Metodologia de calcul pentru lucrarile subterane de adaposturi de protectie civila

Paradoxal, ne place, nu ne place, in timp de pace trebuie sa ne gandim, dar, mai ales, sa realizam si unele constructii care sa constituie locuri de adapost si protectie in situatii nu neaparat de conflicte militare. Unele dintre acestea, destinate populatiei in situatii de urgenta, sunt adaposturile de protectie civila. Lucrarile respective urmeaza si ele tripticul proiectare, constructie, exploatare, asemenea tuturor obiectivelor de investitii.

In cele ce urmeaza, specialistii si toti cei cuprinsi in realizarea adaposturilor de protectie civila pot afla lucrurile specifice unor asemenea constructii.

Comparativ cu  constructiile obis­nuite civile si industriale, calculul lucrarilor subterane prezinta unele particularitati:

a) Incarcarile de baza care se iau in calcul si solicita lucrarile subte­rane. Ele sunt incarcari dinamice rezultate din actiunea dirijata asupra lor a mijloacelor de distrugere. Incarcarile provin din soc si sub forma de impuls ori suprapresiune provenite din explozia mijloacelor clasice sau a celor nucleare (unda de soc) de distrugere. Incarcarile se considera uniform distribuite pe elementele structurii de rezistenta.

b) La actiunea undei de soc (impulsului) se adauga efectul de rupere (distrugere) a tavanului stratificat ca urmare a actiunii mecanice, a energiei ce rezulta din explozia proiectilelor (bombelor) patrunse in stratul de protectie sau ramase pe suprafata acestuia. Palniile de ex­plozie slabesc sectiunile de rezistenta, ceea ce conduce la cedari in cazul repetarii actiunii mijloacelor de distrugere.

c) Actiunile dinamice destinate distrugerii lucrarilor subterane pot fi de valori foarte mari, sunt complexe si evaluarea lor exacta este dificila prin relatii matematice.

La proiectarea si realizarea adaposturilor subterane trebuie sa se acorde atentie masurilor constructive de ansamblu pentru a feri structura de rezistenta de contactul ei direct cu mijloacele de distrugere.

Trebuie ca impactul si explozia proiectilelor (bombelor) sa aiba loc cat mai departe de structura de rezistenta. Aceasta se poate realiza cu ajutorul straturilor de protectie de diferite tipuri: monostrat, multistrat sau stratul natural in cazul constructiilor subterane de tip galerie (fig. 1).

In cazul lucrarilor supraterane impactul proiectilelor (bombelor) cu elementele structurii de rezistenta nu poate fi evitat.

d) Incarcarile dinamice pe structura de rezistenta se iau sub forma de incarcari statice echivalente. Acestea din urma se obtin prin amplificarea actiunilor dinamice cu coeficienti dinamici. Incarcarile sta­tice echivalente astfel obtinute se iau cumulate cu incarcarile statice pro­venite din greutatea straturilor de protectie, greutatea proprie a constructiei, impingerea pamanturilor sau presiunea litostatica.

e) Intervine verificarea prin calcul a adapostului la actiunea radiatiei penetrante si la efectul termic provenit din explozia munitiei nucleare.

Desi nu este un calcul de rezistenta, concluziile acestor verificari pot impune sporirea grosimii unor elemente de rezistenta ale constructiei sau imbunatatirea proprietatilor fizico-chimice ale materialelor pentru a le mari performantele de protectie.

f) Se ia in calcul actiunea mijlo­cului de distrugere cel mai avantajos posibil si care actioneaza o singura data. In unele cazuri se iau in calcul situatii in care doua sau mai multe categorii de incarcari (mijloace) actioneaza concomitent si cumulat.

g) Nu se ia in calcul situatia in care munitia nucleara ar lovi direct adapostul, ci numai efectele acesteia cand explozia s-ar produce la o anumita distanta de adapost.

h) Incarcarile din explozii fiind foarte mari, rezulta din calcul dimen­siuni ale elementelor tot mari. De aceea dimensiunile ce se adopta trebuie sa fie strict necesare si in conformitate cu nevoile functionale si ergonomice atat pentru ansamblul adapostului cat si pentru elementele sale componente.

i) In cazul lucrarilor subterane este necesar un calcul de rezistenta al usilor, ecranelor de protectie, prizelor de aer etc. la incarcarile dinamice ce actioneaza asupra structurii de rezistenta in ansamblu.

j) Intervine calculul de rezistenta si dimensionarea in plan a elemen­telor ce protejeaza structura de rezistenta cum sunt stratul rigid, pintenii de protectie, aripile de protectie precum si unele elemente constructive ce asigura mascarea lucrarii subterane.

Cerintele de baza sunt:

a) Alegerea unor scheme constructive rationale in sensul ca la o anumita solicitare probabila elementele structurii de rezistenta sa fie incarcate uniform.

b) Alegerea unor dimensiuni strict necesare atat pentru constructia in ansamblu cat si pentru fiecare spatiu si element in parte. Aceste dimensiuni sa garanteze constructiei rezistenta si stabilitatea necesara si prin aceasta protectia interiorului constructiei.

c) Problemele pe care se axeaza calculul lucrarilor subterane vizeaza realizarea urmatoarelor conditii: rezistenta, stabilitate, etanseitate, neinflamabilitate, protectia impotriva radiatiei penetrante, protectia impo­triva undelor electromagnetice.

d) In mod obisnuit in calcul se tine seama de influenta unui singur mijloc de distrugere cel mai dezavantajos posibil pentru lucrarea subterana si care actioneaza o singura data. In unele situatii se ia in calcul influenta cumulata a doua sau mai multor mijloace (proiectile + unda de soc a exploziei nucleare + greutatea straturilor).

Ipotezele de incarcare ale lucrarilor subterane

In alegerea ipotezei de actiune trebuie sa se aiba in vedere datele preliminare referitoare la:

• cel mai probabil mijloc de actiune;

• cel mai probabil mijloc de trans­port al mijloacelor de distrugere (aviatie, artilerie, rachete etc.);

• cea mai posibila forma a mijloacelor de distrugere (clasica sau nucleara);

• cel mai probabil calibru (echiva­lentul de trotil) al mijloacelor de distrugere.

In vederea calculului si realizarii unei lucrari subterane trebuie sa fie precizate urmatoarele elemente:

• categoria (grad de protectie);

• natura geologica a terenului;

• tipul si calibrul mijlocului de distrugere;

• modul de transport la tinta sau marimile din punct de contact al proiectilului cu suprafata lucrarii subterane;

• de cate ori este posibil sa se actioneze asupra lucrarii subterane etc.

Avand in vedere cele de mai sus, rezulta ca, in conditii actuale, sunt posibile si trebuie luate in conside­rare urmatoarele trei ipoteze de incarcari (grupari de sarcini):

1. Incarcari din actiunea numai a mijloacelor clasice de distrugere. In acest caz se efectueaza:

• calculul la actiunea locala deter­minandu-se grosimea straturilor de protectie;

• calculul structurii de rezistenta la actiunea generala data de socul si presiunea din explozie.

2. Actiunea mijloacelor clasice de distrugere si a efectelor exploziei nucleare. In aceasta ipoteza se determina:

• efectele actiunii locale si grosi­mea straturilor de protectie;

• verificarea grosimii de protectie la actiunea radiatiei penetrante;

• calculul la actiunea generala atat a mijloacelor clasice de distru­gere cat si a mijloacelor nucleare, inclusiv actiunea termica.

3. Actiunea numai a efectelor mijloacelor nucleare de distrugere.

Se presupune ca aceasta ipoteza va fi folosita mai putin probabil in conditiile razboiului de aparare si se are in vedere la calculul unor lucrari subterane de aparare de importanta deosebita si in toate cazurile la lucrarile pentru apararea civila.

In aceasta ipoteza se determina:

• incarcarile dinamice si incarcarile statice echivalente corespunzatoare;

• incarcarile statice date de greutatea straturilor protectoare si a impregnarii pamantului;

• dimensiunile elementelor structurii de rezistenta din incarcari si din actiunea radiatiei penetrante.

In situatiile cand, pentru protectia impotriva radiatiei penetrante, gro­simea de protectie este insuficienta, se recomanda ca efectuarea corectiilor necesare sa se faca nu pe seama ingrosarii structurii de rezistenta ci a folosirii materialelor cu proprietati de protectie mai bune.

In toate cazurile cand nu se precizeaza ipoteza de calcul, se va adapta ipoteza a II-a in care se tine seama atat de actiunea mijloacelor clasice de distrugere cat si a mijloa­celor nucleare.

Starile limita ce se au in vedere la calculul lucrarilor

Starea limita este acea stare a structurii de rezistenta pentru care lucrarea subterana sub influenta actiunilor considerate in calcul ince­teaza sa mai satisfaca conditiile unei exploatari normale.

Starile limita in cazul lucrarilor subterane sunt aceleasi ca si in cazul constructiilor obtinute cu unele particularitati in sensul ca:

• se are in vedere durata de actiune a sarcinii dinamice;

• nu se ia in calcul starea limita de oboseala deoarece se considera ca actiunile nu se repeta ciclic.

La calculul lucrarilor subterane se iau in considerare urmatoarele stari limita:

a) starea limita a capacitatii portante, la rezistenta si stabilitate;

b) starea limita a exploatarii normale date de:

• dezvoltarea deformatiilor;

• acceleratia imprimata lucrarii datorita actiunii sarcinii dinamice, acceleratie care impiedica functio­narea normala a lucrarii;

• formarea fisurilor, nepenetrabi­litatea la contaminari (gaze) sau aparitia desprinderilor de material la planseu sau pereti;

• doza admisa a radiatiei gama si a fluxului de neutroni in interiorul lucrarii;

• incalzirea excesiva sau aprin­derea materialului constructiei ca urmare a emisiunii de lumina data de explozia munitiei nucleare;

• umiditate excesiva ca urmare a hidroizolari necorespunzatoare;

• perturbatii in functionarea sistemului electric si de transmisiuni provocate de impulsul electromagnetic dat de explozii nucleare.

Structura de rezistenta pentru constructiile subterane din elemente prefabricate din beton

Prefabricatele din beton armat folosite numai in subteran sunt soli­citate la incarcari statice a caror va­loare maxima nu depaseste 0,1 tf/m2.

Adaptarea prefabricatelor din beton armat folosite la diferite constructii, la noile lor functiuni in cadrul structurii lucrarilor de aparare, a necesitat o buna cunoastere a particularitatilor lor de alcatuire si de comportare, astfel incat noile structuri sa asigure gradul de protectie cerut.

La proiectarea constructiilor mili­tare de aparare din prefabricate s-au avut in vedere urmatoarele principii:

a) Dispunerea elementelor in structura s-a efectuat astfel incat sa fie solicitate de aceeasi categorie de solicitari, ca si in cazul destinatiei ei initiale. La asezarea elementelor in structura s-a tinut seama de modul de armare a elementelor respective.

In figura 2 este redata pozi­tia in care este asezat elementul prefabricat in functie de incasarea si de dispunerea armaturii.

b) Deschiderea de calcul a structurii adapostului este egala sau mai mica decat deschiderea pentru care elementele respective au fost pro­iectate initial. Acestea permit folo­sirea elementelor de imbinare pe care ele le au deja si sporirea capa­citatii portante a structurii de rezistenta in ansamblu.

c) S-a asigurat imbinarea intre prefabricate utilizand prelungirile armaturii lor sau introducand bare de otel suplimentare.

In cazul asezarii elementelor prin simpla rezemare, capetele acestora sunt petrecute peste marginea exterioara a peretilor laterali cu cel putin 20 cm; cand rezemarea se face direct pe teren (transee acoperite), marginile elementelor se reazema pe o latime de minim 50 cm.

d) Prefabricatele structurii de rezistenta sunt asezate pe fundul gropii sapate, pe un radier din elemente prefabricate, asezat pe un strat de nisip (pietris) de 10 cm – 15 cm grosime. Se asigura in acest fel o buna preluare a incarcarilor date de tasarea lucrarii si, in acelasi timp, o mai usoara imbinare a prefabricatelor intre ele in faza de montare a structurii.

e) Peretii despartitori interiori ai adaposturilor care nu au rol de rezistenta sunt elemente prefabricate de grosime mica, se evita cresterea in mod nejustificat a volumului de sapatura.

f) Structura de rezistenta se verifica la actiunea radiatiei penetrante. Radiatia penetranta consta din actiunea concomitenta atat a radiatiilor gama, cat si a fluxului de neutroni.

Se verifica doza de radiatie pe fata exterioara a stratului de protectie, doza de radiatie ramasa dupa parcurge­rea stratului de protectie si grosimea minima de protectie necesara.

Pentru elementele prefabricate luate in mod separat se face o estimare a capacitatii portante plecand de la valorile de calcul considerate pentru functionarea si comportarea potrivit destinatiei lor initiale astfel:

• in cazul prefabricatelor destinate pentru constructii subterane, incarcarea capabila este egala cu incarcarea utila pentru care au fost proiectate initial elementele respective;

• in cazul elementelor cu utilizare subterana, capacitatea portanta este egala cu incarcarea utila pentru care au fost proiectate initial elemente la care se adauga dife­renta de greutate a coloanei de umplutura pana la grosimea umpluturii prevazute a fi folosita initial.

Bibliografie

1. Josan Miron, Fortificatii permanente, partea I, Editura Academiei Militare, Bucuresti, 1977;

2. Oprea Gheorghe, Josan Miron, Elemente de calcul al tavanelor stratificate, Editura Academiei Militare, 1979;

3. Oprea Gheorghe, Mecanica Constructiilor, Editura Academiei Militare, 1975;

4. Oprea Gheorghe, Calculul placilor plane de grosime medie si al planseelor stratificate solicitate la diverse sarcini cu actiune dinamica, Bucuresti 1975

5. Oprea Gheorghe, Ion Nicolae, Culegere de lectii de fortificatii, Editura Academiei Militare, 1974.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 56 – februarie 2010, pag. 62

Autor:
ing. Fanel Eduard IORGA