Despre proiect
Sistemul de sprijinire a săpăturii (SOE) este realizat din pereți diafragmă din beton armat (D-walls), legați între ei printr-un sistem interior de sprijinire din oțel. Este o structură provizorie care permite execuția cutiei permanente a stației subterane, în care circulă și oprește metroul. Accentul se pune aici pe proiectarea și verificarea îmbinărilor metalice prefabricate care alcătuiesc acest sistem provizoriu de sprijinire.
Elementele din plăci de oțel respectă CAN/CSA G40.20-13 / G40.21-13, clasa 350W, iar popii tubulari respectă ASTM A252M-19, Grade 3. Acolo unde se folosesc îmbinări cu șuruburi, acestea utilizează șuruburi de înaltă rezistență conforme cu ASTM A490M. Oțelul este fabricat atât local, cât și, în unele cazuri, în străinătate, apoi este transportat la fiecare șantier pentru asamblare și montaj. Grounded Engineering este inginerul responsabil de proiect (Engineer of Record, EoR) pentru două amplasamente și răspunde de detalierea îmbinărilor pentru celălalt.
Provocări de inginerie
Presiunile laterale ale pământului asupra sistemului SOE au fost determinate cu ajutorul diagramelor presiunilor aparente ale pământului, pentru a stabili înfășurătoare de calcul reprezentative. Aceste înfășurătoare, împreună cu condițiile de mai jos, au fost utilizate pentru a stabili eforturile de calcul ale îmbinărilor: forță axială, forță tăietoare și moment încovoietor:
- Presiune hidrostatică
- Supraîncărcări din execuție
- Acțiunea înghețului și efecte termice
- Încărcări din platforma de circulație și din macaraua portal
- Încărcări accidentale
- Încărcări excentrice
Sprijinul interior preia o forță axială semnificativă, ceea ce înseamnă că îmbinările dintre elementele de sprijin și pereții diafragmă sunt puternic solicitate. Grounded Engineering a elaborat proiectele inițiale folosind mecanica aplicată în inginerie, împreună cu prevederile CSA S16, CSA S6, CSA A23.3 și AISC, acolo unde au fost aplicabile. Aceste metode au oferit o estimare de ordinul întâi fiabilă a capacității îmbinărilor, dar, prin natura lor, simplifică modul în care se comportă efectiv îmbinarea.
Combinația dintre geometria complexă, încărcările mari și interacțiunea dintre oțel și beton a făcut ca mai multe efecte să fie dificil de determinat prin calcul manual. Redistribuirea tensiunilor, concentrările de tensiuni, flexibilitatea plăcilor, efectul de pârghie, fluxul tridimensional al încărcărilor, rigiditatea îmbinării și stabilitatea locală intră toate în această categorie. În plus, o excentricitate de construcție prescrisă de 50 mm a introdus momente și deformații care nu sunt ușor de captat prin calculele manuale convenționale.
Execuția a adăugat un nou nivel de complexitate. Ansamblurile îmbinărilor sunt mari și complexe, astfel că toleranțele de fabricație, jocurile de montaj și potențialele coliziuni au trebuit verificate. Și, pentru că condițiile de pe șantier au continuat să evolueze în timpul execuției, echipa a avut nevoie de o modalitate rapidă de a analiza configurațiile as-built și de a stabili soluții practice de remediere atunci când ceva se schimba.
Soluții și rezultate
Pentru a analiza aceste îmbinări, Grounded Engineering a utilizat IDEA StatiCa Connection pentru îmbinările din oțel și a transferat partea de beton în IDEA StatiCa Detail. În Connection, Metoda Elementelor Finite bazată pe componente (CBFEM) a tratat plăcile, sudurile, șuruburile și ancorarea sprijinului în peretele diafragmă. Detail a fost apoi utilizat pentru a verifica zona de beton armat în care aceste forțe sunt transmise în perete.
Analizele CBFEM au completat calculele tradiționale, fără a le înlocui. Ele au surprins comportamente pe care metodele manuale le puteau aproxima doar, inclusiv traseele tridimensionale ale încărcărilor, deformarea plăcilor, efectul de pârghie, comportamentul sudurilor și interacțiunea dintre oțel și betonul armat. Excentricitatea de construcție de 50 mm a fost introdusă direct în modele, astfel încât efectele secundare și deformațiile îmbinării asociate acestei deplasări să poată fi analizate explicit.
Merită subliniat că analiza nu a înlocuit raționamentul ingineresc al echipei. Ea a oferit echipei un plus de încredere în ipotezele de proiectare și a evidențiat zonele în care componentele individuale ale îmbinărilor puteau fi optimizate. Pachetul final de proiectare a reflectat acest echilibru, cu 115 pagini de calcule manuale, susținute de 81 de pagini de rezultate din IDEA StatiCa.
Modelele 3D au ajutat și în privința execuției. Posibilitatea de a vizualiza ansamblul complet al îmbinării în trei dimensiuni a permis echipei să identifice potențiale coliziuni și să verifice toleranțele de montaj înainte ca ceva să ajungă pe șantier. Atunci când au apărut condiții as-built sau modificări pe șantier în timpul execuției, aceste schimbări au putut fi evaluate rapid, ceea ce a ajutat la stabilirea necesității unor măsuri de remediere, reducând în același timp impactul asupra graficului de execuție.
Pentru coordonare, modelele îmbinărilor au fost exportate în IFC și DWG, astfel încât să poată fi integrate în Revit, alături de restul datelor proiectului. Astfel, echipele de proiectare, de desen și de execuție au dispus de o referință 3D comună pentru fiecare îmbinare, adesea momentul în care erorile și solicitările de informații (RFI) inutile sunt depistate din timp.
Grounded Engineering a mai menționat că software-ul a reprezentat doar o parte din poveste. De la întâlnirea inițială de lansare și până la asistența tehnică continuă, echipa IDEA StatiCa a rămas receptivă și implicată în proiect, iar dezvoltarea continuă, ghidată de feedbackul utilizatorilor, a făcut din software un partener util pe parcursul proiectării.