Studiu de caz

Înlocuirea reazimelor la Viaductul Weyermannshaus

Bern | Switzerland | Emch+Berger AG Bern

Concrete

Detail 2D

SIA (Switzerland)

Acest articol este disponibil și în:

Tradus de AI din engleză

Proiectele de infrastructură din mediile urbane dense necesită adesea structuri din beton armat optimizate, în care transferul de forțe, detaliile de armare și posibilitatea de execuție trebuie echilibrate cu atenție. Acest lucru este valabil în special pentru structurile care combină cerințe arhitecturale cu condiții stricte de siguranță și durabilitate, cum ar fi elementele de beton aferente transporturilor, expuse la încărcări mari și condiții de exploatare pe termen lung. În Berna, Elveția, EMCH+BERGER AG a fost implicată în proiectarea structurală a unei structuri din beton, unde evaluarea precisă a transferului de forțe și a detaliilor de armare a fost esențială. Proiectul a necesitat o abordare fiabilă pentru verificarea zonelor complexe din beton, care nu puteau fi evaluate suficient prin calcule manuale standard sau metode analitice simplificate.

Despre proiect

Proiectul a implicat proiectarea și verificarea unui detaliu structural din beton armat, care face parte dintr-un sistem de infrastructură mai amplu.

Viaductul (construit în perioada 1974–1977) este alcătuit din grinzi-casetă precomprimate (cu deschideri cuprinse între 26,5 și 38 de metri) și grinzi transversale masive precomprimate care acoperă pilele. Aceste pile vor fi înlocuite pe secțiuni în timpul lucrărilor de construcție. În acest scop, viaductul este ridicat cu ajutorul unui sistem temporar de susținere (grinzi metalice masive sudate pe turnuri de eșafodaj) și cricuri hidraulice. Pilele existente sunt descărcate și demolate, după care se construiesc pile noi, mai înalte, astfel încât terenul să poată fi coborât.

Configurația inițială

Configurația nouă

Vedere izometrică și secțiune transversală a susținerii temporare (extras din plan: Frutiger AG)

Structura a fost supusă unor forțe concentrate semnificative, generând distribuții complexe ale tensiunilor în volumul de beton. Elementele din beton au fost proiectate în conformitate cu Eurocode 2, cu o atenție deosebită acordată:

Zonelor locale de introducere a forțelor
Ancorajului și transferului de forțe între componentele structurale
Dispunerii armăturii în zonele perturbate (zona D)

Datorită geometriei și condițiilor de încărcare, comportamentul structural nu putea fi descris prin teoria simplă a grinzilor. În schimb, a fost necesară o înțelegere bazată pe modelul Bielă-tiranți a fluxului de forțe, pentru a asigura că atât câmpurile de compresiune din beton, cât și tiranții de întindere din armătură au fost proiectate corespunzător.

Secțiune transversală a grinzii de pod care prezintă o comparație a distribuției forțelor în structura existentă (sus) și în timpul construcției (jos)

Provocări inginerești

Una dintre principalele provocări ale proiectului a fost verificarea stărilor complexe de tensiune în betonul armat, în special în zonele unde:

Forțele erau introduse pe arii relativ mici
Mai multe căi de transfer al forțelor interacționează într-un volum limitat de beton
Aglomerarea armăturii ridica potențiale probleme de executabilitate

Abordările tradiționale de proiectare bazate pe modele simplificate Bielă-tiranți au oferit o înțelegere conceptuală inițială, însă nu aveau acuratețea necesară pentru verificarea finală. Dezvoltarea manuală a unor modele Bielă-tiranți rafinate ar fi fost extrem de consumatoare de timp și predispusă la ipoteze conservative, putând conduce la dispuneri ineficiente ale armăturii.
O altă problemă critică a fost necesitatea de a demonstra clar conformitatea cu cerințele Eurocode. Dat fiind importanța structurii, proiectarea trebuia să fie transparentă, trasabilă și ușor de verificat de către toți factorii implicați în proiect.

Soluții și rezultate

Pentru a depăși aceste provocări, EMCH+BERGER AG Bern a implementat IDEA StatiCa Concrete, utilizând CSFM (Metoda Câmpului de Tensiuni Compatibil) pentru a analiza comportamentul real al detaliului din beton armat.
Această abordare a permis inginerilor să:

Modeleze geometria exactă a elementului din beton
Aplice combinații de încărcări realiste direct pe model
Definească dispuneri ale armăturii care reflectă constrângerile practice de execuție

În loc să se bazeze pe căi de forțe idealizate, analiza bazată pe Metoda Elementelor Finite a oferit o vizualizare clară a:

Traiectoriilor tensiunilor principale de compresiune în beton
Gradului de utilizare al barelor individuale de armătură
Lățimilor fisurilor și nivelurilor de tensiune la stările limită de serviciu și ultime

Aceasta a permis rafinarea iterativă a dispunerii armăturii, obținând un proiect atât eficient structural, cât și executabil. Zonele critice au putut fi consolidate exact acolo unde era necesar, fără supraarmare inutilă în alte zone.
Software-ul a generat, de asemenea, rezultate clare și cuprinzătoare, inclusiv verificări ale gradului de utilizare și reprezentări grafice ale tensiunilor, care au simplificat semnificativ procesul de verificare și comunicarea cu verificatorii.

Concluzie

Prin utilizarea IDEA StatiCa Concrete, EMCH+BERGER AG Bern a putut depăși ipotezele simplificate de proiectare și a baza deciziile critice pe o reprezentare realistă a comportamentului structural. Metoda a oferit încredere în siguranța și performanța detaliului din beton, menținând în același timp un proiect eficient și economic.
Acest proiect demonstrează modul în care instrumentele numerice avansate pot sprijini inginerii în abordarea provocărilor complexe din domeniul betonului armat, în special în proiectele de infrastructură unde acuratețea, transparența și conformitatea cu standardele sunt esențiale.