Calculul suprasarcinii dată de traficul greu

Introducere

Datorită amplasării multor lucrări industriale/de infrastructură în carosabil (sau în apropierea lui) este necesar să dimensionăm structurile îngropate sau cele de sprijin la suprasarcinile date de acesta. În cele ce urmează voi prezenta modelul de calcul pe care îl folosesc eu și simplificările aferente. De notat faptul că nu avem norme specifice pentru calculul construcțiilor speciale și vom folosi prevederile SR EN 1991-2 pentru convoiul de calcul, iar pentru algoritmul de calcul normativul NP 124-2010.

Determinarea suprasarcinii - NP 124-2010

Pentru convoiul de calcul LM1 am ales încărcările:

Suprasarcina ce acționează asupra structurilor îngropate sau a elementelor de sprijin este de forma unei presiuni, distribuite liniar sau uniform. Am ales distribuția greutății convoiului pe o suprafață cu latura e (0.4x0.4m).

Suprasarcina dată de traficul greu

Același principiu se poate aplica și pentru alte categorii de vehicule pentru care încărcarea pe roată și amprenta acesteia diferă. În figura de mai jos se prezintă schematizarea suprasarcinii dată de un tramvai cu greutatea totală de 50 de tone și lungimea de 30 m, a cărui suprasarcină se detrmină pe metru liniar. Pentru structurile de lungime mare, unde practic există posibilitatea să acționeze mai multe vehicule în coloană, am împărțit qs la adâncimea amprentei (0.4 m), iar suprasarcina nu va acționa doar local, ci distribuită ăe întreaga lungime a elementului de sprijin sau a pretelui structurii îngropate.

Schematizarea suprsarcinii pentru un tramvai cu greutatea de 50 tone și lungimea de 30 m

Calculul suprasarcinii cu distribuție liniară se realizează cu relațiile:

Unde:

qs - incarcarea distribuita pe suprafață 

b - distanța între roata convoiului și elementul de sprijin 

𝝓 - unghiul de frecare internă (teren)

e - lățimea amprentei roții pentru convoiul de calcul

Ka - coeficientul împingerii active

Determinarea suprasarcinii în mod simplificat

Pentru lucrările unde volumul este mare și e greu de determinat cu precizie aceste suprasarcini (de exemplu căminele din beton armat amplsate pe rețele tehnologice), am ales un mod simplificat de distribuție a suprasarcinii uniform pe suprafață, pentru fiecare metru liniar al slementelor structurale. De obicei structura rutieră asigură o transmitere uniformă a suprasarcinii, iar modelarea cu metoda elementului finit este mult simplificată atunci când presiunile sunt uniform distribuite.

Pentru a ajunge la această metodă simplificată am considerat că în lungul elementului de sprijin acționează n convoaie și se transmite doar încărcarea dată de un rând de roți. Numărul roților (n) depinde de lungimea totală a pretelui, deoarece paralel cu acesta pot staționa mai multe vehicule simultan. Având în vedere distanța de 1.2 m între amprentele roților, am considerat că suprapresiunea se va distribui uniform pe lungimea peretelui, adică pe metru liniar.

Simplificarea suprasarcinii din trafic greu

Suprasarcina q ține cont de coeficientul împingerii active (Ka), sarcina pe fiecare roată (Q = 150 kN) și numărul de roți considerat (n):

Încărcarea q se distribuie uniform sub formă de presiune pe întreaga suprafață a elementului îngropat. În funcție de stratificația terenului sau a fundației carosabilului, această presiune se poate corecta prin valoarea mediată a Ka, prin care se poate ține cont de acest aspect. În practică, valorile suprasarcinii calculată în acest mod are valori între 30…50 kN/mp. Trebuie precizat faptul că acest convoi compus din 4 roți reprezintă osiile din spatele vehiculului, prin urmare pe o lungime de 4 m se poate considera n = 3, deoarece între cele două osii extreme (față - spate) distanța e de aproximativ 4 m. Astfel, pe o lungime totală de 5 m putem considera că în dreptul elementului structural poate staționa un singur vehicul, deci n = 3. Pentru Ka = 0.4 avem:

q = 3 x 150 kN x 0.4 / 5 = 36 kN/mp

Valoarea q se poate aplica sub formă de presiune uniform distribuită în programele de calcul automat, cu coeficienții de supraîncărcare aferenți conbinațiilor specifice de încărcări.