1

CUPRINS pag. Cap.1 PREVEDERI GENERALE

1.1 Scopul i domeniul de aplicare 5 1.2 Termeni utilizai n acest normativ. Definiii. 6 1.3 Uniti S.I. 7 1.4 Simboluri folosite n acest normativ 7

1.4.1 Precizri generale 7 1.4.2 Litere latine mari 7 1.4.2 Litere latine mici 7 1.4.3 Litere greceti mari 8 1.4.4 Litere greceti mici 8 1.4.5 Indici 8

1.5 Referine 8

Cap. 2 CONCEPIA CPTUELII

2.1 Sisteme constructive 9 2.2 Date de baz necesare la proiectarea unei cptueli prefabricate. 10 2.3 Funciile unei cptueli prefabricate. 12 2.4 Elemente conceptuale ale unei cptueli prefabricate. 12 2.4.1 Concepia unui inel. Principii de proiectare. 13

2.4.1.1 Forma i dimensiunile unui inel 13 2.4.1.2 Alctuirea n seciune transversal 14 2.4.1.3 Asigurarea conlucrrii dintre structur i teren. 15

2.4.2 Alctuirea bolarilor. 16 2.4.2.1 Geometria bolarilor 16 2.4.2.2 Materiale utilizate 20

2.4.2.2.1 Ciment 20 2.4.2.2.2 Agregate 20 2.4.2.2.3 Apa 21 2.4.2.2.4 Aditivi 21 2.4.2.2.5 Adaosuri 21 2.4.2.2.6 Beton 21 2.4.2.2.7 Oeluri pentru armturi 22

2.4.2.3 mbinri ntre bolari suprafee de contact 23 2.4.2.3.1 mbinri circumfereniale 24 2.4.2.3.2 mbinri radiale 24

2.4.2.3.2.1 mbinri cu suprafee plane 25 2.4.2.3.2.2 mbinri articulate 25

2.4.3 Dispozitive de asamblare. 27 2.4.3.1 Dispozitive de asamblare cu buloane 27 2.4.3.2 Dispozitive de asamblare cu conectori. 28

2.4.4 Etanarea cptuelii. 29 2.4.4.1 Garnituri de etanare. 29

2.4.4.1.1 Garnituri compresibile 30 2.4.4.2.2 Garnituri hidroexpansive 31 2.4.4.3.3 Garnituri mixte 31

2.4.4.2 nchiderea rosturilor interioare 31 2.4.5 Garnituri pentru repartizarea eforturilor 32 2.4.6 Injecii la extradosul cptuelii 32

2

2.5 Durata de via. Durata de serviciu. Durabilitate. 33 2.5.1 Generaliti 33

2.5.2 Durabilitatea cptuelilor prefabricate. 34 2.5.2.1 Calitatea concepiei 34

2.5.2.2 Calitatea materialelor 34 2.5.2.3 Calitatea execuiei 34 2.5.2.4 Condiiile de mediu 35 2.5.2.5 Condiiile de exploatare i mentenan 35

Cap.3 CALCULUL CAPTUSELII

3.1. Metode de calcul structural 37 3.1.1 Modelul unidimensional 39

3.1.2 Modelul mediului continuu 39 3.1.2.1.1 Metode analitice 40 3.1.2.1.2 Metode numerice 40

3.2 Analiza structural a mbinrilor 42 3.2.1 Generaliti 42 3.2.2 Analiza mbinrilor plane 43

3.2.3 Analiza mbinrilor articulate 43 3.2.4 Analiza mbinrilor cu dispozitive de asamblare. 44

3.3 Parametrii pentru calculul solicitrilor. 45 3.3.1 Parametri legai de teren 45

3.3.1.1 Parametri legai de starea de eforturi natural 46 3.3.1.2 Parametrii fizico-chimici 46 3.3.1.3 Parametrii mecanici 46 3.3.1.4 Parametri hidrogeologici 47

3.3.2 Parametri legai de scut. 47 3.3.3 Parametrii legai de cptueal. 48

3.4 Aciuni 48 3.4.1 Aciuni permanente 48

3.4.1.1 ncrcrile date de terenul nconjurtor (presiunea pmntului). 48 3.4.1.1.1 ncrcri active 49

3.4.1.1.1.1 ncrcri verticale 50 3.4.1.1.1.2 ncrcrile orizontale 50

3.4.1.1.2 ncrcri pasive. 51 3.4.1.1.3 Presiunea de umflare a rocilor plastice. 52

3.4.1.2 Presiunea apei. 52 3.4.1.3 Greutatea apei din interior la galerii pentru transportul apei. 53

3.4.1.4 Aciuni permanente legate de alctuirea tunelului. 53 3.4.1.5 Aciuni exterioare de suprancrcare sau de descrcare. 54

3.4.2 Aciuni variabile. 54 3.4.2.1 Aciuni din trafic 55 3.4.2.2 Aciuni date de presele scutului 55 3.4.2.3 Aciuni date de materialul injectat la extradosul cptuelii 56 3.4.2.4 Aciuni din variaii de temperatur 56

3.4.3 Aciuni accidentale. 56

3.5 Coeficieni pariali de siguran 57 3.6 Combinarea aciunilor 59

3

Cap 4. DIMENSIONAREA CPTUELII

4.1. Caracteristicile materialelor 61 4.1.1. Beton n bolari 61 4.1.1.1. Notaii 61 4.1.1.2. Clase de rezisten pentru beton 61 4.1.1.3. Diagrama efort unitar deformaie specific 62

4.1.1.4. Modulul de elasticitate 64 4.1.1.5. Coeficientul lui Poisson 64

4.1.2 Oel pentru armturi 64 4.1.2.1. Generaliti 64 4.1.2.2. Notaii 64 4.1.2.3. Proprieti 64

4.1.2.3.1. Rezistene 65 4.1.2.3.2. Ductilitatea 66 4.1.2.3.3. Sudabilitatea 66

4.1.2.4 Ipoteze de calcul pentru proiectare 67 4.2. Criterii de dimensionare 68

4.2.1. Stri limit ultime 68 4.2.1.1. Starea limit de rezisten 68

4.2.1.1.1. Generaliti 68 4.2.1.1.2. Capacitatea portant a bolarilor solicitai la ncovoiere

cu for axial de compresiune. 68 4.2.1.1.3. Capacitatea portant a zonelor de transmitere 70 4.2.1.2. Starea limit a stabilitii formei 72 4.2.1.3. Starea limit de echilibru static 73 4.2.2. Stri limit de serviciu 74

4.2.2.1. Starea limit de fisurare 74 4.2.2.1.1. Generaliti 74

4.2.2.1.2. Arii minime de armare 74 4.2.2.1.3. Verificarea la fisurare 75

4.2.2.1.4 Calculul eforturilor unitare n beton i n armtur n stadiul II de lucru, la elemente solicitate la ncovoiere cu sau fr efort axial 76

4.2.2.2. Starea limit de compresiune a betonului 78 4.2.2.3 Starea limit de deformaie 79 4.3. Prescripii privind alctuirea bolarilor prefabricai pentru cptuelile tunelurilor

executate cu scutul 79 4.3.1. Alegerea dimensiunilor bolarilor 79

4.3.2. Stratul de beton pentru acoperirea armturilor 79 4.3.3. Diametre minime i distane ntre bare 80 4.3.4 Ancorarea armturilor 80 4.3.5 Procente minime de armare 80 4.3.6 Armtura circumferenial 81 4.3.7 Etrieri, armturi longitudinale i agrafe 81 4.3.8 Armtura din zona mbinrilor ntre bolari 81

Cap. 5 EXECUIA CPTUELII

5.1. Generaliti 83 5.2. Tolerane de execuie 83

5.2.1. Tolerane pentru bolari 83

4

5.2.2. Tolerane pentru inele 83 5.2.3. Tolerane pentru acoperirea cu beton 84

5.3. Prefabricarea bolarilor 84 5.3.1. Pregtirea cofrajului 84

5.3.2. Realizarea carcasei de armtur 84 5.3.3. Betonare 85

5.4. Decofrare, manipulare, depozitare 86 5.5 Verificri i remedieri 86 5.6. Transport i montaj 87 Anexa A Metoda grinzii poligonale pe reazeme elastice 89 A1 Elemente generale 89 A2 Particulariti de aplicare 91 Anexa B Aplicarea MEF la calculul tunelelor executate cu scutul 94

B1 Discretizarea ansamblului structur-masiv 94 B2 Modelarea fazelor de execuie 95

B3 Simularea efectului avansrii frontului n modelul 2D 96 B4 Simularea nchiderii golului lsat de fust 97

B5 Modele constitutive, legi de comportare 97 Anexa C Analiza rigiditii la rotire a mbinrilor cu suprafee plane 99 Anexa D Analiza mbinrilor articulate 101

D1 Comportarea mecanic a mbinrilor articulate 101 D2 Starea de eforturi si deformatii n imbinri articulate 102

Anexa E Analiza procesului de formare a presiunii pmntului 104 Anexa F Determinarea presiunii active a pmntului lund n considerare forma circular a seciunii transversale 105

5

Cap.1 PREVEDERI GENERALE

1.1. Scopul i domeniul de aplicare

(1) Prezentul normativ stabilete elementele generale, de baz, privind concepia, calculul structural, dimensionarea i execuia cptuelilor alctuite din bolari prefabricai din beton armat, cu armare clasic, utilizate la tuneluri de form circular executate cu scutul n terenuri slabe.

(2) Prevederile prezentului normativ pot fi aplicate i pentru cptuelile alctuite din elemente prefabricate la tuneluri executate cu scutul, avnd alte forme dect cea circular (potcoav, dreptunghiular, boli gemene) cu adaptrile corespunztoare n special n ceea ce privete concepia. Deasemeni, ele pot fi aplicate la tuneluri executate n roci slabe, cu maini de forat (TBM) adoptnd modele de calcul i ncrcare specifice comportrii rocilor.

(3) Acest normativ are n vedere exigene privind rezistena, stabilitatea, etaneitatea, exploatarea normal i durabilitatea cptuelilor prefabricate la tuneluri executate cu scutul.

(4) Normativul nu trateaz cerinele speciale ale proiectrii seismice.

(5) Acest normativ se bazeaz pe prescripiile din Eurocode 1 Bazele proiectrii i aciuni n construcii care stabilete principiile i exigenele n materie de securitate i exploatare normal, descrie bazele proiectrii i verificrii lucrrilor de construcie i d indicaii privind sigurana structural.

(6) Unele prevederi din acest normativ, referitoare la parametri geotehnici i presiunile date de teren se bazeaz i pe prescripiile din Eurocode 7 "Proiectarea geotehnic".

(7) Capitolul 4 din prezentul normativ care trateaz dimensionarea cptuelii se bazeaz pe prescripiile din Eurocode 2 - "Proiectarea construciilor din beton".

(8) Normativul se bazeaz deasemeni pe recomandri specifice domeniului care sunt: - "Recomandri relativ la concepia, dimensionarea i execuia cptuelilor din bolari

prefabricai de beton armat montai n spatele scutului" al Asociaiei Franceze de Tuneluri AFTES,

- "Recomandri pentru proiectarea cptuelilor de tunel executate cu scutul" al Asociaiei Internaionale de Tuneluri ITA.

1.2. Termeni utilizai n acest normativ. Definiii.

(1) Termenii generali utilizai n acest normativ au sensul i semnificaia conform ISO 8930/1987 i Eurocode 1 n ceea ce privete: Termenii comuni, Termenii specifici pentru proiectare, Termenii referitori la aciuni, Termenii referitori la proprietile materialului, Termeni referitori la date geometrice.

(2) Urmtorii termeni, specifici domeniului, care se folosesc n acest normativ, se definesc astfel:

AVANS Lungimea de tunel pe care se efectueaz operaiunile de excavare, montare bolari i naintare a scutului.

6

BOLAR Element prefabricat din beton armat sau font de form curb, plin sau casetat, constituind partea elementar transversal a unui inel, la tuneluri executate cu scutul.

BULON Tije metalice filetate ce constituie elementele de legtur ale dispozitivelor de asamblare.

CPTUEAL Construcia de diverse forme i compus din diverse materiale, cuprins ntre teren i suprafaa interioar liber, ntre teren i hidroizolaie (cptueal exterioar) sau ntre hidroizolaie i suprafaa interioar liber (cptueal interioar) care ndeplinete mai multe funcii: stabilitate, rezisten, etaneitate.

CPTUEAL PREFABRICAT Element structural de form circular, provizoriu sau definitiv, compus n sens

longitudinal dintr-o succesiune de inele juxtapuse, care sunt compuse transversal dintr-un numr de elemente prefabricate numite bolari.

CONECTORI Piese metalice sau din material plastic, de forme i alctuiri diverse, ce se introduc n guri practicate n bolari, pe feele ce vin n contact la inelele adiacente, avnd drept rol solidarizarea i mpiedicarea deplasrii difereniate a acestora.

DISPOZITIV DE ASAMBLARE Ansamblul elementelor de legtur, golurilor, degajrilor i pieselor nglobate, destinat asigurrii legturii dintre doi bolari adiaceni n zona mbinrilor.

ERECTOR Dispozitiv mecanic cu ajutorul cruia se realizeaz montarea bolarilor

FUST Partea din spate a mantalei scutului sub protecia creia se monteaz bolarii.

INEL Parte a tunelului cuprins ntre dou rosturi transversale, sau elementul structural

principal la cptuelile prefabricate, care poate fi compus din mai multe tipuri de bolari, care se difereniaz dup form, poziie i armare.

INJECIE LA EXTRADOS Operaiune de umplere a golului inelar rmas n urma scutului, la extradosul cptuelii

exterioare, cu diverse materiale (mrgritar, mortar etc.).

MBINARE (ROST) Discontinuitate n cptueal i suprafaa de contact ntre bolari.

SCUT Construcie metalic de form cilindric, mobil, care susine conturul excavat i la

adpostul cruia se realizeaz operaiunile de excavare, montare bolari i injectare gol.

TEREN

7

Pmnt, roc sau material de umplutur existnd pe amplasament nainte de execuia tunelului.

1.3 Uniti S.I.

Se vor utilza unitile S.I. n conformitate cu ISO 1000 Pentru calcule se recomand urmtoarele uniti: - Fore kN, MN; - Momente ncovoietoare kNm - Uniti de mas kg/m3, t/m3; - Greutate kN/m3; - Eforturi unitare, presiuni, rezistene kN/m2 (kPa);

1.4 Simboluri folosite n acest normativ

1.4.1 Precizri generale

n aceast seciune se definesc numai simbolurile principale utilizate n normativ, adoptate n conformitate cu ENV 1991, Eurocode 1 i ENV 1997, Eurocode 7. Simbolurile care se folosesc numai n zone reduse ale normativului, se definesc acolo unde apar. Notarea simbolurilor utilizate se bazeaz pe ISO 3898:1987.

1.4.2 Litere latine mari

A Arie; Aciune accidental B Lime Cd Rigiditatea la rotire D Diametru E Modul de elasticitate F Aciune; For G Aciune permanent

I Moment de inerie K Coeficient de mpingere a pmntului Ks Coeficient de pat L Lungime M Moment ncovoietor N For axial Pv Presiunea vertical a pmntului Ph Presiunea orizontal a pmntului Q Aciune variabil R Raz T For tietoare

1.4.3 Litere latine mici

a Dat geometric b Lime c Coeziune e Excentricitate f Rezisten (a materialului) h nlime k Coeficient

8

l Lungime

1.4.4 Litere greceti mari

Deplasare; Scurtare; Tasare

1.4.5 Litere greceti mici

Unghi; Raport; Factor Unghi; Raport; Factor Greutate unitar; Factor parial de siguran. Unghi de frecare ntre teren i construcie Coeficientul lui Poisson Coeficient de deconfinare Efort normal Efort tangenial Coeficient de frecare Unghi de frecare interioar

1.4.6 Indici

a mpingerea activ a pmntului h Orizontal (referitor la presiunea pmntului) i Indice p Presiunea (reaciunea) pasiv v Vertical (referitor la presiunea pmntului)

1.5 Referine

ISO 1000: 1981 S.I. units and Recommendations for the use of their multiples and of certain other units.

ISO 3898: 1987 Bases for design of structures. Notations. General symbols

9

2. CONCEPIA CPTUELII

2.1.Sisteme constructive

(1) Tunelele executate cu scutul prezint trei tipuri de sisteme constructive: 1. Sistemul cu o singur cptueal din bolari prefabricai montai n spatele scutului; 2. Sistemul cu dou cptueli:

- cptueala primar (exterioar) din bolari prefabricai montai n spatele scutului;

- cptueala secundar (interioar) din beton monolit turnat in situ.

3. Sistemul cu o singur cptueal din beton monolit presat. Prezentul normativ se ocup doar cu cptuelile corespunztoare sistemelor constructive 1 i 2.

1. Sistemul cu o singur cptueal implic o singur faz de execuie corespunztoare montrii cptuelii alctuit din bolari prefabricai care are rol att de sprijinire imediat ct i definitiv (Fig. 2.1).

Fig. 2.1 Tunel de metrou Fig. 2.2a Tunel de cale ferat

2. Sistemul cu dou cptueli (Fig. 2.2a ,b,c) implic dou faze de execuie, corespunztoare celor dou cptueli.

Cptueala primar se monteaz n spatele scutului (pe fust sau n afara ei) i are rol att de sprijinire imediat ct i permanent.

Cptueala interioar este, n general , din beton monolit i se instaleaz la o distan variabil n spatele scutului i deci la o anumit perioad de timp dup montarea cptuelii primare.

10

Fig. 2.2b Tunel rutier Fig. 2.2c Galerie de canalizare

La proiectarea sistemului cu dou cptueli pot fi luate n considerare urmtoarele situaii:

a. Cptueala secundar este instalat dup ce toate deformaiile n teren i n cptueala primar au ncetat. n acest caz cptueala primar va prelua integral ncrcrile date de teren, iar cptueala secundar va fi solicitat doar de greutatea proprie i ncrcrile ce apar ulterior.

b. Cptueala secundar este instalat inainte de atingerea echilibrului n ansamblul cptueal primar teren. n acest caz cptueala secundar va fi supus unei deformaii, conlucrnd cu cptueala primar i terenul pentru preluarea ncrcrilor rmase, pn la atingerea echilibrului final.

c. Cnd tunelul este imersat i trebuie etanat, cptueala secundar trebuie protejat de o membran de etanare pe tot conturul i va fi proiectat s reziste la ntreaga presiune hidrostatic.

d. Cnd tunelul este construit n terenuri cu proprieti de umflare, care pot dezvolta presiuni dup o anumit perioad de timp, ncrcrile noi ce apar vor fi preluate de cele dou cptueli primar i secundar.

(2) Alegerea sistemului constructiv depinde de urmtorii factori: - destinaia tunelului; - condiiile geologice i hidrologice; - gradul de etanare impus; - condiiile impuse de beneficiar.

11

(3) O comparaie a sistemului cu o cptueal fa de cel cu dou cptueli scoate n eviden urmtoarele avantaje i dezavantaje:

Avantaje - diametrului tunelului este mai mic; - timpul de execuie este mai scurt; - lucrrile de ventilare i evacuare ape pe perioada execuiei nu mai sunt deranjate; - costul este mai redus.

Dezavantaje: - rosturi mai multe cu posibiliti mai mari de infiltrare sau exfiltrare a apelor; - construcia i montarea bolarilor este mai complicat i mai costisitoare datorit

gurilor i locaelor pentru buloane, a garniturilor de etanare i a montrii buloanelor.

(4) Adoptarea sistemului cu dou cptueli este justificat n anumite situaii: - galerii hidrotehnice i de canalizare care necesit condiii speciale de scurgere a apelor; - tunelul este construit n terenuri cu ape agresive sau care antreneaz particule fine care

pericliteaz stabilitatea structurii terenului nconjurtor i impun realizarea etanrii totale pe tot conturul.

2.2. Date de baz necesare la proiectarea unei cptueli prefabricate.

(1) Concepia unei cptueli prefabricate trebuie s fie precedat de precizarea obiectivelor i cerinelor la care trebuie s corespund tunelul proiectat. Acestea compun datele de baz care sunt:

- destinaia tunelului (feroviar, rutier, metrou, hidrotehnic, canalizare etc.) - durat de via, de serviciu, durabilitatea; - cerine impuse de exploatare:

- criterii geometrice (traseu, gabarite, tolerane); - tipul i amplasarea unor lucrri auxiliare sau echipamente definitive (banchete,

nie, galerii de ventilaie, sistemul catenarei etc.); - criterii de etanare (gradul de etanare cu debite de infiltrare sau exfiltrare

acceptate); - criterii de rugozitate ale suprafeei conturului interior, compatibile cu aerodinamica

sau hidraulica maselor care circul prin tunel; - criterii de rezisten la foc; - protecia contra curenilor vagabonzi.

- cerine de protecie a mediului care pot fi mprite n dou categorii: - mediu exterior:

- limitarea tasrilor terenului n zone urbane; - controlul modificrilor nivelului pnzei freatice i a condiiilor de scurgere a

apei subterane; - evitarea fenomenelor de sufozie hidrodinamic; - controlul vibraiilor i a polurii sonore; - agresivitatea apelor subterane.

- mediu interior: - necesitatea ventilrii; - controlul temperaturii i umiditii; - controlul iluminatului, polurii, vibraiilor i al securitii circulaiei.

- cerine de proiectare structural: - s reziste tuturor aciunilor date de teren, apa subteran, convoaie etc. Pe toat

durata de via prevzut; - s respecte recomandrile, normativele i standardele n vigoare.

12

2.3 Funciile unei cptueli prefabricate.

(1) Funcii legate de exploatare: - susinere definitiv; - etanare pentru infiltraii sau exfiltraii; - suport pentru instalaii i echipamente; - asigurarea permanent a gabaritelor de circulaie; - funcii aerodinamice (efectul de piston la viteze mari) i hidraulice (lovitura de berbec).

(2) Funcii legate de construcie: - susinere imediat a conturului excavaiei; - protecie mpotriva apei sub presiune; - susinere longitudinal a mpingerii dat de presele hidraulice pentru avansarea

scutului; - suport pentru trenul de snii i echipamentele de antier necesare execuiei; - evacuarea apelor.

2.4 Elemente conceptuale ale unei cptueli prefabricate.

(1) Cptueala din bolari prefabricai utilizat la tunele executate cu scutul este un element structural de form circular, compus n sens longitudinal dintr-o succesiune de inele juxtapuse, care sunt compuse transversal dintr-un numr de elemente prefabricate numite bolari (Fig. 2.3).

(2) Exist i alte tipuri de cptueli cu alctuire special: - cptueal helicoidal (Honeycomb) Fig. 2.4; - cptueal n spiral. (Fig. 2.5).

Fig. 2.3 Fig. 2.4 Fig. 2.5

(3) Cptuelile prefabricate pot fi mprite, dup locul unde sunt asamblate, n dou tipuri: a. cptueal prefabricat montat n interiorul scutului, pe fust; b. cptueal prefabricat montat n exteriorul scutului sau cptueal expandabil.

a. Cptueal prefabricat montat n interiorul scutului, pe fust, sub protecia acesteia, care este utilizat n terenuri slabe cu timp de autoportant foarte mic. Diametrul exterior al cptuelii este mai mic dect diametrul interior al fustei, adugndu-se i tolerana de montaj.

Dup avansarea scutului sau simultan, golul dintre conturul excavat i extradosul cptuelii prefabricate trebuie umplut cu material granular i/sau mortar cu diverse compoziii, pentru a sprijinii terenul i a asigura un contact continuu ntre teren i structur.

13

b. Cptueala prefabricat montat n exteriorul scutului (expandabil) este utilizat n terenuri bune cu timp de autoportan suficient pentru a asigura montajul. Inelul de bolari este expandat ctre conturul terenului excavat, cu ajutorul unui bolar de chee trapezoidal sau cu alte sisteme, eliminnd astfel golul dintre cptueal i teren i injectarea acestuia. Adoptarea unei cptueli expandabile trebuie s in cont de avantajele i dezavantajele acesteia.

Avantaje: - uurina de montare; - simplitatea alctuirii (mbinri articulate fr buloane i garnituri de etanare); - rapiditatea de avansare; - comportare structural avantajoas cu eforturi axiale predominante.

Dezavantaje: - imposibilitatea ghidrii scutului datorit lipsei preselor; - inelele nu pot fi presate, rosturile dintre acestea fiind deschise i neetane; - apariia unor infiltraii nu poate fi rezolvat dect prin adoptarea unei membrane

intermediare i a unei cptueli interioare; - pozarea bolarilor devine dificil cnd terenul devine instabil.

2.4.1 Concepia unui inel. Principii de proiectare.

(1) Inelul este elementul constructiv i structural principal al unei cptueli prefabricate. Inelele pot fi independente sau legate intre ele.

(2) La proiectarea unui inel trebuie analizate i stabilite urmtoarele elemente: - forma i dimensiunile n sens longitudinal; - alctuirea n seciune transversal; - asigurarea conlucrrii ntre structur i teren.

2.4.1.1 Forma i dimensiunile unui inel

(1) Dup forma vederii n plan inelele sunt de dou tipuri: - inele drepte cu feele transversale paralele (Fig. 2.6);

Fig. 2.6

- inele oblice cu feele transversale neparalele care pot fi: - cu ambele fee simetrice fa de ax (Fig. 2.7); - cu una din fee nclinat la dreapta sau la stnga (Fig. 2.8).

Fig. 2.7 Fig. 2.8

14

Inelele oblice sunt utilizate pentru realizarea unor trasee cu curbe n plan sau profil n lung sau pentru a corecta deviaiile accidentale ale scutului. Dimensiunile longitudinale maxime i minime ale unor astfel de inele trebuie astfel dimensionate nct s se asigure nscrierea pe curba proiectat. Inelele cu ambele fee simetrice, numite i inele universale, pot asigura nscrierea tunelului pe curbe la dreapta, la stnga i n aliniament (Fig. 2.9a). Inelele cu una din fee nclinat pot fi i ele transformate n inele universale prin combinarea succesiv a inelelor de stnga cu cele de dreapta (Fig. 2.9b).

Fig. 2. 9a Fig. 2.9b

Bolarii utilizai la inelele oblice au forme spaiale trapezoidale distincte i ocup ntotdeauna aceeai poziie, nemaiputnd fi schimbai ntre ei.

(2) Lungimea unui inel depinde de: - criterii legate de exploatare:

- diametrul tunelului; - caracteristici traseu (raza curbei n plan i n profil n lung).

- criterii legate de execuie: - optimizarea ciclurilor de excavare i montare; - legtura dintre greutatea bolarilor i capacitatea utilajelor de transport,

manipulare i montaj; - lungimea cursei preselor hidraulice; - lungimea fustei scutului.

2.4.1.2 Alctuirea n seciune transversal

(1) Toate tipurile de inele sunt alctuite n seciune transversal din bolari. Bolarul constituie unitatea constructiv i structural elementar a unui inel.

(2) Concepia unui inel n seciune transversal presupune analizarea i stabilirea urmtoarelor elemente:

- numrul bolarilor ce compun un inel; - amplasarea (configuraia) bolarilor n seciune transversal; - geometria bolarilor i precizia de fabricare; - tipul mbinrilor dintre bolari.

(3) Numrul bolarilor ce compun un inel este variabil de la un proiect la altul i depinde de urmtoarele:

- restricii legate de exploatare: - limitarea numrului de rosturi pentru a micora riscul defectelor de etanare;

15

- limitarea deformrii structurii pentru evitarea nrutirii condiiilor de gabarit.

- restricii legate de execuie: - greutatea bolarilor trebuie corelat cu capacitatea utilajelor de manipulare,

transport i montaj; - dificultile de asamblare prin buloane a bolarilor; - corelarea cu dispozitivele de mpingere (prese) ale scutului.

- restricii legate de calculul structural: - flexibilitatea sau rigiditatea structurii; - mrimea eforturilor secionale.

(4) Utilizarea unui numr mai mare de bolari pe inel prezint avantaje dar i dezavantaje fa de varianta cu un numr mai mic de bolari:

- Avantaje: - greuti i dimensiuni mai mici; - uurin la fabricare, transport, manipulare; - eforturi secionale mai favorabile (momente mai mici i fore axiale mai mari).

- Dezavantaje: - numrul rosturilor radiale este mai mare sporind dificultatea de asamblare i

mrind timpul de montaj; - dificulti de etanare i probabiliti de infiltrai mai mari; - deformaii ale inelului mai mari.

(5) Amplasarea bolarilor n seciune transversal depinde de: - tipul, orientarea i mrimea ncrcrilor; - rigiditatea terenului; - tipul i rolul bolarului de nchidere.

Poziia bolarilor, n seciune transversal influeneaz mrimea eforturilor secionale i a deformaiei inelului.

(6) Stabilirea unei soluii optime de alctuire a unui inel se bazeaz pe studii structurale i economice i pe comparaia ntre concluziile acestora.

Analiza structural stabilete numrul optim de bolari pe inel, poziia n seciune transversal i tipul mbinrilor dintre bolari i determin mrimea eforturilor secionale i a deformaiilor, influennd astfel armarea i costul.

Studiile economice trebuie s stabileasc numrul i mrimea bolarilor comparnd greutatea pe bolar, uurina de manipulare i montaj, timpul i costul instalrii, tipul, cantitatea i costul armrii, dificultile de fabricare etc.

2.4.1.3 Asigurarea conlucrrii dintre structur i teren.

(1) Asigurarea unei bune conlucrri ntre structur i teren este o condiie esenial pentru realizarea unei cptueli stabile i economice.

(2) Interaciunea structur-teren depinde de urmtorii factori: - rigiditatea terenului; - tipul, calitatea i presiunea injeciei de umplere; - presiunea de contact la cptuelile expandabile; - rigiditatea sau flexibilitatea general a cptuelii obinut:

- structural prin alegerea numrului de bolari i a poziiei in seciune; - mecanic prin alegerea tipului de mbinare ntre bolari (articulaii sau

mbinri plane cu sau fr buloane).

16

(3) ntre alctuirea inelului i interaciunea structur-teren exist o strns legtur. Flexibilitatea cptuelii influeneaz mrimea deformaiilor care influeneaz interaciunea.

2.4.2 Alctuirea bolarilor.

2.4.2.1 Geometria bolarilor

(1) Geometria bolarilor este definit de lungime, lime, grosime i form, i depinde de interaciunea dintre urmtorii parametri:

- parametrii scutului: lungimea fustei scutului; configuraia sistemului de mpingere; lungimea cursei preselor; tipul, capacitatea i precizia erectorului i timpul de montare.

- parametrii inelului: tipul i lungimea inelului; tipul i forma bolarului de nchidere; necesitile de etanare.

- parametrii structurali: tipul i mrimea ncrcrilor; modelul de calcul structural utilizat i acurateea considerrii mbinrilor.

(2) Principalele cerine impuse bolarilor prefabricai sunt: - asigurarea unei capaciti portante imediate mpotriva presiunii pmntului i apei

subterane fr deformaii i curgeri periculoase; - rezisten la eforturi concentrate (ocuri) ce pot apare la manipulare, transport,

montaj; - rezisten la eforturi axiale mari produse de prese n timpul avansului; - rezisten la coroziune i impermeabilitate la infiltraii; - asigurarea unor dimensiuni n toleranele impuse pentru realizarea unui montaj

uor i evitarea eforturilor concentrate.

Fig. 2.10 Exemple ale evoluiei grosimii cptuelii n funcie de diametrul interior

17

(3) Grosimea bolarilor constituie un element important n asigurarea capacitii portante. Stabilirea grosimii este o etap esenial n procesul de proiectare i depinde de urmtorii factori:

- tipul cptuelii (definitiv sau provizoriu); - mrimea diametrului interior al cptuelii; - mrimea ncrcrilor exterioare date de teren, ap, prese etc.; - forma n seciune transversal (plini sau casetat); - alctuirea structurii (numr bolari, poziie n seciune, tip mbinare) care

influeneaz mrimea eforturilor secionale.

Raportul grosime/diametru interior poate fi un parametru orientativ n faza iniial a calculului structural. n Fig. 2.10 este prezentat evoluia grosimii n funcie de diametrul interior pentru cazuri reale de cptueli prefabricate. Se poate observa c raportul grosime/diametru interior variaz de la 1/15 pentru Di = 3.0m la 1/21 pentru Di = 9.0m.

(4) Bolarii pot fi clasificai dup forma n seciune transversal i n vedere n plan.

a. Dup forma n seciune transversal: - bolari plini (Fig. 2.11a); - bolari casetai (Fig. 2.11b).

Fig. 2.11a Fig. 2.11b

Bolarii plini utilizeaz ntreaga grosime la preluarea eforturilor secionale, locaele prevzute pentru buloane fiind de mici dimensiuni. Bolarii casetai necesit o grosime mai mare i deci un diametru de construcie mai mare, pentru a asigura o capacitate portant similar cu bolarii plini. Existena alveolelor permite utilizarea buloanelor drepte.

b. Dup forma n plan: - bolari dreptunghiulari (Fig. 2.11c); - bolari trapezoidali transversal (Fig. 2.11d);

Fig. 2.11c Fig. 2.11d

18

- bolari trapezoidali longitudinal (Fig. 2.11e); - bolari hexagonali (Fig. 2.11f);

Fig. 2.11e Fig. 2.11f

- bolari n form de paralelogram (fig. 2.11g); - bolari honeycomb (Fig. 2.11h).

Fig. 2.11g Fig. 2.11h

n afar de bolarii dreptunghiulari, toate celelalte tipuri au intersecii de fee n unghiuri ascuite, cu concentrri de eforturi necesitnd armri suplimentare i dificulti n realizarea garniturilor de etanare.

(5 Un inel poate fi compus din mai multe tipuri de bolari, care se difereniaz dup form, poziie i armare. Dup tipul bolarilor utilizai i modul lor de amplasare se disting urmtoarele tipuri de inele:

a. Inele cu toi bolarii dreptunghiulari i mbinri longitudinale radiale. Bolarul de nchidere se introduce prin presarea i deplasarea bolarilor cureni n sens transversal (Fig. 2.12). Spaiul dintre extradosul inelului i intradosul fustei trebuie s fie mai mare pentru a permite aceast operaie, mrind diametrul scutului i volumul golului injectat. Bolarii careni au aceleai dimensiuni i difer dup poziie i modul de solicitare i armare.

b. Inele cu toi bolarii dreptunghiulari i mbinri longitudinale radiale i nclinate. Bolarul de nchidere are feele longitudinale paralele, neradiale, pentru a permite un montaj mai uor (Fig. 2.13). Spaiul dintre inel i fust poate s fie astfel mai mic. Bolarii cureni adiaceni celui de nchidere vor avea i ei cte o fa longitudinal neradial. Ceilali bolari vor avea aceleai dimensiuni difereniindu-se dup poziie i armare.

Fig. 2.12 Fig. 2.13

19

c. Inele cu bolari dreptunghiulari i trapezoidali (Fig. 2.14). Bolarul de nchidere este trapezoidal, cu feele longitudinale nclinate simetric fa de ax, permind un montaj uor dar necesitnd un spaiu longitudinal mai mare pe fust pentru a permite montarea. Spaiul liber dintre inel i fust poate fi minim. Bolarii cureni adiaceni celui de nchidere vor avea cte o fa longitudinal nclinat. Ceilali bolari vor avea aceleai dimensiuni.

Fig. 2. 14

d. Inele cu bolari n form de paralelogram i trapez (Fig. 2.15). Bolarul de nchidere i unul din bolarii adiaceni sunt trapezoidali i pozai n sensuri opuse. Ceilali bolari au forma de paralelogram i aceleai dimensiuni, difereniindu-se prin poziie i armare. Tipurile de inele 1 - 4 nu permit realizarea avansului dect dup nchiderea inelului. Juxtapunerea n lung a inelelor se poate face n dou moduri:

cu asigurarea continuitii rosturilor longitudinale; cu decalarea sau ntreeserea rosturilor longitudinale.

Modul de juxtapunere cu ntreeserea rosturilor permite o conlucrare ntre inele, cnd acestea sunt legate prin diverse sisteme, dar necesit un numr mai mare de tipuri de bolari, difereniai prin armare.

Fig. 2.15

e. Inele cu bolari n form de trapez (Fig. 2.16). Acest tip de inele conin un numr par de bolari n form de trapez i cu aceleai dimensiuni. Jumtate din bolari sunt amplasai cu latura mare pe inelul anterior i cealalt jumtate cu latura spre prese. Aceast concepie a inelului permite realizarea simultan a avansului i a montrii, presele rezemnd alternativ pe cele dou tipuri de bolari.

Fig. 2.16

f. Inele cu bolari honeycomb (Fig. 2.17). Bolarii de acest tip au aceleai dimensiuni i se asambleaz sub form de fagure. nchiderea se realizeaz pe jumtate din lungime, permind o reducere a cursei preselor i lungimii fustei i deci a scutului, permind realizarea simultan a avansului i montrii.

20

Fig. 2.17

2.4.2.2 Materiale utilizate

2.4.2.2.1 Ciment

(1) Cimenturile vor satisface cerinele din standardele naionale de produs sau din standardele profesionale.

(2) Sortimentele de cimenturi sunt precizate n Anexa I.1 i Anexa 1.2 din Codul de practic NE 012/99.

(3) Cimentul se livreaz ambalat n saci de hrtie sau n vrac, n vehicule rutiere cu recipiente speciale i n vagoane de cale ferat speciale cu desccare pneumatic. Livrarea va fi fcut astfel nct s se asigure continuitatea lucrului.

(4) Cimentul va fi protejat de umezeal i impuriti n timpul depozitrii i transportului.

(5) La livrare se va face recepionarea cantitativ i calitativ a cimentului conform prevederilor din Anexa VI.1 din Codul de practic NE 012/99.

(6) Depozitarea cimentului n vrac se face n celule tip siloz, n care nu au fost depozitate nainte alte materiale.

(7) Depozitarea cimentului ambalat n saci se va face n ncperi nchise, n stive, pe scnduri dispuse cu interspaii pentru a se asigura circulaia aerului la partea inferioar a stivei i la o distan de 50 cm de la pereii exteriori. Stivele nu vor depi 10 rnduri de saci suprapui.

(8) Coninutul reactiv la alcalii nu va depi 0,5% din masa cimentului.

(9) Controlul calitii cimentului se va face la aprovizionare i nainte de utilizare, conform Anexei VI.1 din Codul de practic NE 012/99.

2.4.2.2.2 Agregate

(1) Se vor folosi agregate grele, provenite din sfrmarea i/sau concasarea rocilor, care vor satisface cerinele STAS 1667/76.

(2) Pentru prepararea betoanelor, curba de granulozitate se stabilete astfel nct s se ncadreze n zona recomandat, conform Anexei I.4 din Codul de practic NE 012/99 i NE 013/02.

(3) Agregatele vor fi procurate din surse atestate de Inspectoratul de Stat n Construcii.

(4) Agregatele nu trebuie s fie contaminate cu alte materiale (pmnt, argil, materii organice, etc.) i trebuie s fie tari i dense.

(5) Depozitarea agregatelor va fi fcut pe platforme betonate avnd pante i rigole de evacuare a apelor, n compartimente cu nlime corespunztoare pentru evitarea amestecrii sorturilor.

21

(6) Agregatele vor avea un coninut reactiv la alcalii mai mic de 3,00 kg/m3 de beton pentru a nu fi afectat durabilitatea betonului.

(7) Controlul calitii agregatelor va fi fcut conform Codului de practic NE 012/99 - Anexa VI.1 i Codului de practic NE 013/02 Anexa 7.1.

2.4.2.2.3 Apa

(1) Apa de amestecare utilizat la prepararea betoanelor poate s provin din reeaua public sau din alt surs, dar trebuie s ndeplineasc condiiile tehnice din STAS 790/84.

2.4.2.2.4 Aditivi

(1) Aditivii folosii la prepararea betoanelor trebuie s ndeplineasc cerinele din reglementrile specifice sau agrementele tehnice n vigoare.

(2) Stabilirea tipului de aditivi sau a combionaiei de aditivi se va face dup caz de proiectant, executant sau furnizorul de betoane.

2.4.2.2.5 Adaosuri

(1) Se pot aduga n beton pentru mbuntirea caracteristicilor acestuia, n cantiti de peste 5% substan uscat fa de masa cimentului:

Adaosuri inerte, nlocuind parial (aproximativ 10 %) partea fin din agregate (0 3mm), pentru mbuntirea lucrabilitii i compactitii betonului. Adaosuri active (zgur granulat de furnal, cenu, praf de silice, etc.), innd cont de proprietile lor hidraulice.

(2) Utilizarea adaosurilor se face n conformitate cu reglementrile tehnice n vigoare sau a agrementelor tehnice.

(3) Adaosurile nu trebuie s conin substane care s influeneze negativ proprietile betonului sau s provoace corodarea armturii.

(4) Transportul i depozitarea adaosurilor trebuie fcut n aa fel nct proprietile fizico-chimice ale acestora s nu sufere modificri.

2.4.2.2.6 Beton

(1) Betonul folosit va avea clasa indicat n proiect.

(2) Dozarea materialelor i controlul calitii vor fi fcute de ctre executant.

(3) Vor fi determinate prin ncercri de laborator: Rezistena pe cub; Raportul Ap / Ciment; Lucrabilitatea; Densitatea.

(4) Personalul implicat n activitatea de producere i control al betonului va avea cunotinele i experiena necesare i va fi atestat intern pentru aceste activiti.

22

(5) n cazul betonului gata preparat, acesta va proveni de la fabrici sau staii de betoane atestate conform Codului de practic NE 012/99. Bonul de livrare va conine urmtoarele date:

Clasa de rezisten; Clasa de consisten a betonului; Tipul, clasa i dozajul cimentului; Tipul de agregate i granula maxim; Tipurile de aditivi i adaosuri; Date privind caracteristicile speciale (gradul de impermeabilitate, gelivitate, etc.); Data i ora de livrrii, temperatura betonului la livrare i temperatura mediului ambiant.

2.4.2.2.7 Oeluri pentru armturi

(1) Oelul beton trebuie s ndeplineasc condiiile tehnice prevzute n STAS 438 / 1-89, STAS 438 / 2-91 i SR 438 / 3-98.

(2) Tipurile de oel beton utilizate pentru bolari i domeniile lor de aplicare sunt indicate n tabelul urmtor i corespund prevederilor Codului de practic NE 012 / 99.

Tipuri de oel Simbol Domeniu de utilizare Oel beton rotund neted STAS 438 / 1-89 OB 37

Armturi de rezisten sau armturi constructive

PC 52 Armturi de rezisten n betoane de clas cel puin C12/15 Oel beton cu profil periodic STAS 438 / 1-89 PC 60 Armturi de rezisten n betoane de clas cel puin C16/20

(3) Livrarea oelului beton se va face n conformitate cu reglementrile n vigoare, npreun cu un document de calitate (certificat de calitate / inspecie, declaraie de conformitate), dup certificarea produsului de un organism acreditat i de o copie dup certificatul de conformitate. Documentele ce nsoesc livrarea oelului beton de la productor trebuie s conin urmtoarele informaii:

Denumirea i tipul de oel, standardul utilizat; Toate informaiile pentru identificarea loturilor; Greutatea net; Valorile determinate privind criteriile de performan.

(4) Fiecare colac sau legtur de bare sau plase sudate va purta o etichet care va conine: Marca produsului; Tipul armturii; Numrul lotului i al colacului sau legturii; Greutatea net; Semnul CTC.

(5) Barele de armtur, plasele sudate i carcasele perfabricate de armtur vor fi transportate i depozitate astfel nct s nu sufere deteriorri sau s fie contaminate cu substane care pot afecta armtura i / sau betonul sau aderena beton armtur. Oelurile pentru armturi trebuie s fie depozitate separat pe tipuri i diametre, n spaii amenajate i dotate corespunztor, ca s se asigure evitarea corodrii armturii, a murdriii acesteia cu pmnt sau alte materiale, precum i identificarea uoar a fiecrui sortiment i diametru.

(6) Controlul calitii oelului se va face conform prevederilor din capitolul 17 al Codului de practic NE 012 / 99 i din Anexa 7.1 a Codului de practic NE 013 / 02.

23

(7) Fasonarea, montarea i legarea armturilor vor fi fcute conform Anexei II.1 din Codul de practic NE 012 / 99 i capitolului 10 din Codul de practic NE 013 / 02.

(8) Pentru a spori rezistena la coroziune i durabilitatea betonului se poate utiliza armtura dispers (fibre de oel n special). Comparativ cu armarea tradiional, utilizarea fibrelor de oel la bolarii de tunele prezint avantaje i dezavantaje

Avantaje: - durabilitate mbuntit datorit distribuiei discrete i discontinui a fibrelor, care

mpiedic mecanismul de propagare al coroziunii; - rezisten mai bun la ocuri i spargeri datorit distribuiei multidirecionale a fibrelor; - reducerea costului prin eliminarea operaiunilor de confecionare, manipulare i ridicare a

carcaselor de armtur.

Dezavantaje: - imposibilitatea realizrii unei distribuii dirijate pentru a prelua eforturile de ntindere mari

sau concentrate i n consecin realizarea unor bolari cu lungimi mici, solicitai preponderent la for axial;

- costul mai mare al betonului armat cu fibre dect al betonului armat clasic.

2.4.2.3 mbinri ntre bolari suprafee de contact.

(1) mbinarea este o discontinuitate n cptueal i suprafaa de contact ntre bolari. Existena mbinrilor, ntre bolari, constituie principala caracteristic a cptuelilor prefabricate.

(2) mbinrile ntre bolari pot fi clasificate astfel: a. Dup poziia n cadrul unui inel:

- mbinri circumfereniale sau transversale (mbinri ntre bolari din inele adiacente); - mbinri radiale sau longitudinale (mbinri ntre bolari din acelai inel).

b. Dup forma suprafeelor de contact mbinrile ntre bolari pot fi: - mbinri cu suprafee plane (drepte sau nclinate); - mbinri cu suprafee conjugate; - mbinri cu suprafee curbe; - mbinri cu bare de ghidaj; - mbinri balama.

c. Dup comportarea mecanic: - mbinri rigide (mbinrile plane i conjugate); - mbinri articulate (mbinrile cu fee curbe, cu bare de ghidaj i tip balama).

d. Dup modul de legare: - fr elemente de legtur; - cu elemente de legtur (buloane, conectori etc.) care au urmtoarele roluri:

meninerea formei i stabilitii inelului n faza de montaj; meninerea comprimrii garniturilor de etaneitate; evitarea deschiderii rosturilor i a deplasrilor difereniate a bolarilor

adiaceni.

(3) Imbinrile ntre bolari prezentate n acest normativ au caracter informativ i nu epuizeaz intreaga gam existent sau posibil de mbinri. Proiectantul poate alege dintre tipurile date sau adopta alte tipuri cu condiia ca acestea s respecte cerinele de rezisten i stabilitate corespunztoare cptuelii n care sunt utilizate.

24

2.4.2.3.1 mbinri circumfereniale

(1) mbinrile circumfereniale ntre bolarii din inelele adiacente trebuie proiectate s reziste la: - eforturile de compresiune, cu posibile concentrri, cauzate de eventuale excentriciti,

produse de presele de mpingere ale scutului; - eforturile de forfecare date de deplasrile difereniate ale inelelor adiacente, datorit

unor ncrcri neuniforme.

(2) Aceste mbinri pot fi cu suprafee plane (drepte sau nclinate pentru inele de curb) sau cu suprafee conjugate.

a. mbinrile cu suprafee plane pot fi: - fr elemente de legtur, cu acceptarea unor deplasri ntre inele (Fig. 2.18); - cu elemente de legtur care vor mpiedica deplasarea inelelor adiacente (Fig. 2.19).

Fig. 2.18 Fig. 2.19

b. mbinrile cu suprafee conjugate sunt fr elemente de legtur, eforturile de forfecare fiind preluate de elementele mbinrii.

Aceste mbinri pot avea diverse geometrii: - cu nut i feder (Fig. 2.20); - cu console (Fig. 2.21).

Fig. 2.20 Fig. 2.21

Aceste mbinri pot conduce la eforturi concentrate locale foarte mari n zonele de transfer, necesitnd o armare corespunztoare i tolerane de execuie foarte mici.

2.4.2.3.2 mbinri radiale

(1) mbinrile radiale sau longitudinale sunt situate ntre bolarii din acelai inel i trebuie proiectate s ndeplineasc urmtoarele cerine:

- s reziste la aciunile date de terenul nconjurtor, injeciile de umplere sau echipamentele de montaj care pot produce:

- eforturi de compresiune;

25

- eforturi de ncovoiere; - eforturi de forfecare.

- s permit o transmitere ct mai bun a eforturilor; - s limiteze riscul deschiderii sau deplasrii rosturilor.

(2) Aceste mbinri pot fi: 1. mbinri cu suprafee plane (drepte sau nclinate); 2. mbinri articulate: - cu suprafee curbe;

- alte tipuri (cu bare de ghidaj, tip balama).

2.4.2.3.2.1 mbinri cu suprafee plane

(1) mbinrile cu suprafee plane pot fi clasificate: - dup direcia suprafeelor de contact fa de raz sau axul tunelului:

- cu suprafee drepte; - cu suprafee nclinate.

- dup modul de legare ntre ele: - fr elemente de legtur; - cu elemente de legtur.

2.4.2.3.2.2 mbinri articulate.

(1) Caracteristicile acestui tip de mbinri sunt: - excentricitatea rezemrii i momentul ncovoietor rezultat sunt reduse prin centrarea

forei axiale; - rotaia elementelor adiacente este permis conducnd la deformarea general a structurii i deci la creterea reaciunii pasive;

- ruperea local a muchiilor la eforturi concentrate de compresiune mari este evitat prin centrarea zonei de contact;

- lrgirea progresiv, a suprafeei de contact prin plastifierea betonului, n funcie de mrimea forei axiale.

(2) Acest tip de mbinri pot fi clasificate n dou grupe n funcie de modul de realizare:

- mbinri cu suprafee curbe care pot fi: - cu suprafee curbe n direcie radial; - cu suprafee curbe n ambele direcii.

- mbinri cu contacte sau realizri speciale.

(3) mbinrile cu suprafee curbe n direcie radial sunt cele mai utilizate mbinri i pot fi clasificate n funcie de:

a curbura suprafeei de contact: - cu suprafee convex-concave (Fig. 2.22, 2.26); - cu suprafee convex-convexe (Fig. 2.23, 2.27).

b unghiul de rotaie permis: - articulaii pariale care permit o rotaie limitat (Fig. 2.22) - articulaii totale care teoretic permit orice rotaie (Fig. 2.23)

26

Fig. 2.22 Fig. 2.23 Fig. 2.24 Fig. 2.25

c mijloacele de meninere a formei iniiale (elemente de centrare): - cu buloane simple pierdute (Fig. 2.24); - cu buloane rigide conectate prin nurubare (Fig. 2.25); - cu buloane nclinate, temporare, reutilizabile (Fig. 2.26); - cu bare de legtur provizorii din oel elastic montate la intrados (Fig. 2.27); - cu cintre metalice provizorii prinse pe intrados cu uruburi (Fig. 2.28);

Fig. 2.26 Fig. 2.27 Fig. 2.28 Fig. 2.29

(4) mbinrile articulate cu alctuire special sunt: - mbinri cu bare de ghidare cilindrice din lemn sau oel (Fig. 2.29); - mbinri cu elemente de centrare din oel de tip nut i feder (Fig. 2.30); - mbinri tip balama (Fig. 2.31).

(5) mbinrile cu suprafee curbe convexe n ambele direcii (Fig. 2.32) permit rotiri att n sens transversal ct i longitudinal i sunt utilizate n special la cptuelile expandabile.

Fig. 2.30 Fig. 2.31 Fig. 2.32

(6) Cptuelile realizate din bolari cu mbinri articulate sunt mai deformabile i mai instabile decat cele cu mbinri plane necesitnd o atenie sporit realizrii sprijinirii laterale.

27

(7) Pentru meninerea formei i limitarea deformrii structurii inelare n general i a celei articulate n special, o atenie sporit trebuie acordat injeciei de umplere a golului dintre conturul excavat i extradosul cptuelii.

2.4.3 Dispozitive de asamblare.

(1) Dispozitivul de asamblare este alctuit din ansamblul elementelor de legtur, golurilor, degajrilor i pieselor nglobate, destinat asigurrii legturii dintre doi bolari adiaceni n zona mbinrilor.

(2) Dispozitivele de asamblare trebuie s ndeplineasc urmtoarele funcii: - meninerea poziiei bolarilor ntr-un inel i ntre dou inele adiacente pentru evitarea

deschiderii rosturilor i deplasrii difereniate a muchiilor; - meninerea formei circulare i a stabilitii structurii inelare n faza de montaj; - meninerea comprimrii garniturilor de etanare n faza de montaj i pe tot timpul

execuiei; - realizarea unui montaj uor.

(3) Dispozitivele de asamblare pot fi de mai multe tipuri: - cu buloane de oel drepte, curbe sau nclinate; - cu conectori de oel sau plastic.

2.4.3.1 Dispozitive de asamblare cu buloane

(1) Buloanele sunt tije metalice filetate i constituie elementele de legtur ale dispozitivelor de asamblare. Buloanele se monteaz n goluri realizate n bolar n zona mbinrii, utiliznd degajrile (alveolele) locale practicate la intradosul bolarilor.

(2) Dispozitivele de asamblare cu buloane sunt de trei feluri:

- cu buloane drepte: - ce strng zone de beton, care pot fi:

- demontabile (Fig. 2.33); - nedemontabile (Fig. 2.34).

- ce strng placi metalice legate de corpul bolarului prin piese nglobate (Fig.2.35).

Fig. 2.33 Fig. 2.34

- cu buloane curbe (Fig. 2.36) la care alveolele de la intrados sunt reduse ca volum; - cu buloane nclinate (Fig. 2.37) care prezint alveol numai pe un bolar i gol cu pies

metalic nglobat tip dulie, pe bolarul adiacent. Bulonul are filet la partea inferioar, cu care se nurubeaz n dulie.

28

Fig. 2.35 Fig. 2.36 Fig. 2.37

(3) n general, elementele de legtur de tip buloane, nu sunt indispensabile dect n stadiul de construcie, putnd fi recuperate la o anumit distan n spatele scutului dup realizarea injeciei i atingerea echilibrului final.

(4) La capetele tunelelor i n vecintatea staiilor de metrou, elementele de legtur trebuie meninute pentru a asigura comprimarea garniturilor de etanare pe o lungime de 2-3 diametre.

(5) Dispozitivele de asamblare cu buloane prezint dezavantajul realizrii alveolelor de montaj de la intrados care reduc seciunea transversal i sporesc dificultile de fabricare.

2.4.3.2 Dispozitive de asamblare cu conectori.

(1) Conectorii sunt piese metalice sau din material plastic, de forme i alctuiri diverse, ce se introduc n guri practicate n bolari, pe feele ce vin n contact la inelele adiacente. Gurile au forme i alctuiri, inclusiv piese nglobate, corespunztoare conectorilor utilizai.

(2) Dispozitivele de asamblare cu conectori prezint urmtoarele avantaje: - absena alveolelor de la intrados, care uureaz procesul de fabricare i mbuntete

caracteristicile aerodinamice i hidraulice ale cptuelii; - simplificarea operaiilor de montaj i reducerea timpului de montare; - centrarea bun a inelelor adiacente; - rezistena bun la forfecare iar la unele tipuri i la ntindere;

(3) Urmtoarele dispozitive cu conectori sunt utilizate: - cu conector de oel tip bro (Fig. 38) care prezint caneluri pe ambele capete, n care

intr lamelele pieselor nglobate n guri, prelund astfel i eforturi de ntindere; - cu conector de oel conic (Fig. 39) care are un capt ncastrat pe faa unui bolar iar

cellalt capt conic, prevzut cu lamele longitudinale elastice, terminate cu un rebord, ptrunde ntr-o gaur conic cu un capt lrgit, unde intr rebordul;

- cu conector din material plastic (Fig. 40).

Fig. 38 Fig. 39 Fig. 40

Toate tipurile de conectori sunt indemontabile, fiind pierdute n cptueal i acesta poate fi considerat un dezavantaj.

29

(4) n faza de concepie a cptuelii, elementele de conectare trebuie s fie calculate la toate ncrcrile posibile:

- ncrcri nesimetrice ale preselor de mpingere; - mpingeri ale terenului diferite pe inele adiacente; - ncrcri locale date de injecii.

2.4.4 Etanarea cptuelii.

(1) Un sistem de etanare reprezint ansamblul dispozitivelor i produselor puse n oper n contact cu cptueala (la intrados sau la extrados) sau n interiorul structurii pentru a o face etan, opunndu-se trecerii apelor prin aceast structur, sau ptrunderii apelor n spaiul interior.

(2) Termenul de "etan" utilizat la construciile subterane are un neles mai puin exhaustiv ca n utilizrile obinuite, calificnd msura n care debitele infiltraiilor care traverseaz structura i localizarea lor (puncte de intrare, trasee) corespund specificaiilor prevzute n proiect i condiiilor de calitate impuse de beneficiar.

(3) Alegerea unui sistem de etanare i localizarea lui n lucrare, rezult dintr-o analiz complex a tuturor caracteristicilor lucrrii: - destinaia i condiiile de exploatare ale lucrrii; - gradul de etanare dorit i infiltraiile admise; - condiiile geologice, hidrologice i hidrochimice;

- tehnologia i fazele de execuie ale lucrrii n general i ale sistemului de etanare n particular;

- exigenele privind eventualele reparaii n timpul exploatrii.

(4) Gradul de etanare este definit de permeabilitatea general a cptuelii, care reprezint cantitatea total de ap care ptrunde n interiorul tunelului, ntr-o anumit unitate de timp, prin unitatea de suprafa de structur, i pe o anumit lungime. Permeabilitatea general este uzual exprimat n litri/zi/unitatea de suprafa (l/zi/mp) msurat pe o lungime de referin (1km). Stabilirea gradului de etanare revine beneficiarului.

(5) Etanarea cptuelilor alctuite din bolari prefabricai este asigurat prin: - utilizarea unui beton impermeabil n bolari; - limitarea deschiderii fisurilor; - utilizarea garniturilor de etanare ntre bolari; - nchiderea rosturilor la interior; - injectarea gurilor buloanelor; - nchiderea gurilor de injecie; - realizarea unor injecii de etanare la extradosul cptuelii.

2.4.4.1 Garnituri de etanare.

(1) Garniturile constituie un mijloc important de asigurare a etaneitii cptuelilor prefabricate

(2) La utilizarea garniturilor de etanare trebuie stabilite urmtoarele elemente: - presiunea apei i direcia acesteia; - natura chimic a apei i a materialelor de injectare; - debitul admis al infiltraiilor; - natura chimic a garniturilor; - geometria profilului garniturii; - dimensiunile canalului din bolar i toleranele de fabricare;

30

- efortul de compresiune admisibil; - natura chimic a produselor de lipire; - prescripiile de montare a garniturilor i de protecie la transportul, manipularea i

depozitarea bolarilor;

(3) Trei tipuri de garnituri de etanare sunt uzual folosite: - garnituri compresibile; - garnituri hidroexpansive; - garnituri mixte.

2.4.4.1.1 Garnituri compresibile

(1) Garniturile compresibile sunt profile de elastomeri, sau alte materiale, concepute pentru a fi montate pe conturul bolarilor prefabricai n scopul asigurrii etaneitii prin comprimare.

(2) Fora de compresiune este realizat astfel: - n faza de montaj prin presiunea exercitat de presele scutului sau de erector; - n faza de exploatare prin dispozitivele de asamblare sau presiunea de injectare,

hidrostatic sau a terenului nconjurtor.

(3) Garnitura este asamblat ntr-un canal realizat pe feele de contact ale bolarului, poziionat la 4-5 cm de extrados (Fig. 2.41). n cazul galeriilor hidraulice n sarcin, poziia garniturii poate fi schimbat la intrados.

Fig. 2.41

Garniturile compresibile trebuie verificate la urmtoarele ncercri: - ncercarea la compresiune (curba efort/deformaie Fig. 2.42); - ncercarea la etaneitate, pentru anumite deschideri ale rostului i anumite denivelri

ale bolarilor (Fig. 2.43); - ncercarea de relaxare.

Fig. 2.42 Fig. 2.43

31

2.4.4.1.2 Garnituri hidroexpansive

(1) Garniturile hidroexpansive sunt profile din elastomeri speciali, concepute pentru a fi montate pe conturul bolarilor prefabricai n scopul asigurrii etaneitii prin umflare n contact cu apa (Fig.2.44).

Fig. 2.44 Fig. 2.45

(2) Etaneitatea iniial este obinut prin comprimarea cu presele de avans sau cu erectorul iar etaneitatea n exploatare se obine prin umflarea materialului hidroexpansiv n contact cu apa. Garnitura, este amplasat, ntr-un canal realizat pe feele de contact ale bolarului, poziionat la 4-5 cm de extrados. Bolarii echipai cu astfel de garnituri trebuie ferii de umiditate pn la montarea lor.

(3) Garniturile hidroexpansive trebuie verificate la urmtoarele ncercri: - ncercri de etaneitate; - ncercri de relaxare; - ncercri specifice (imersare/uscare, mbtrnire).

2.4.4.1.3 Garnituri mixte

(1) Garniturile mixte sunt compuse dintr-un profil compresibil i unul hidroexpansiv amplasat ntr-un canal practicat n primul profil (Fig. 2.45). Aceste garnituri se monteaz pe tot conturul bolarului n canale speciale poziionate la civa cm de extrados.

2.4.4.2 nchiderea rosturilor interioare

(1) La tunelurile cu o singur cptueal, rosturile interioare circumfereniale sau radiale dintre bolari, trebuie nchise prin rostuire i/sau matare realizndu-se astfel o ultim barier de etanare.

(2) Rostuirea este operaiunea de umplere a rosturilor interioare dintre bolarii adiaceni care prezint deschideri determinate de diverse cauze (umpluturi de repartizare a eforturilor de compresiune la mbinrile circumfereniale, rotirea mbinrilor radiale etc.). Rosturile se cur mai nti de praf, impuriti, urme de injecie pe o adncime de minim 20 mm. Materialul de umplere (cordoane de cli, rini) se introduce apoi prin presare sau injectare n rost, pn ce acesta este complet umplut.

(3) Matarea rosturilor este operaiunea de umplere a anurilor interioare dintre bolarii adiaceni, date de canelurile existente pe muchiile bolarilor. Materialul utilizat este un mortar de ciment cu raportul ciment/nisip 1:3, ap suficient pentru asigurarea lucrabilitii i eventual aditivi. n cazul rostuirii prin injectare cu rini, matarea interioar trebuie realizat nainte.

32

2.4.5 Garnituri pentru repartizarea eforturilor.

(1) mbinrile circumfereniale dintre inelele adiacente pot fi prevzute cu garnituri de repartizare a eforturilor date de presele scutului (Fig. 2.46).

Fig. 2.46 (2) Aceste garnituri trebuie s uniformizeze i s centreze contactul ntre bolari, prin deformare difereniat, n cazul existenei unor imperfeciuni legate de toleranele de executie ale bolarilor: - toleranele de montare ale bolarilor;

- toleranele de acionare ale preselor de mpingere sau n cazul aciunilor de dirijare.

(3) Forma i dimensiunile garniturilor trebuie corelate cu concepia feelor transversale ale bolarilor (existena garniturilor de etanare i a buloanelor de legtur). Grosimea nu trebuie s depeasc 6 mm.

(4) Materialele utilizate pentru aceste garnituri pot fi foarte diferite funcie de concepia adoptat (lemn de brad fr noduri, placaj, neopren).

(5) La mbinrile radiale repartizarea eforturilor poate fi mbuntit cu garnituri din mpslitur de fibre bitumate de 2 mm grosime.

2.4.6 Injecii la extradosul cptuelii

(1) Spaiul inelar cuprins ntre extradosul cptuelii i conturul terenului excavat trebuie umplut prin injecii, care ndeplinesc urmtoarele funcii:

- asigur o rezemare imediat a cptuelii pe terenul nconjurtor, n momentul avansului;

- limiteaz deplasarea terenului nconjurtor n subteran i tasrile la suprafa; - asigur un contact ct mai omogen posibil ntre cptueal i teren, contribuind la

rezolvarea conlucrrii dintre acestea; - constituie o prim barier de etanare n cazul terenurilor acvifere.

(2) Adoptarea soluiei i a reetei produselor de injectare este determinat de: - condiiile geologice i hidrogeologice ale terenului strbtut;

- tipul scutului utilizat; - tipul i alctuirea cptuelii; - condiiile impuse de beneficiar pentru etanare i tasare.

(3) n cazul unui teren stabil se adopt soluia cu dou faze de injectare: - injecia primar sau de umplere din material granular; - injecia secundar sau de consolidare din mortare cu diverse compoziii.

(4) n cazul terenurilor instabile i acvifere se utilizeaz o singur faz de injectare cu rol de umplere i consolidare.

(5) Punerea n oper a materialelor de injectare se realizeaz prin dou procedee:

33

- injectare transversal dup realizarea avansului prin golurile practicate n bolari; - injectare longitudinal, continu pe timpul avansului prin conducte amplasate la partea

din spate a fustei.

(6) Presiunile de injectare se stabilesc n funcie de: - natura produselor utilizate; - condiiile geologice i hidrogeologice; - rezistena cptuelii; - condiii impuse pentru deformaii i tasri.

Presiunea de injectare trebuie s fie mai mare dect presiunea hidrostatic extern ce acioneaz pe cptueal n momentul injectrii.

(7) Produsele de injectare utilizate trebuie s respecte anumite condiii: - caracteristicile mecanice pe termen scurt i lung trebuie s fie adaptate la condiiile de

teren (modulul de deformaie i rezistena la compresiune); - caracteristicile reologice s asigure o fluiditate suficient pentru o punere n oper

uoar i o umplere perfect a golului inelar, dar i o consisten care s evite pierderile prin garniturile bolarilor sau ale fustei.

(8) Dou tipuri de produse de injectare sunt utilizate: - produse active mortare pe baz de ciment cu nisip, bentonit, var, cenui de

termocentral i adaosuri de fluidificare, ntrziere sau accelerare a prizei; - produse inerte fr ciment, constituite dintr-un amestec de bentonit, nisip, filer i

eventual un plastifiant.

(9) Pe parcursul execuiei este necesar controlarea permanent a presiunii de injectare i a volumului de material injectat. Controlul calitii injeciilor se poate face cu mijloace nedistructive (georadar) sau distructive (carotare).

2.5 Durata de via. Durata de serviciu. Durabilitate.

2.5.1 Generaliti

(1) Durata de via a unui tunel reprezint durata de timp dup care acesta a ncetat s-i ndeplineasc funciunile atribuite i a intrat n faza de postutilizare. Durata de via a unui tunel executat cu metoda scutului este estimat la 100 de ani i poate varia n funcie de destinaia tunelului (feroviar, rutier, metrou, canalizare etc.), sistemul constructiv (cu o cptueal sau cu dou cptueli) i condiiile de teren i exploatare.

(2) Durata de serviciu (potenial) a unui tunel reprezint durata de timp n care i ndeplinete efectiv funciunile atribuite, prin meninerea performanelor la un nivel compatibil cu exigenele prescrise. Durata potenial de serviciu trebuie sa fie rezonabil din punct de vedere ecomonic, lund n considerare toate aspectele relevante i anume:

- costuri de proiectare i execuie; - costuri rezultnd din dificulti de utilizare; - riscuri i consecine ale avarierii i costurile asigurrii; - nlocuiri sau renovri pariale; - costuri ntreinere i reparaii; - costuri exploatare i administrare.

n perioada de timp dintre durata de serviciu i cea de via, proprietarul are n continuare obligaii n asigurarea exigenelor eseniale.

34

(3) Durata normal de funcionare reprezint durata de utilizare n care exploatarea tunelului aduce profit, respectiv veniturile realizate sunt mai mari dect cheltuielile necesare pentru funcionare, ntreinere i reparare. Aceast durat este estimat la 50 de ani pentru tuneluri i reprezint un parametru economic, fiind mai mic dect durata de via i de serviciu.

2.5.2 Durabilitatea cptuelilor prefabricate.

(1) Durabilitatea reprezint caracteristica de calitate (capacitatea) a unui produs (lucrare, construcie), aflat n condiii normale de mediu i utilizare, de a-i menine, n timp, aptitudinea de a satisface funciunea i cerinele pentru care este destinat, fr a necesita cheltuieli neateptate pentru ntreinere i reparaii.

(2) Durabilitatea unui tunel depind de o serie de factori din perioada realizarii i a exploatarii. n perioada realizarii aceti factori sunt: calitatea concepiei, calitatea materialelor i calitatea execuiei. n perioada exploatarii au influen condiiile de mediu, condiiile de exploatare i calitatea mentenanei.

2.5.2.1 Calitatea concepiei

(1) Calitatea concepiei are un rol esenial n asigurarea durabilitii. n stadiul de concepie se stabilete soluia constructiv i tehnologic, principalele exigene i ncercrile i verificrile necesare. Asigurarea calitii n aceast faz, realizat de un control intern i unul extern, se bazeaz pe reglementri tehnice, normative, standarde.

2.5.2.2 Calitatea materialelor

(1) Calitatea materialelor i a elementelor componente este garantat de furnizori i verificat de utilizatori, fiind definit de trasturile caracteristice, conform normativelor n vigoare.

(2) Principalul material utilizat la cptuelile prefabricate este betonul. Factorii care influeneaz durabilitatea betonului i care trebuie luai n considerare la proiectarea cptuelilor prefabricate sunt: - forma i dimensiunile bolarilor;

- stratul de beton pentru acoperirea armturilor; - tipul de ciment; - tipul agregatelor; - tipul i dozajul adaosurilor; - coninutul de ciment i raportul ap/ciment; - permeabilitatea, porozitatea i difuzivitatea betonului final; - tipul de oel i modul de realizare al armturii.

2.5.2.3 Calitatea execuiei

(1) Calitatea execuiei, n cazul cptuelilor prefabricate, este asigurat de: - calitatea execuiei bolarilor n fabric dat de:

- tehnologia de fabricare; - tipul i toleranele cofrajelor; - calitatea interveniei factorului uman (compactare, finisare, protejare).

- calitatea echiprii bolarilor, a montrii inelului i a injectrii golului.

35

2.5.2.4 Condiiile de mediu

(1) Condiiile de mediu influeneaz durabilitatea cptuelilor prefabricate.

(2) Mediul ncojurtor reprezint ansamblul de elemente fizice i condiii exterioare sau interioare unui tunel care pot s influeneze caracteristicile sau comportarea acestuia i la rndul lor pot fi influenate de tunel.

(3) Mediul exterior cuprinde att mediul natural (teren nconjurtor, atmosfera, flora, fauna) ct i mediul construit (construcii nvecinate). Acest mediu trebuie protejat de efectele negative (tasri, modificarea regimului apelor subterane, poluarea terenului sau a pnzei freatice, poluare sonor, produse prin realizarea i exploatarea tunelului. De asemeni tunelul trebuie protejat de influena factorilor mediului natural (solicitri, deformaii, infiltraii, seism) sau creat de om (convoaie, vibraii, ape agresive, cureni vagabonzi, foc).

(4) Terenul nconjurtor reprezint componenta cea mai important a mediului natural, avnd un rol esenial n realizarea echilibrului noului ansamblu cptueal-masiv ct i n influenarea durabilitii i a duratei de via a acestui ansamblu. Sistemul de cptueli reprezint cealalt component a acestui ansamblu, care poate cpta rolul principal n cazul terenurilor slabe.

(5) Mediul interior unui tunel, cuprinde spaiul dinuntrul acestuia pentru care trebuie s se asigure condiii corespunztoare destinaiei tunelului.

(6) n proiectarea tunelelor, condiiile de mediu interne i externe trebuie evaluate n faza de proiectare pentru a stabili importana lor din punct de vedere al durabilitii i a da posibilitatea ntreprinderii de msuri pentru protejarea sau asigurarea rezistenei necesare a materialelor.

(7) Pentru asigurarea prin proiectare a durabilitii cptuelilor prefabricate din beton armat i a materialelor componente trebuie luai n considerare urmtorii factori:

- coroziunea metalelor din elementele de asamblare; - coroziunea armturii indus de cloruri; - coroziunea armturii indus de carbonatarea betonului; - atacuri chimice date de sulfai, acizi, reacii alkali- silica etc.; - aciunea unor fenomene fizice (nghe-dezghe, eroziune hidraulic).

(8) Pentru reducerea influenei diverselor tipuri de coroziuni i atacuri chimice i sporirea durabilitii cptuelilor prefabricate din beton armat pot fi luate urmtoarele msuri:

- stabilirea compoziiei i clasei betonului n concordan cu tipul de atac i condiiile de expunere;

- realizarea unor sisteme de protecie (strate de protecie, bariere de etanare) a cptuelii;

- protejarea elementelor de asamblare din oel sau nlocuirea lor cu elemente din plastic.

2.5.2.5 Condiiile de exploatare i mentenan.

(1) Asigurarea calitii continu i pe perioada exploatrii prin calitatea mentenanei i revine n principal gestionarului care trebuie s organizeze urmrirea comportrii n timp, inspecii i lucrri de ntreinere, reparaii i reabilitri.

36

(2) Pe perioada exploatrii pot apare accidente care pun n pericol sigurana structurii i reduc durabilitatea construciei:

- ocuri produse de deraierea unui vehicul; - producerea unui incendiu (tunele rutiere, feroviare sau metrou).

(3) La tunelele pentru ci de comunicaii i n special la cele rutiere, probabilitatea producerii unui incendiu este real i trebuie luat n considerare. Ca urmare a aciunii focului, n alctuirea i comportarea cptuelii au loc o serie de modificri:

- reducerea seciunii prin spargerea betonului (la presiunea mare a vaporilor de ap din pori), despicarea agregatelor i exfolierea betonului;

- reducerea rezistenei cptuelii; - reducerea modulului de elasticitate i a rezistenei la ntindere a armturii; - schimbri ale interaciunii teren-cptueal.

(4) Pentru mbuntirea rezistenei la foc a cptuelilor prefabricate din beton armat pot fi luate urmtoarele msuri:

- adoptarea unor dimensiuni mai mari pentru grosimea bolarilor i acoperirea armturii;

- reducerea porozitii i a coninutului de ap; - adoptarea unui tip de beton (cu fibre de polipropilen) i a unor agregate

(calcaroase) rezistente la foc; - realizarea unor protecii la intrados din materiale rezistente la foc.

37

3. CALCULUL CAPTUSELII.

3.2. Modele de calcul structural

(1) Tunelurile se ncadreaz din punct de vedere al cerinelor de proiectare (conform Eurocod 7) n categoria Geotehnic 3, care cuprinde lucrri foarte mari implicnd riscuri mari i condiii de teren sau de ncrcare excepional de dificile.

(2) Stabilirea modelului structural pentru un tunel executat cu metoda scutului trebuie s in cont de trsturile specifice ale acestui gen de lucrri:

- tunelul este alctuit din ansamblul cptueal teren; - cptueala reprezint elementul structural principal, care conlucreaz cu terenul pentru

preluarea ncrcrilor date de acesta i limitarea deformaiilor ansamblului; - terenul constituie sursa de ncrcare pentru cptueal, dar este n acelai timp element

portant conlucrnd cu cptueala n vederea stabilizrii strii de eforturi; - tehnologia utilizat (tipul de scut i de injecie) poate influena starea de eforturi i

deformaii n ansamblul cptueal teren.

(3) Modelul structural al unui astfel de tunel, trebuie s reflecte ct mai fidel : - starea iniiala de eforturi din masiv;

- caracteristicile fizico-mecanice i legile de comportare ale terenului; - forma i alctuirea (cu una sau dou cptueli) seciunii transversale.

- caracteristicile geometrice i mecanice ale cptuelii i natura contactului cu terenul; - fazele de execuie i derularea lor n timp; - condiiile de utilizare ale lucrrii.

(4) n Fig. 3.1 se prezint o sistematizare a metodelor de calcul ale cptuelilor circulare. mprirea general corespunde celor dou domenii ale mecanicii mediilor deformabile, rezistena materialelor creia i corespunde modelul unidimensional i teoria elasticitii creia i corespunde modelul mediului continuu.

(5) Modelul unidimensional consider cptueala o bar curb, iar ncrcrile se determin separat cu diverse teorii, dintre care mai cunoscute i utilizate sunt cele ale lui Protodiakonov i Terzaghi.

(6) Modelul mediului continuu bi sau tri-dimensional determin starea de eforturi i deformaii n ansamblul teren - cptueal cu metodele teoriei elasticitii (metode analitice sau numerice).

(7) Modelul de calcul bazat pe o relaie empiric ntre rezultatele ncercrilor i cerinele proiectantului poate fi utilizat dac relaia empiric este stabilit clar pentru condiiile specifice (teren, cptueal) ale lucrrii analizate.

(8) Toate modelele de calcul structural constituie doar aproximri ale situaiei reale. Fiecare din modelele de calcul prezint pri bune i limite care trebuie cunoscute i luate n considerare la interpretarea rezultatelor. Precizia modelelor de calcul utilizate este mai mare dect acurateea datelor obinute din investigaii de teren.

(9) Modelele de calcul utilizate trebuie s comporte un procedeu de verificare a rezultatelor calculului pentru a se asigura c rezultatele modelului de calcul se situeaz de partea siguranei. Verificarea rezultatelor calculului trebuie fcut de un inginer cu experien n calculul structural n domeniul tunelelor i trebuie s in seama de urmtorii factori:

- mrimea incertitudinii rezultatelor obinute cu modelul de calcul utilizat; - orice erori sistematice despre care se tie c sunt asociate cu modelul de calcul.

38

39

(8) Ori de cte ori este posibil, modelul de calcul utilizat trebuie corelat cu observaii pe teren asupra unor lucrri anterioare, cu ncercri pe model sau in situ, sau cu alte modele de calcul mai elaborate.

3.1.1 Modelul unidimensional

(1) Modelul unidimensional consider structurile subterane multiplu static nedeterminate, i anume: - nedeterminarea intern a structurii (corp strin n sistem) care este tratat ca element

unidimensional (bar curb sau poligonal) dup modelul structurilor supraterane. - nedeterminarea extern reprezentat de interaciunea dintre cptueal i roc.

(2) Specificul calculului static al construciilor subterane fa de cele supraterane este dat de nedeterminarea extern. In funcie de tratarea acestei nedeterminri apar dou grupuri de metode:

a. Metode care nu in cont de conlucrarea dintre roc i cptueal, considernd doar ncrcrile externe iar cptueala fie infinit rigid, fie liber deformabil.

Aceste metode pot fi utilizate n fazele preliminare de proiectare.

b. Metode care iau n consideraie interaciunea cptueal - roc. Metodele din acest grup difer dupa modul cum trateaz aceast interaciune, dup modul cum consider cptueala i dup numele autorilor.

Interaciunea poate fi sub forma unei aciuni arbitrare (3), reaciuni corespunztoare legii lui Winkler (4, 5, 6) i reaciuni determinate cu Teoria Elasticitii (7).

Metodele care consider interaciunea dupa legea lui Winkler sunt cele mai cunoscute i utilizate. Se disting i aici dou orientri:

- cu contact continuu (4, 5) ; - cu contact discret (6, 7).

Dup modul cum e considerat cptueala se ntlnesc dou modele: - inel continuu (3, 4 5) ; - grinda poligonal cu legturi interioare (6, 7).

Aceste metode pot fi utilizate att n fazele preliminare ct i n cele finale de proiectare.

(3) Simplificarea fundamental introdus n metodele "modelului unidimensional" const n faptul c totalitatea factorilor legai de teren este reprezentat prin ansamblul ncrcrilor active (verticale i orizontale cu parametrii ,,c) i pasive (coeficientul de pat K).

(4) Metoda grinzii poligonale pe reazeme elastice este capabil s cuprind n calcul, forma (circular sau oarecare) i alctuirea seciunii (cu una sau dou cptueli, cu diverse mbinri i configuraii ale bolarilor), fazele de execuie i stratificaia difereniat a terenului. Aceast metod i particularitile de aplicare la cptuelile prefabricate sunt prezentate n Anexa 1.

3.1.2 Modelul mediului continuu

(1) Metodele din acest grup se bazeaz pe principiile Teoriei Elasticitii i studiaz comportamentul terenului din jurul unui tunel sau ansamblu teren-cptueal n domeniul bi-dimensional sau tridimensional.

(2) Dupa modul de rezolvare, metodele se mpart n dou grupe, metode analitice i metode numerice.

40

3.1.2.1 Metode analitice

(1) Metodele analitice analizeaz mai nti starea de eforturi natural (nederanjat) din interiorul masivului (considerat omogen, izotrop i elastic), pe urm determin starea de eforturi i deformaii n terenul din jurul tunelului, datorit excavaiei golului, dar i eforturile (for axial i moment ncovoietor) din cptueal.

(2) Condiiile la limit (la contactul dintre roc i cptueal) sunt determinate prin ipoteze arbitrare.

(3) Metodele bazate pe ipoteza unui comportament elasto-plastic al rocii, consider apariia unui inel n jurul golului, n care roca ajunge n stadiul de cedare plastic, iar n exteriorul acestui inel are comportare elastic. Se pot determina eforturile i deplasarile att n zona plastic, ct i n cea elastic, pentru cazul golului sprijinit sau nesprijinit, presiunea interioar ce trebuie preluat de cptueal i eforturile (for axial i moment ncovoietor) din cptueal.

(4) Parametrii de calcul utilizati sunt: - coeficientul lui Poisson; E - modulul de elasticitate al rocii ; Rc - rezistenta la compresiune a rocii.

(5) Datorit ipotezelor simplificatoare utilizate, metodele analitice prezint unele limite, nelund n considerare:

- mbinrile dintre bolari; - nesimetria structurii; - ncrcrile nesimetrice; - stratificaia diferit a terenului; - tuneluri situate la adncime mic.

(6) Utilizarea acestor metode se limiteaz la studiul influenei unor parametri n fazele preliminare de proiectare.

3.1.2.2 Metode numerice

(1) Metodele numerice de analiz structural utilizate n domeniul construciilor subterane sunt Metoda Elementelor Finite (MEF) i Metoda Diferenelor Finite (MDF).

(2) Modelarea comportrii ansamblului cptueal-masiv cu metode numerice, trebuie s reproduc ct mai fidel urmtoarele aspecte:

- comportarea masivului de teren, evideniat de capacitatea acestuia de a prelua noua stare de eforturi, care depinde de:

- starea iniiala de eforturi ; - parametrii de rezistena ai rocii ; - de forma i dimensiunile golului.

- fenomenele de contact i interaciune dintre cptueal i masiv, care depind de: - momentul instalrii cptuelii ; - flexibilitatea cptuelii ; - tehnologia i fazele de execuie ; - felul i eficacitatea injeciilor din spatele cptuelii;

- efectul unor ncrcri specifice (greutatea proprie, injecii de umplere, consolidare sau impermeabilizare i presiunea apei).

(3) Metodele numerice permit o mai bun reprezentare a realitii, lrgind gama ipotezelor posibil a fi luate n considerare n calcul:

41

- considerarea forelor gravitaionale; - comportamentul neliniar, anizotrop sau dependent de timp; - condiii la limit mai bune; - geometria real a masivului i a cptuelii; - efectul construciilor sau tunelelor nvecinate;

- considerarea golului din spatele cptuelii cu evaluarea formei i mrimii golului i a mecanismului de nchidere sau de umplere prin injecie.

(4) La alctuirea modelului structural trebuie s se in seama de: - abordarea problemei n spaiul 2D sau 3D, n funcie de complexitatea i importana obiectivului studiat; - modelarea cptuelii n elemente 1D sau 2D(3D), n funcie de gradul de aprofundare al problemei; - selectarea modelului de comportare al terenului, funcie de natura lui (pmnt sau roc) i modelarea discontinuitilor date de stratificaii, rosturi, falii; - modelarea interaciunii cptueal - masiv; - modelarea fenomenului de decomprimare i relaxare a terenului corelat cu simularea fazelor de execuie.

(5) Aplicarea practic a metodelor numerice la calculul construciilor subterane, conduce la diferene semnificative, funcie de tipul terenului (pmnturi sau roci), care sunt prezentate n tabelul de mai jos.

PMNTURI ROCI Continuitatea mediului Aproximativ Influenat de discontinuiti Modele de comportare a terenului

Elasto - plastic Elastic

Rigiditate relativ cptueal-teren

Mare Comparabil

Deformaiile mediului nconjurtor

Importante Neglijabile

(6) Pmnturile pot fi considerate n prima faz medii continui, pe cnd pentru roci discontinuitile joac un rol determinant. Considerarea n calcul a acestora se poate face fie introducnd o anizotropie a caracteristicilor mecanice ale masivului, funcie de orientarea discontinuitilor, fie modelnd principalele discontinuiti prin elemente speciale de rost, care trebuie s reproduc deschiderea i nchiderea rostului, precum i deplasarea relativa in lungul rostului, cnd rezistena la forfecare este depait.

(7) Pentru roci adoptarea unui model de comportare elastic este o prim aproximare, adesea neeficient, pe cnd n pmnturi este necesar utilizarea unui model elasto-plastic.

(8) Considerarea strii de eforturi iniiale poate fi diferit pentru roci i pmnturi. n pmnturi eforturile principale sunt n general verticale v i orizontale h, pe cnd n roci ele pot avea orientri oarecare, funcie de topografia i istoria tectonic a masivului, mrind astfel rolul unei bune cunoateri a strii iniale de eforturi n analiza comportrii lucrrii.

(9) Rigiditatea relativ a cptuelii unui tunel n raport cu a terenului nconjurtor este n general mare n pmnturi i slab n roci.

42

(10) Deformaiile generate de construcia unui tunel n pmnturi sunt importante i constituie unul din principalele obiective ale analizei cu metode numerice, pe cnd n roci, din contr, acest aspect nu este considerat determinant.

(11) Metodele numerice prezint i limite i dificulti de utilizare pe care proiectanii trebuie s le cunoasc n vederea unei modelri corecte i a unei bune interpretri a rezultatelor.

3.2 Analiza structural a mbinrilor

3.2.1. Generaliti

(1) Realizarea unui model de calcul pentru o cptueal prefabricat ct mai apropiat de realitate presupune i o modelare ct mai corect a mbinrilor dintre bolari, a cror influen este deosebit de important asupra mrimii eforturilor secionale.

(2) Analiza comportrii mecanice a mbinrilor tip articulaii perfecte cu suprafee cilindrice i a celor cu fee plane, rigide la ncovoiere, trebuie s pun n eviden influena acestora asupra eforturilor secionale n seciunea curent.

(3) Starea de eforturi i deformaii n jurul zonelor de contact trebuie analizat pentru a stabili influenele asupra zonelor nvecinate, ct i asupra ntregii structuri. Fora inelar de compresiune este transmis de la un bolar la altul prin intermediul unei suprafee mai mici dect cea a seciunii transversale curente i poziionat funcie de alctuirea mbinrilor.

(4) Aciunea static a cptuelii va fi determinat n mare msur de rigiditatea ei, adic de capacitatea de a rezista la deformri, care se compune din rigiditatea cptuelii i rigiditatea terenului.

(5) Deformaia cptuelii este funcie de: - rigiditatea terenului; - rigiditatea cptuelii; - respectarea procedurilor de execuie.

a. Rigiditatea terenului, dat de rezistena acestuia, trebuie s mobilizeze rezistena pasiv, produs de deformaia cptuelii sub ncrcrile active.

b. Rigiditatea cptuelii este dat de numrul de bolari, de aezarea lor n seciune, gradul de deformare al bolarilor i de tipul mbinrii i gradul de deformare al mbinrilor.

c. Procedurile de execuie care influeneaz deformaiile cptuelii sunt: - sprijinirea inadecvat a frontului, sau operaiunile de dirijare a scutului, care

conduc la afnarea terenului prin formarea de goluri i pierderi de teren n front; - injectarea necorespunztoare a golului dintre cptueal i teren (realizarea trzie,

umplere incomplet, rigiditate redus a mortarului).

(6) Gradul de deformare al rosturilor are o importan preponderent, fa de gradul de deformare al elementelor, la majoritatea cptuelilor prefabricate de beton armat.

(7) La cptuelile prefabricate valoarea i distribuia eforturilor interioare depind n mare masur de distribuia i construcia mbinrilor.

43

(8) Determinarea capacitii portante (rezisten i deformare) a mbinrilor dintre elemente reprezint o problem important n studierea cptuelilor prefabricate din beton armat.

3.2.2 Analiza mbinrilor plane

(1) Analiza mbinrilor cu fee plane pornete de la ipoteza, confirmat de practic, a imposibilitii realizrii unui contact perfect ntre cele dou fee, datorit urmtoarelor cauze:

- imposibilitatea realizrii unor bolari perfeci geometric (n toate cazurile sunt admise anumite tolerane de execuie);

- dificultatea pstrarii formei circulare a cptuelii, att n stadiul de montaj, ct i dup prsirea fustei;

- deformarea elastic a terenului de rezemare; - deformabilitatea elementelor prefabricate.

(2) Inexactitile de fabricaie pot produce rezemri pe muchii (rosturi deschise) cu concentrri de eforturi, iar rotirile ntre elemente, ce apar ulterior la montaj sau sub ncrcri, pot produce efecte similare sau le accentueaz pe cele existente.

(3) Datorit inexactitilor de fabricare i deformrii cptuelii contactul ntre bolari n sens transversal i longitudinal se face excentric i pe suprafee reduse cu concentrri mari de eforturi. Aceste suprafee de contact trebuie analizate n scopul stabilirii:

- rigiditii la rotire; - capacitii portante (rezisten i deformaie).

(4) Analiza comportrii mecanice a acestui tip de mbinare trebuie s stabileasc efectele asupra momentelor ncovoietoare, cauzate de excentricitate i rigiditatea de rotire i este prezentat n Anexa C. Trebuie deasemeni analizat starea de eforturi i deformaii din zona de contact n scopul stabilirii influenelor asupra zonelor nvecinate.

3.2.3 Analiza mbinrilor articulate

(1) Considerarea mbinrilor articulate n modelele de calcul structural se bazeaz pe urmtoarele ipoteze simplificatoare:

- contactul ntre cele dou fee ale bolarilor adiaceni este