprimat prefabricat pe un șantier în faza de ridicare, nu este o nenorocire rară. Dar se mai întâmplă cu adevărat în zilele noastre, cu toate codurile de siguranță, ghidurile și experiența inginerească anterioară? Da, se întâmplă. Cum este posibil? Care este problema?

Instabilitatea laterală a grinzilor lungi precomprimat

Grinzile din beton prefabricat sau grinzile principale sunt utilizate într-o mare varietate de proiecte, în mod tipic hale industriale, magazine hypermarket, depozite sau poduri cu grinzi din beton precomprimat prefabricat. Mai multe progrese tehnologice, precum materialele utilizate, formele mai eficiente ale secțiunilor transversale și toronii de precomprimare de dimensiuni mai mari permit atingerea unor deschideri mai mari. Datorită creșterii deschiderii, greutatea totală a acestor grinzi crește, de asemenea, făcând uneori din fazele de transport și manipulare cazurile de încărcare critice în proiectarea structurală, așa cum este ilustrat în figura [3].

Strategia obișnuită pentru a depăși această problemă este minimizarea greutății proprii a grinzilor prin reducerea lățimii tălpilor. Cu toate acestea, aceasta reduce și rigiditatea la axa slabă și rigiditatea torsională a elementului, amplificând riscul de instabilitate laterală. [1]

Accidentele și daunele raportate din cauza instabilității laterale sunt de obicei asociate cu excentricități care activează efecte de ordinul doi în situații de încărcare tranzitorii (ridicare, transport și rezemare pe aparate de reazem). Sursele tipice ale acestor excentricități sunt toleranțele de fabricație, variațiile în poziționarea laterală a toronilor, fisurarea locală, devierea datorată fluajului și contracției și încălzirea solară pe o singură parte, care determină arcuirea grinzii. Deoarece se presupunea că grinzile din beton precomprimat au o marjă suficientă de rigiditate la axa slabă, fenomenului i s-a acordat în mod tradițional o atenție limitată. [1]

Accidente ale grinzilor lungi din beton precomprimat prefabricat

Podul Dehtiarivskyi din Kiev, construit în 1965, care a fost închis pentru renovare pe 13 iunie 2023, s-a prăbușit [2]. Se pare că, după ce șase grinzi fuseseră deja montate, muncitorii au început instalarea celei de-a șaptea, iar grinda și-a pierdut stabilitatea, împingând restul grinzilor, și totul s-a prăbușit. Din fericire, nu au existat victime, dar, desigur, au existat daune financiare uriașe.

Un alt exemplu este cedarea în faza de ridicare. O grindă din beton precomprimat prefabricat de 45,6 m lungime, cu secțiune transversală constantă în formă de I, cu o înălțime de 2 m și o lățime a tălpii superioare de 1,2 m. Imaginați-vă: o formă deformată după prima operațiune de ridicare și o creștere drastică a deplasării laterale de până la 300 mm (L/150). Grinda a fost așezată din nou pe sol pentru a evalua eventualele daune. După inspecție, au fost observate fisuri verticale la talpa superioară stângă. Lățimile fisurilor depășeau 0,4 mm, care ar fi trebuit reparate pentru a respecta cerințele de durabilitate dacă elementul urma să fie acceptat în final.

Apoi a fost efectuată o a doua tentativă de ridicare. Cu toate acestea, aceasta a arătat o deviație laterală de mai mult de L/400, ceea ce a însemnat că această grindă nu a putut să-și recupereze forma originală. Aceasta a fost probabil cauzată de deformațiile plastice care au apărut în timpul operațiunilor de ridicare. Astfel, această grindă a fost respinsă, iar o nouă grindă a fost produsă și transportată la șantier. [1]

Proiectarea în siguranță a grinzilor zvelte din beton precomprimat prefabricat

Cum putem preveni astfel de accidente și daune? Renunțăm la proiectarea grinzilor lungi din beton precomprimat? Desigur că nu, ar fi un pas înapoi și o mare rușine (autorul este un mare fan al betonului precomprimat)! Pentru un inginer structurist, nu este o sarcină ușoară să livreze un proiect sigur și economic în câteva minute.

Și în acest caz, mă tem că hârtia și creionul nu sunt suficiente. În practica mea inginerească recentă, mi-am dorit întotdeauna să existe un software care să mă ajute cu calculele complexe implicate în flambajul lateral-torsional (LTB) al grinzilor zvelte precomprimat. Firește, nu doream să-mi petrec tinerețea introducând valori de intrare și interpretând rezultatele în programe incomplete.

Soluția pentru flambajul lateral-torsional

Vești bune: există IDEA StatiCa care vine cu analize complexe pentru flambajul lateral-torsional (LTB) al grinzilor lungi din beton precomprimat prefabricat. Toate acestea sunt disponibile într-un singur instrument care este ușor de utilizat, are rezultate clare și generează automat rapoarte. Urmați pur și simplu fluxul de lucru tipic IDEA StatiCa Beam:

• Geometrie: secțiunea transversală, informațiile despre deschidere, armăturile pretensionate, istoricul fazelor de execuție sunt deja definite în aplicația Beam pentru analiza globală și proiectare. Toate datele sunt luate în considerare automat.
• Fila Stabilitate laterală: definiți date de intrare detaliate despre ridicare, transport și alte faze de execuție, cum ar fi imperfeșiunea inițială, detaliile cablurilor de ridicare, tipurile de reazeme finale etc.  Toate acestea influențează analiza LTB.
• Rulați analiza LTB: adică analiza neliniară material și geometric cu imperfeșiuni inițiale. Metoda avansată din spate, nu metode sau formule simplificate.
• Rezultate: rezultatele analizei LTB sunt reacțiunile, eforturile interioare și deflexiunea
• Verificarea LTB: până în prezent, este disponibilă introducerea manuală în aplicația RCS. După rularea analizei LTB, mergeți la rezultatele detaliate (aplicația RCS) și salvați ca fișier nou, introduceți eforturile interioare suplimentare datorate flambajului în combinațiile de SLU și SLS determinante și rulați toate verificările.
  Notă: Introducerea automată a rezultatelor LTB în combinațiile de verificare va fi dezvoltată în curând. 
• Raport: Generați rapoarte precise cu verificări conform codului automatizate și rezultate personalizabile, economisind timp și reducând riscul de erori. 

Găsiți mai multe detalii tehnice despre analiza LTB și verificări aici.

Cuvânt final

Asigurați siguranța grinzilor în fiecare etapă de fabricație și construcție cu verificări integrate ale stabilității LTB, acoperind toate condițiile de la depozitare, prin transport până la ridicare. Nu mai vă faceți griji sau evitați proiectarea grinzilor zvelte din beton precomprimat prefabricat deoarece acestea prezintă riscul de a-și pierde stabilitatea laterală. Astăzi, puteți fi siguri având IDEA StatiCa de partea dumneavoastră!

Surse

[1] A. de la Fuente, J.M. Bairán, S.H.P. Cavalaro, Case Study of Failure of Long Prestressed Precast Concrete Girder During Lifting, Engineering Failure Analysis, Volume 100, 2019, Pages 512-519, ISSN 1350-6307, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.02.061, (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630717302236)

[2] Disponibil online https://english.nv.ua/nation/photos-of-collapsed-kyiv-s-dehtiarivskyi-bridge-50357382.html

[3] Disponibil online https://www.prefa-praha.cz/tycove_prvky/