Prezentul articol descrie soluțiile tehnice utilizate pentru realizarea structurii de rezistență a imobilelor de birouri „GREEN COURT BUCHAREST”, situat în Str. Gara Herăstrău nr. 4, sector 2, București. Pe verticală clădirea este compusă din trei subsoluri, parter și douăsprezece etaje, ultimul etaj având funcționalitate tehnică, înălțimea totală supraterană fiind de aproximativ 54.15 metri. Proiectul de față a abordat soluții tehnologice și de proiectare de ultimă oră pentru țara noastră printre care incintă realizată din perete mulat îngropat cu grosimea de 60 cm sprijinit printr-un rând de ancore post-tensionate, implementarea sistemului de lucru BIM și al celui „Safety by design”, adoptarea unor produse emergente pe piața construcțiilor din România, cum ar fi dispozitivele mecanice pentru asigurarea continuității armăturilor, dornuri speciale realizate din oțel de înaltă rezistență inoxidabil specifice pentru preluarea tasărilor diferențiate dintre corpurile de clădire, realizarea riglelor de cuplare metalice până la o înălțime de 2,5 m din tole cu grosimea de 40 mm etc.

Beneficiarul investiției de față este grupul Skanska, acesta fiind unul dintre cele mai mari grupuri de dezvoltare de proiecte imobiliare și construcții din lume. Cu o vechime de peste 125 de ani și aproximativ 57.000 de angajați în țări din Europa, Statele Unite și America Latină, a realizat lucrări de anvergură printre care clădirile 30 St. Mary Axe (turnul Gherkin), turnul Walbrook și Heron (unul dintre cele mai înalte din capitala britanică) din Londra, Marea Britanie, stadionul MetLife NewJersey și WTC Transportation Hub Oculus New York din Statele Unite. În anul 2007 a fost ales „Constructorul Verde” numărul 1 în Statele Unite. În anul 2011 a primit distincția de cea mai verde companie din Marea Britanie în ciuda faptului că domeniul în care activează are un impact major asupra mediului. O viziune oficială declarată de Skanska este cea a „celor 5 zerouri” : proiecte cu zero pierderi, zero accidente de muncă, zero incidente asupra mediului, zero abateri etice și zero defecte. În anul 2012 a fost clasificată a 9 a cea mai mare companie antreprenoare în construcții la nivel mondial.

Pornind de la premisele amintite mai sus, grupul Skanska a început investițiile în România pe un amplasament din nord-estul Bucureștiului, unde se află în curs de execuție un ansamblu de clădiri de birouri, având ca regim de înălțime 3 Subsoluri, Parter și 11(12) etaje, cu o suprafață totală desfășurată de cca. 95.000 m², dintre care cca. 60.000 m² în partea supraterană a clădirilor. Subsolul se întinde pe aproape toată suprafața proprietății în timp ce cele trei corpuri supraterane de clădire ocupă aproximativ 60% (conform indicatorilor urbanistici autorizați) din suprafața terenului.

Așa cum se întâmplă în mod curent la dezvoltările imobiliare de mari dimensiuni, s-a optat pentru o abordare în faze a execuției, realizându-se mai întâi o incintă de pereți mulați corespunzătoare primelor două corpuri supraterane, urmând ca ulterior să fie continuată incinta, pentru realizarea subsolului celui de al treilea corp. La momentul întocmirii prezentului articol, execuția primului corp era finalizată, la al doilea corp se definitiva structura subsolului și se începea suprastructura, în timp ce execuția celui de al treilea corp urma să înceapă ulterior.

Dezvoltările imobiliare, fie ele clădiri de birouri, rezidențiale sau comerciale, implică, în special în interiorul marilor aglomerări urbane, necesitatea realizării unui număr mare de subsoluri, deci a unor excavații adânci. Cerințele de a proiecta soluții mai economice și mai practice pentru susținerea excavațiilor conduc la necesitatea unei înțelegeri mai bune a comportamentului sistemului de sprijinire.

Proiectul pentru această investiție a fost elaborat în perioada 2012-2014, execuția lucrărilor de fundații speciale fiind realizată în perioada ianuarie 2013 – martie 2013, iar lucrările de execuție ale structurii de rezistență au început din luna martie 2013 fiind încă în desfășurare. În momentul de față structura de rezistență a clădirii A este finalizată în proporție de 100%, iar  cele de instalații și arhitectură fiind terminate în proporție de 60%.

Proiectul structurii de rezistență a avut la baza proiectul de arhitectură elaborat de către ARCHITECT SERVICE, arh. Constantin CIUREA și arh. Simona CIUREA.

Proiectarea instalațiilor a fost asigurată de către M.C. GENERAL CONSTRUCT.

Beneficiarul imobilului este compania SC BETA PROPERTY DEVELOPMENT COMPANY SRL.

Antreprenorul general și al lucrărilor pentru această investiție a fost SKANSKA CONSTRUCTION.

Structura de rezistență a clădirii A a fost realizată de către OCTAGON CONTRACTING & ENGINEERING, iar infrastructura clădirii B a fost executată de către DESA CONSTRUCTION.

Lucrările aferente fațadelor, tip perete cortină, au fost proiectate și executate de către SKANSKA CZECH REPUBLIC.

Proiectul este împărțit în trei faze de dezvoltare după cum urmează :

• Faza 1 – infrastructura clădirilor A și B și suprastructura clădirii A;
• Faza 2 – suprastructura clădirii B și infrastructura clădirii C;
• Faza 3 – suprastructura clădirii C.

Suprafața construită aferentă fazei 1 este de aproximativ 46950 m², din care cca. 21642 m² în suprastructură și 25280 m² în cadrul structurii subterane.

Suprafața construită aferentă fazei 2 este de aproximativ 20250 m² fiind în suprastructură.

Suprafața construită aferentă fazei 3 este de aproximativ 27825 m², din care cca. 17568 m² în suprastructură și 10257 m² în cadrul structurii subterane.

În total investiția va cuprinde o suprafață construită de aproximativ 95025 m².

Infrastructura se dezvoltă pe înălțimea a trei niveluri, cu o înălțime de nivel de 4.70 pentru subsolul 1 și 2.95 pentru subsolul 2 și 3.

În ceea ce privește suprastructura, aceasta se dezvoltă pe înălțimea a treisprezece etaje, parter, 11 etaje și etajul tehnic.

Înălțimea de nivel a etajelor supraterane este de 5.05 m pentru parter și de 3.85 m pentru etajele curente.

O particularitate a acestui proiect o reprezintă implementarea la nivelul procesului de proiectare a modelului informațional al clădirii (BIM). Acesta poate fi considerat o tranziție marcantă în practica proiectării. În timp ce CAAD (Computer-Aided Desing and Drafting) automatizează aspectele tradiționale de producere a desenelor, BIM reprezintă o schimbare fundamentală a vechiului sistem de tip „linie cu linie” și tot procesul de gândire asociat acestuia. Modelele 3D ce constituie baza BIM furnizează o îmbunătățire majoră a comunicării informației spațiale între oameni. Proiectarea, deși adesea nu este în mod adecvat gândită astfel, este un efort de echipă, ce implică investitorul, arhitectul și inginerii de specialitate, și, cu o tot mai mare recunoaștere, pe cei implicați în fabricarea și executarea proiectului. Realizare unui proiect implică un nivel considerabil de coordonare și colaborare.

Pentru elaborarea modelului comun 3D pe specialitățile arhitectură și structură s-a utilizat programul Allplan Nemetschek, în timp ce coliziunile și deficiențele de proiectare raportate la traseele de instalații s-au detectat și eliminat prin fișierele standard IFC încărcate în programul Solibri Model Checker.

Aceste noi posibilități de comunicare creează oportunitatea îmbunătățirii produsului proiectanților. Ele permit teoretic comunicarea cu programele de analiză și simulare ce oferă informații în timp real pe parcursul procesului de proiectare. Coordonarea din timp cu fabricanții prin intermediul modelelor clădirii extinde nivelul de coordonare în faza de construcție.

Un prim aspect se referă la proiectarea conceptuală, așa cum este ea percepută în mod uzual. Importanța și refocalizarea pe proiectarea conceptuală este foarte bine ilustrată de curbele MacLeamy (figura 2).

Modelarea construcției este avantajul principal al uneltelor de generare BIM actuale. În prezent, principalul produs al acestei faze sunt planurile de detalii de execuție, dar acest aspect urmează să se schimbe în viitor, pe măsură ce modelul clădirii va servi ca bază legală pentru documentația de execuție.

Metodologia BIM permite investitorilor, consultanților și antreprenorilor să vizualizeze și să înțeleagă evoluția proiectului și problemele de coordonare într-un mod ce nu era posibil înainte.

Desenele sunt extrase direct din BIM și sunt adnotate pentru a corespunde deferitelor cerințe specifice. Producerea acestor documente nu este realizată independent de model, ci desenele sunt efectiv conectate cu modelul. Astfel, dimensiunile elementelor, cotele și celelalte detalii reflectă exact ceea ce este modelat. Potențialul de eroare sau omisiune este astfel foarte redus.

Când elementele de arhitectură, structură și instalații sunt reunite într-o singură interfață, echipa de proiectare are posibilitatea de a inova mai eficient. Problemele ce obișnuiau să devină cunoscute doar pe șantier pot fi acum rezolvate din timp în faza de proiectare, unde schimbările și îmbunătățirile pot fi administrate mult mai economic.

Modelul structural joacă un rol central în tot acest proces. Cele mai eficiente ședințe de coordonare și revizuire au loc atunci când modelele arhitecturale, structurale și de instalații sunt disponibile pentru a fi combinate într-un singur model virtual.

La proiectele BIM, încărcare mare este în stadiile inițiale, cu majoritatea timpului de modelare petrecută în fazele inițiale ale proiectului schematic și ale proiectului tehnic. În timpul fazelor de  întocmire a documentației de execuție și în timpul asistenței de șantier, fluxul de lucru se îngustează și este relativ scăzut în termeni de modelare. Echipele sunt formate încă de la începutul procesului de design și încep colaborarea mai devreme. Prin utilizarea tehnologiei BIM, echipele de proiectare pot fi reduse. Pe măsură ce echipa alcătuiește modelul, tot mai multă informație devine disponibilă.

Cu BIM, nu se mai poate proiecta într-un mod superficial. Modelul va evidenția rapid echipei de proiectare orice deficiență.

Odată cu sistemul BIM s-a dezvoltat și noul standard de interoperabilitate IFC (Industry Foundation Class), acesta fiind o platformă neutră și nefiind controlată de unul sau mai mulți furnizori. Este un format de fișier bazat pe obiecte cu un model de date dezvoltat de „buildingSMART”. Cu ajutorul acestor noi instrumente se pot descoperi și elimina multe erori de proiectare.

Chiar dacă modul de lucru BIM este relativ nou introdus pe piața românească de construcții și aplicabilitatea lui a întâlnit multe impedimente în proiectul de față, el deschide o nouă perspectivă a proiectării structurilor. Ținând cont de dimensiunile și complexitatea proiectului, model de lucru BIM a făcut posibilă eliminarea multor erori în fazele inițiale și a facilitat realizarea diferitelor modificări venite din partea fiecărei specialități sau chiar a investitorului. În viitor se anunță lucrul între specialități pe un server comun prin intermediul internetului ceea ce ar conduce la vizualizarea în timp real a modificărilor și marcarea diferitelor revizii ale planurilor.

În concluzie, BIM afectează multe fațete ale industriei construcțiilor. Echipele de proiectare înțeleg acum valoarea enormă pe care o au BIM și instrumentele de proiectare 3D. Investitorii și antreprenorii devin tot mai conștienți de posibilele beneficii ale BIM și solicită din ce în ce mai des arhitecților și inginerilor să creeze modele pe care ei le pot folosi în proiectele lor. Este indiscutabil că BIM este deja stabilit în piață și nu va pleca nicăieri, iar companiile ce nu îl adoptă riscă să fie lăsate deoparte.

„Safety by design” se traduce prin procesul de identificare și integrare a condițiilor potențial periculoase încă din etapa de proiectare a construcțiilor. Aceasta are drept scop eliminarea și prevenirea riscurilor și micșorarea eventualelor consecințe. ele se pot realiza prin măsuri tehnice și organizatorice.

Mai jos se prezintă câteva situații ce sunt analizate și soluționate conform principiului „Safety by design”:

• Pentru descărcarea materialelor se prevad zone speciale și se iau măsuri colective de protecție prin realizarea unor balustrade și scări speciale sau prin măsuri individuale de ancorare.

• Limitarea lungimii barelor de armătură la elementele verticale pentru eliminarea îndoirii acestora pe perioada de execuție sau căderea de la înălțime în timpul montajului sau a cofrării. O soluție suplimentară de eliminare a lungimilor barelor de armătură se poate obține prin introducerea de cuple mecanice.

• Pereții de compartimentare din zidărie de lângă golurile de lift și cele tehnologice se realizează din beton slab armat pentru evitarea căderii în gol în timpul execuției si finisării, sau proiectarea pereților la distanță față de gol pentru a facilita prinderea protecțiilor.

• Realizarea elementelor structurale și nestructurale din exteriorul clădirii astfel încât să nu expună lucrătorii la riscuri în timpul activităților de execuție și celor de mentenanță.

• Proiectarea spațiilor închise tip rezervoare de apă astfel încât să elimine riscul de cădere în gol, să asigure o ventilație adecvată, un acces ușor și salvarea în caz de situații de urgență.

• Proiectarea clădirilor fără terase expuse la căderea în gol prin implementarea sistemului de „linia vieții”.

Cota excavației este cu circa 11-12 m sub cota terenului natural. De pe o platformă de lucru realizată la 3 m adâncime prin săpătură în taluz înclinat protejat cu torcret și cuie sau local prin sprijinire berlineză, s-a realizat un perete îngropat de 60 cm grosime și 18 m adâncime, executat prin tehnologia pereților mulați cu excavare sub protecția noroiului bentonitic.

Din punctul de vedere al condițiilor litologice consemnăm că în amplasament s-a întâlnit succesiunea de straturi tipică pentru București, cu o zonă de umplutură și apoi de argile prăfoase în zona superioară (pe aproape toată adâncimea excavației), urmate apoi de nisipurile și pietrișurile de Colentina (foarte variabile ca nivel de apariție și grosime, aici), de pachetul argilelor intermediare și apoi de zona de nisipuri de Mostiștea.

Sistemul de susținere a excavației adânci

Proiectarea geotehnică a lucrărilor de susținere se supune prevederilor normativului românesc NP 124:2010, care înlocuiește capitolele 1-3 aferente proiectării pereților îngropați din normativul NP 113-04. Astfel, NP 124:2010 este în acord cu principiile Eurocodului 7 preluat în România ca SR EN 1997-1:2004. În plus, realizarea unei excavații adânci (peste 3 m) într-o zonă urbană intră sub prevederile normativului NP 120-06, ceea ce reclamă o atenție particulară pentru construcțiile învecinate, în sensul limitării influenței pe care o are construirea noului imobil asupra acestora.

Pentru calculul stărilor de eforturi şi deformaţii s-a utilizat modelul 2D cu stare plană de deformații prin metoda elementului finit, considerând pentru pământ legea de comportare elasto-plastică cu rigidizare în domeniul deformaţiilor mici. În tabelul de mai jos, sunt redate stratificația schematizată și valorile caracteristice ale principalilor parametri geotehnici, bazate pe datele din Studiul Geotehnic.

Sistemul de sprijinire cu ancoraje de teren

O primă fază de proiectare a constat în identificarea soluției structurale optime, iar pentru sistemul de sprijinire provizorie a peretelui îngropat a rezultat că utilizarea ancorajelor post-tensionate dispuse pe un singur rând conduce la cea mai economică soluție, nu numai din punct de vedere financiar, dar si din punct de vedere a timpului de execuție si a cursivității tehnologice. Desigur că această soluție a fost posibilă și pentru faptul că au fost identificate soluții administrative și juridice, dat fiind faptul că, în general, ancorajele depășesc limita de proprietate. Variabilitatea stratificației amintită mai sus a condus la imposibilitatea adaptării ancorajelor cu lungimi și orientări diferite, astfel încât bulbul să fie încastrat pe cât posibil într-un strat necoeziv cu capacitate portantă sporită.

În realitate, platforma de pe care s-au realizat ancorajele a fost constituită de o contrabanchetă având bermă de 8-10 m lățime și cu taluz cu pantă de 3:2. Astfel, se lucra pe de o parte la susținerea peretelui mulat și, în același timp, la atacarea lucrărilor de radier și de structură a subsolului pentru zona centrală (Figura 4).

În prezent, în România, normativul NP 114-04 cuprinde proiectarea ancorajelor de teren (în curs de revizuire cu scopul de a se alinia normelor europene), iar standardul european preluat ca standard român SR EN 1537:2002 (de asemenea în curs de revizuire la nivel european) cuprinde cerințele de execuție ale ancorajelor. Se intenționează ca încercarea ancorajelor în teren să fie acoperită de un standard european complementar celui de execuție. Trebuie menționat că literatura internațională de specialitate nu este prea generoasă pentru studiul ancorajelor de teren, că puținele referințe de bază pe acest subiect au rămas la nivelul anilor 1970-1980 și că diferențele de practică dintre țările europene fac foarte dificilă uniformizarea proiectării acestor tipuri de lucrări (de exemplu codurile BS8081, DIN 4125, SIA V 191, TA95).

Pentru lucrarea de față, abordarea proiectului a constat în următoarele etape de proiectare și execuție:

• Predimensionarea sistemului de susținere în funcție  de acțiunile care intervin în diferite grupări de acțiuni, precum și pe baza caracteristicilor litologice, reieșite din Studiul Geotehnic, printr-una dintre abordările de calcul din SR EN 1997-1:2004;

• Proiectarea preliminară a ancorajelor de teren prin metoda prescriptivă indicată în normativul românesc NP 114-04;Calculele pe baza parametrilor geotehnici obținuți din prospectarea terenului de fundare în faza de realizare a Studiului Geotehnic au condus la estimări ale capacității portante a ancorajului cu valoare caracteristică de 940 kN, rezultând valoarea de calcul de 530 kN;

• Dimensionare si proiectarea sistemului de susținere după cum a fost detaliat în capitolul anterior;

• Execuția primei faze a săpăturii, a ancorajelor de probă și încercarea acestora pentru determinarea capacității proiectate. Încercările preliminare s-au realizat pentru 4 ancoraje executate suplimentar, pe locații considerate reprezentative din punctul de vedere al condițiilor de teren redate prin Studiul Geotehnic și din punctul de vedere al vecinătăților. Ancorajele de probă au fost executate folosind aceeași tehnologie și procedură și având aceeași înclinare ca ancorajele din lucrare. Încercările au fost realizate prin metoda 1 de conform SR EN 1537:2002, fiind conduse până la rupere sau până la forța maximă de 1300 kN.

Pentru majoritate ancorajelor proiectate, valoarea caracteristică a capacității portante a ancorajelor a fost considerată 910 kN (forța minimă dintre cele patru încercări preliminare pentru care s-au obținut deplasări stabile la forță constantă). Conform normativului românesc NP 114-04, rezultă valoarea de calcul de 580 kN.

Pe o latură unde s-a dorit stabilizarea sporită a excavației și a structurii învecinate, datorită traficului greu care se manifesta, s-a luat în considerare încercarea preliminară executată în zona respectivă care nu a ajuns la cedare până la forța maximă aplicată. Conform Studiului Geotehnic, litologia a permis pătrunderea parțială a bulbului într-un strat necoeziv cu capacitate portantă sporită, lucru confirmat și prin încercarea preliminară pe ancorajul de probă executat pe zona respectivă. Tensionarea ancorajelor respective a fost limitată la forța de 560 kN (mai mică decât capacitatea estimată conform NP 114-04 pe baza încercării preliminare considerate) pentru ca peretele mulat să poată prelua efortul prin armarea cu care a fost prevăzut.

• Execuția ancorajelor de serviciu (180 de bucăți) conform specificațiilor proiectantului în urma analizării rezultatelor încercărilor preliminare – forța maximă de tensionare și forța de blocare au fost ușor adaptate și s-a acceptat o cantitate mai mică de suspensie de ciment injectată decât cea estimată inițial prin proiect;

• Pe baza fișelor individuale de execuție a ancorajelor, precum și a analizei rezultatelor încercărilor preliminare, s-au ales 8 ancoraje dintre cele din lucrare pe care s-au realizat încercări de control. Două dintre aceste încercări s-au executat pe latura pe care s-a urmărit stabilizarea sporită a excavației.

Ancorajele A39C și A45C au fost realizate pe zona care s-a vizat stabilizarea sporită a excavației și a structurilor învecinate. Acestea au confirmat din nou capacitatea sporită a ancorajelor din acea zonă.

S-a considerat că toate încercările de control au confirmat caracteristicile acceptabile la forța de întindere de încercare și s-a continuat la tensionarea ancorajelor de serviciu.

• Realizarea încercărilor de confirmare (la o forță cu 10% mai mare față de forța de blocare) a capacității tuturor ancorajelor de serviciu, urmate de eventuale intervenții, corecții etc.

După încercare ancorajele s-au detensionat, după care s-au tensionat până la jumătate din forța de blocare; aceiași pași au fost urmați și cu ancorajele învecinate, pentru evitarea dezechilibrelor și concentrărilor de tensiuni; în final ancorele s-au blocat la forța proiectată;

• Definitivarea excavației la cota proiectată;

• Execuția sistemelor de rezemare definitivă (radier și planșeul peste subsolul 3);

• Detensionarea ancorajelor și, eventual, extragerea toroanelor, conform cerințelor proprietarilor care și-au dat acordul pentru execuția ancorajelor în terenurile lor.

Monitorizarea construcției

Chiar şi prin utilizarea unor modele de calcul complexe, este destul de dificil de evaluat cu precizie comportamentul structurilor proiectate sau a celor existente în vecinătate ca urmare a execuției excavației adânci și a construcției noi. Incertitudinile provin încă din estimarea parametrilor geotehnici necesari calcului avansat și din limitările modelului de calcul și până în momentul execuției când apar situații neașteptate în teren sau când tehnologia de execuție necesită adaptări ale ipotezelor considerate la proiectare.

Execuția și proiectarea excavațiilor adânci în zone urbane se supun normativului românesc NP 120-06, care prevede o atenție particulară pentru minimizarea influenței execuției acestor lucrări asupra structurilor învecinate existente. Monitorizarea este de asemenea stipulată în Eurocodul 7, preluat în România ca standard SR EN 1997-1:2004.

S-au efectuat măsurători în 7 coloane inclinometrice montate în peretele mulat, în 3 tasometre instalate în terenul de fundare, precum și măsurători topografice a deplasărilor verticale ale peretelui mulat și ale construcțiilor aflate în vecinătate. Etapele de monitorizare au ținut cont de stadiile de execuție a excavației. Pentru interpretarea corespunzătoare a influenței excavației asupra construcțiilor din vecinătate, programul de monitorizare a mai cuprins cartarea și măsurarea evoluției fisurilor acestora, precum și măsurători ale nivelului apei subterane în exteriorul incintei de pereți îngropați.

Valorile maxime ale deplasării orizontale a pereților mulați se situează în jurul valorilor de 10 … 15 mm, mult mai reduse decât cele evaluate prin calcul de circa 30 … 35 mm.

Datorită executării inclinometrelor cu lungime mai mare decât a pereților mulați, s-a putut surprinde tendința de deplasare a bazei peretelui înspre interiorul incintei (cu circa 1-3 mm). În cazul în care se execută măsurătorile față de baza peretelui considerată fixă, deplasările măsuate pot avea alt ordin de mărime conducând la interpretări eronate. Se poate observa că deplasarea de la baza peretelui este mai mare decât cea estimată prin calcul lucru ce arată o rotire mult mai mică decât cea estimată.

Pe baza comparaţiei între valorile maxime privind umflarea bazei excavaţiei ale măsurătorilor în tasometre (circa 30…40 mm) şi estimările calculate (aproximativ 15 mm) se poate concluziona că rigiditatea terenului la decompresiune este exagerată ca valoare.

De asemenea, s-a urmărit variația nivelului apei subterane atât în cele trei puțuri piezometrice executate în exteriorul incintei, precum și în puțurile de epuizment din interior, după coborârea nivelului apei în incintă și s-a concluzionat că incinta proiectată a îndeplinit rolul de incintă „etanșă”.

Tasările măsurate pe clădirile vecine se încadrează între 0 și 5 mm și conduc la tasări diferențiate nesemnificative, care nu pun sub semnul întrebării integritatea clădirilor.

În cazul șoproanelor situate pe zona cu trafic greu s-au înregistrat cele mai mari valori ale tasărilor. Cea mai însemnată parte a acestor tasări nu se datorează lucrărilor de excavație, lucru justificat pe de o parte prin relativa uniformitate a evoluției tasărilor, dar mai ales prin faptul că cele mai mari tasări se înregistrează într-o zonă care nu se învecinează cu excavația.

Pentru protejarea acestuia, se preconizează ca pentru următoarea fază de excavație (pentru execuția celui de-al treilea corp), peretele de incintă se va sprijini prin două orizonturi de ancoraje pentru a limita deformațiile ce pot cauza avarieri la construcția învecinată.

Nu s-au constat evoluții nefavorabile ale tasărilor sau ale fisurilor din construcțiile monitorizate ceea ce confirmă comportarea corectă a sistemului de sprijinire a excavației.

Infrastructura

În faza studiu de fezabilitate s-au analizat mai multe variante pentru sistemul de fundare după cum urmează:

• Radier de 1,80m sub nuclee și pereții și 1,00m în rest și planșee post-tensionate de 22cm în suprastructură;
• Radier de 1,20m general + piloți cu diametrul de 1,20m sub nuclee și pereți și planșee de post-tensionate de 22cm în suprastructură;
• Radier de 1,20m general + piloți cu diametrul de 1,20m sub nuclee și pereți în sistem top-down și planșee post-tensionate de 22cm în suprastructură;
• Radier de 1,50m sub nuclee și pereții și 1,00m în rest și planșee din grinzi metalice și placă de beton armat în suprastructură;
• Radier de 1,30m sub nuclee și 1,00m în rest și planșee post-tensionate de 22cm în suprastructură în soluția de izolare a bazei.

Varianta finală s-a ales tinându-se cont simultan de aspectele financiare și tehnologice.

Alcătuirea fundaţiei construcţiei şi a legăturii acesteia cu suprastructura asigură condiţia ca întreaga clădire să fie supusă unei excitaţii seismice cât mai uniforme.

Infrastructura este alcătuită din întregul sistem de fundare împreună cu cele 3 niveluri subterane aferente clădirilor. Referitor la sistemul de fundare, soluția constă în realizarea unui radier general, executat în mod direct în stratul de nisip cu pietriș la cotele absolute 77.05m și 77,85m RMN, cote ce includ și straturile de egalizare de sub radier.

Având în vedere încărcările mari transmise de suprastructura clădirilor proiectate, zona de radier aferentă acestora a fost dimensionată la o grosime de 180cm, astfel încât să fie capabilă să preia în domeniul elastic de comportare atât încărcările gravitaționale cât și cele provenite din acțiunea seismică. Radierul aferent doar infrastructurii, a fost dimensionat la o grosime de 100cm, astfel încât să fie capabil să preia încărcările gravitaționale provenite din cele trei niveluri ale infrastructurii.

Structura de rezistență a infrastructurii a fost realizată prin continuarea sub cota parterului a elementelor principale din suprastructură. La proiectarea infrastructurii, forţele transmise de suprastructură sunt cele care corespund mecanismului structural de disipare de energie. Această soluţie de realizare a structurii de rezistenţă solicită elementele portante ale infrastructurii cu valori mari ale forţei axiale și de moment. Din acest motiv, precum și din necesitatea susținerii planșeelor aferente subsolurilor, în zonele ce nu au corespondent în suprastructură, au fost prevăzuți pereți și stâlpi din beton armat suplimentari astfel încât infrastructura, ca ansamblu, să se comporte ca o cutie rigidă și să rămână în domeniul elastic de comportare.

În primă instanță radierul a fost analizat în două ipoteze de încărcare: primul, după executarea infrastructurii celor două clădiri și a suprastructurii  clădirii A, și a doua, după realizarea suprastructurii clădirii B.

O situație particulară a acestui proiect este reprezentată de execuția în etape diferite suprastructurilor a două clădiri pe o infrastructură comună. Această etapizare generează stări de eforturi mari și greu controlabile, eforturi generate de tasările diferențiate ale terenului la limita dintre cele două corpuri.

Din acest motiv s-a optat spre realizarea unui rost atât la nivelul radierului cât și al celor trei planșee aferente infrastructurii, între axele I și J. Rostul va fi de tip articulație, acesta urmând să nu preia momentul încovoietor însă să fie capabil să preia forțele tăietoare generate de tasările diferențiate.

Soluția implică montarea în planul orizontal al radierului și al planșeelor a unor elemente speciale realizate din oțel inoxidabil de înaltă rezistență. La partea inferioară și superioară a elementelor orizontale vor fi montate benzi speciale cu rol de realizare a hidroizolației.

Acoperirea cu beton a armăturii este de 5 cm.

La dimensionarea infrastructurii au fost luați în considerație următorii coeficienți Winkler (coeficienții de rigiditate), determinați pe baza tasărilor calculate:

Coeficienți de rigiditate pe talpa radierului:

• în regim static – ks = 9000 kN/m3;
• în regim dinamic – ks = 27000 kN/m3.

Coeficienți de rigiditate axială ai peretelui de incintă:

• în regim static – K = 30 MN/m;
• în regim dinamic – K = 90 MN/m.

Pe suprafața laterală (verticală) a incintei de pereți mulați, coeficientul de pat în direcția orizontală, k_h se poate accepta cu o variație liniară cu adâncimea, având, la cota bazei radierului, valoarea maximă: k_h = k_s.

Grosimea planșeelor este de 30cm la nivelul subsolurilor 3 și 2, respectiv 35 cm și 40cm la nivelul subsolului 1. Pe conturul incintei, soluția de rezemare aleasă este directă pe peretele de contur de 30 cm grosime.

Planşeele de subsoluri au fost dimensionate şi conformate atât pentru transmiterea eforturilor din planul lor (efectul de  şaibă), provenite atât din sarcinile orizontale (seism, vânt, împingerea pământului asupra pereţilor de incintă din infrastructură, presiunea hidrostatică pe peretele de incintă) cât şi din sarcinile verticale. Acestea din urmă provin din:

1. componenta verticală a sarcinii seismice;
2. încărcări permanente datorate greutăţii proprii a structurii dar şi a straturilor de finisaj (trotuare locale, respectiv straturi alternante din pământ în zonele verzi şi din beton, şape, dale de piatră  şi tot ceea ce include zona pietonală din jurul clădirilor);
3. încărcări provenite din instalaţii;
4. încărcări locale din zonele de spaţii cu destinaţie tehnică, rezervoare, etc.;
5. încărcări utile în zonele de parcaje;
6. a fost considerată o sarcină excepţională datorate maşinii de pompieri, de 44 tone, distribuite pe 3 osii (fiecare purtând aproximativ 14,7 tone).

Toate aceste valori reprezintă încărcări în faza de exploatare.

Controlul fisurării  este o problemă importantă în special pentru plăcile de infrastructură. Controlul fisurării se poate face cu armătură suplimentară dar această metodă nu asigură pe deplin faptul că nu o să apară fisuri în plăcile de suprastructură, având în vedere că fenomenul de contracție este foarte complex și foarte dificil de controlat. Un factor decisiv în evoluția fenomenului de contracție este tipul de ciment utilizat. În acest moment, pe piața de ciment din Romania există doar cimenturi compozite cu un procent important de adaosuri. Acest procent important de adaosuri materiale conduce la utilizarea unei cantități mari de ciment în compoziția betonului și amplifică fenomenul de contracție. Din acest punct de vedere, considerăm că este necesar să stabilim rețetele de betoane împreună cu producătorii de betoane, pentru fiecare tip de element în parte.

O alternativă la controlul fisurării folosind armături suplimentare, propunem o limită mai relaxată privind dimensiunea deschiderii fisurilor. Deschiderea fisurilor pentru plăcile de infrastructură, din încărcări și din contracții se va limita la 0.3mm. Fisurile mai mari de 0.3mm se vor injecta iar la partea superioară a plăcilor de infrastructură se va aplica o hidroizolație și se va proteja cu o membrană elastică care să asigure etanșarea infrastructurii.

În ceea ce privește pregătirea fazei 2 a proiectului, mai specific suprastructura clădirii B, stâlpii s-au executat până la nivelul cotei zero în timp ce diafragmele de beton armat s-au turnat până la intradosul planșeului peste Parter. Pentru toate elementele verticale ce se continuă în suprastructură și au armătură cu diamentrul mai mare sau egal cu 25mm s-au lăsat mustăți prevăzute cu cuple mecanice pentru realizarea continuității acestora. Acestea s-au protejate prin mijloace specifice.

Suprastructură corp A

Pentru suprastructură au fost studiate, de asemenea, mai multe variante de structuri de rezistență în cadrul fazei studiu de fezabilitate. Mai jos sunt prezentate succint variantele analizate:

• pereți structurali cu grosimea de 60cm și stâlpi de 80x80cm din beton armat. Planșeul în suprastructură a fost analizat pentru aceasta variantă în 2 soluții diferite, și anume:

• • în sistem post-tensionat cu grosimea de 22cm;
  • fâșii cu grosimea de 30cm și legătura dintre fâșii cu planșeu de 18cm armat cu bare independente de armătură.
• structură metalică formata din stâlpi cruce de malta 2xHEM900, 2xHEB900, 2xHEA900 și contravântuiri pe 2 niveluri în formă de X, iar restul stâlpilor cruci de malta 2xHEM450, 2xHEB450, 2xHEA450. Planșeul este în sistem compozit alcătuit din grinzi principale IPE500 și secundare IPE400 cu o placă din beton armat turnată monolit cu grosimea de 15cm.
• Sistem dual pereți cu grosimea de 40cm și cadre din beton armat (stâlpi de 80x80cm și grinzi 40x65cm) cu planșeu monolit cu grosimea de 17cm.

În urma studierii variantelor prezentate din punct de vedere tehnologic și financiar s-a concluzionat că soluția optimă este i b).

Structura de rezistență a suprastructurii este alcătuită din pereți structurali din beton armat cu dimensiunile de 60 cm și din stâlpi din beton armat cu dimensiunile 80×80 cm.

Având în vedere faptul că peste 95% din forța seismică este preluată de sistemul de pereți, stâlpii au doar rol de a prelua sarcinile gravitaționale.

S-a avut în vedere satisfacerea unor condiţii care să confere acestor elemente o ductilitate suficientă, pentru ca structura în ansamblu să permită dezvoltarea unui mecanism structural de disipare a energiei favorabil. Principalele măsuri legate de dimensionarea şi armarea pereţilor structurali prin care se urmăreşte realizarea acestei cerinţe sunt următoarele:

• adoptarea unor valori ale eforturilor de dimensionare care să asigure, cu un grad mare de credibilitate, formarea unui mecanism structural de plastificare cât mai favorabil;

• moderarea eforturilor axiale de compresiune în elementele verticale şi, mai general, limitarea dezvoltării zonelor comprimate ale secţiunilor;

• moderarea eforturilor tangenţiale medii în beton în vederea eliminării riscului ruperii betonului la eforturi unitare principale de forfecare.

Prin calculul eforturilor de dimensionare pentru pereţii de beton armat a rezultat că zona de disipare a energiei seismice (zona A) este distribuită pe înălţimea parterului și a etajului 1. De la etajul 2 în sus, precum și în infrastructură, se păstrează o comportare în domeniul elastic de solicitare.

Dimensiunile pereților au rezultat mai puțin din condiția de limitare a deplasărilor relative de nivel și mai mult din forma partiului arhitectural și a formei atipice a clădirii. S-a avut în vedere angrenarea maselor modale în proporție de peste 60% în primele 2 forme proprii de vibrație pe cele două direcții ortogonale. Astfel, schema structurală propusă conferă structurii  o comportare dinamică bună, cu diferențe minime între centrul maselor și centrul de răsucire, deci cu efecte torsionale reduse.

Stâlpii în cadrul acestui sistem de elemente verticale au rolul de a susţine gravitaţional elementele orizontale. Forţele orizontale sunt preluate aproape integral de pereţi. La stâlpii astfel calculaţi este de aşteptat o comportare elastică realizându-se și un calcul şi o verificare în ipoteza acţiunii seismului. Dimensiunile geometrice ale stâlpului au rezultat în funcţie de nivelul de încărcare cu forţă axială atât din gruparea fundamentală cât şi din cea specială. Pentru dimensionarea stâlpilor s-a folosit curba de interacţiune N-M, ca şi în cazul pereţilor. Stâlpii au o încărcare moderată la forţă tăietoare, care este preluată în proporţie foarte mare de pereţi. Prin urmare, atât armătura verticală cât și cea orizontală a rezultat din condițiile minimale impuse de codurile în vigoare.

Pereții structurali s-au armat în principal cu armatură concentrată pe capetele acestora, sub formă de carcase armate cu bare de armătură cu diametrul maxim ajungând la Ø32mm S500,  iar numărul de rânduri de armătură în câmp și carcase va fi de maxim 4. Barele armăturilor din pereți au fost montate continuu, pe toată înălțimea subsolului 1 și a parterului.

Având în vedere diametrul mare al armăturilor din carcasele pereților, înălțimea zonei potențial plastice și condițiile impuse de cod în ceea ce privește lungimea de suprapunere a barelor de armătură, pentru realizarea continuității acestora, s-au folosit cuple mecanice (lucru valabil și la nivelul infrastructurii). Cuplele s-au folosit la următoarele diametre de bare: Ø25 și Ø32. La nivelul mustăților din radier, cuplele mecanice s-au folosit doar pentru barele de diametru Ø32.

Sistemul orizontal este format din fâșii cu grosimea de 30 cm în dreptul axelor principale. Planșeul de legătură a fâșiilor are grosimea de 18cm. Fâșiile au lățimea de 1,5 m pe conturul exterior al planșeului și, în general, de 3 m lățime în deschiderile centrale, acestea fiind turnate în soluție monolită.

Pentru clădirea A s-au utilizat beton de clasă C35/45. Armăturile folosite au fost confecționate din BST 500S clasa de ductilitate C și SPPB pentru armarea planșeelor de suprastructură. Îmbinările armăturilor elastice Ø32 și Ø25 din pereții din beton armat s-au realizat prin cuple mecanice iar restul armaturilor prin suprapunere.

Suprastructură corp B

Clădirea B are conformarea asemănătoarea cu cea a clădirii A. Diferența este făcută de cele prezentate mai jos:

• o particularitate a corpului B o reprezintă soluția de armare a grinzilor de cuplare din ax 7′. Având în vedere înălțimea mare a clădirii și forma atipică și fiind limitați de golurile de uși aferente lifturilor din nucleul central, pentru a menține grinzile de cuplare în domeniul elastic, s-a optat pentru realizarea acestora cu tole metalice cu grosimea maximă de 40mm și înălțimea de 2100mm pentru Parter, respectiv 1100mm la etajele superioare.

• Pe fațada nordică s-a dorit o consolă de aproximativ 4 m ceea ce a condus la completarea soluției generale de planșeu cu fâșii cu grinzi vutate cu dimensiunea de 60 lățime și înălțimea variabilă de la 75 la 40cm.

• Pe latura de sud s-a dorit eliminarea elementelor verticale de pe fațadă, astfel s-a impus apariția unor contrafișe metalice din țeavă rotundă TV406x20mm dezvoltate pe înălțimea parterului și etajului 1.

Calculul structurii de rezistenţă s-a efectuat atât sub sarcini gravitaţionale cât şi sub sarcini orizontale datorate acțiunii seimului și vântului.

Pentru clădirea prezentată, având în vedere rigiditatea mare, solicitarea care dimensionează la sarcini orizontale este seismul.

Programul de calcul utilizat pentru modelarea structurii de rezistență a fost ETABS, program de calcul dezvoltat de către CSI Berkeley S.U.A.

Dimensionarea elementelor de incintă s-a realizat cu ajutorul programului de calcul PLAXIS 2D.

Pentru acţiunea seismică s-a folosit alături de analiza bazată pe spectre de răspuns și analiza cu forțe statice echivalente, pentru a putea determina suprapunerea corectă a forțelor din pereții de beton armat.

Factorul de comportare considerat la dimensionarea structurii, conform P100-1-2006, are valoare q=4, aferent unei structuri cu elemente verticale tip diafragme.

Factorul de importanță al clădirii, γ1 = 1,2, corespunde clasei a II a – clădiri a căror rezistenţă seismică este importantă sub aspectul consecinţelor asociate cu prăbuşirea sau avarierea gravă :  clădiri de locuit şi publice având peste 400 persoane în aria totală expusă.

Greutatea suprastructurii clădirii A este de 264876 kN rezultând o forță tăietoare de bază de 43300 kN.

Conform analizei modale efectuată rezultă că primul mod de translaţie este cel transversal şi aportul masei este de aproximativ 67% cu o perioadă de 1.24s. Al doilea mod este translație în sens longitudinal și concentrează 68% din masa structurii şi o perioadă de 1.00s. Modul 3 de vibrație reprezintă torsiune, antrenează 68% din masa structurii și are perioada de 0.84s.

Din punct de vedere al rigidității laterale putem spune că avem de a face cu o structură rigidă, cu o deplasare relativă de nivel corespunzătoare stării limită de serviciu de maxim 4.92‰ pentru direcție longitudinală, respectiv 3.62‰ pentru direcția transversală. La starea limită ultimă valoarea maximă a deplasării relative de nivel este de 1.31%, respectiv 1.29%.

Rigiditatea ridicată a structurii s-ar traduce prin costuri reduse a soluțiilor de prindere a fațadei cortină.

1. Infrastructură

Consum kg armătură / mc beton în radier = 117 kg/mc

Consum kg armătură / mc beton în pereți = 162 kg/mc

Consum kg armătură / mc beton în planșeu S2 și S3 = 110 kg/mc

Consum kg armătură / mc beton în planșeu S1 = 119 kg/mc

Consum TOTAL kg armătură / mc beton = 124 kg/mc

Consum TOTAL mc beton / mp suprafață construită = 1,00 mc/mp

2. Suprastructură

Consum kg armătură / mc beton în pereți = 149 kg/mc

Consum kg armătură / mc beton în planșee = 125 kg/mc

Consum TOTAL kg armătură / mc beton = 149 kg/mc

Consum TOTAL mc beton / mp suprafață construită = 0,40 mc/mp

3. Infrastructură + Suprastructură

Consum TOTAL kg armătură / mc beton = 134 kg/mc

Consum TOTAL mc beton / mp suprafață construită = 0,61 mc/mp

Practica modernă de proiectare și execuție prevede necesitatea realizării încercărilor preliminare în teren și monitorizarea structurală atât în faza de execuție, cât și în faza de exploatare. Riscurile aferente acestor lucrări sunt reduse semnificativ prin monitorizarea atentă și corectă a structurilor proiectate și a construcțiilor învecinate, permițând să se intervină din timp în cazul în care se remarcă evoluții negative ale deplasărilor.

Pe baza rezultatelor testelor preliminare executate în teren – în cazul de față, testele pe ancorajele de teren – lucrarea poate fi redimensionată. Însă, deoarece parte din sistemul de susținere este deja executat în momentul realizării ancorajelor de probă, reproiectarea poate fi permisă cu anumite limitări. Deci, se poate recomanda ca acest lucru să fie luat în considerare din fazele inițiale de proiectare.

De obicei, rezultatele testelor sunt pozitive și eventualele corecții pot conduce la economisiri (lungimea zonei de ancorare, distanța dintre ancorajele de teren – dacă este posibil, cantități de materiale etc.). În cazul de față, fiind vorba de aproape 200 de ancoraje de teren, s-a redus cantitatea de ciment injectată cu până la 0,3 tone și, probabil, câte o zi de reinjectare pentru fiecare ancoraj de teren.

Încercările și măsurătorile pot face parte dintr-un studiu de specialitate prin care se poate optimiza modelul de calcul, se pot reduce costurile de execuție a construcției noi sau de intervenție sau reparație asupra clădirilor existente și chiar de îmbunătățire a prevederilor normelor de proiectare și execuție.

Modelul de lucru BIM este, fără doar și poate, un sistem ce va avea din ce în ce mai multă căutare și va fi impus în primul rând de către investitorii străini. Acest sistem reduce costurile de proiectare și elimină erorile care în trecut se descopereau abia în faza de execuție. Programele care oferă facilitatea BIM sunt într-o continuă dezvoltare și adaptare la cerințele proiectanților și executanților ușurându-le colaborarea. Sunt premize ca într-un viitor nu foarte depărtat planșele printate să fie o amintire, fiind înlocuite de cele digitale care vor conține mult mai multe informații.

Principiul „Safety by Design” identifică și reduce riscurile prin implementarea de soluții adecvate încă din stadiul de proiectare.

De asemenea se urmărește găsirea de soluții tehnice pentru ușurarea și rapiditatea execuției, cum ar fi pereți de compartimentare transformați din zidărie în beton slab armat, luându-se măsuri astfel încât să nu aibă un efect defavorabil asupra comportării structurii clădirii.

Dispozitivele mecanice de cuplare a armăturilor ușurează execuția și scade riscul manipulării armăturilor cu dimensiuni mari, mai mult elimină îmbinarea prin sudură pentru armături cu diametre mai mari de 25mm.

Dezvoltatorul Skanska a venit cu principii moderne și inovative pentru piața românească, ceea ce a reprezentat o provocare atât în procesul de proiectare dar și în execuție și în urmărirea din partea proiectantului a execuției. Iar acest lucru nu poate să fie decât benefic pentru dezvoltarea profesională și etică atât a companiilor de proiectare cat și a celor de execuție  care au participat la îndeplinirea obiectivului propus.

NP 114-04: Normativ privind proiectarea şi execuţia excavaţiilor ancorajelor de teren.

NP 120-06: Normativ privind cerinţele de proiectare şi de execuţie a excavaţiilor adânci în zone urbane.

NP 124:2010: Normativ privind proiectarea geotehnică a lucrărilor de susținere.

SR EN 1537:2002: Execuția lucrărilor geotehnice speciale. Ancoraje în teren.

Draft EN ISO 22477-5 (2009). Geotechnical investigation and testing – Testing of geotechnical structures – Part 5: Testing of anchorages.

SR EN 1997-1: 2004: Eurocod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 1: Reguli generale.

A. Ene, D. Marcu, H. Popa, (2013) Monitorizarea unei excavații adânci din București susținută prin pereți îngropați ancorați. Revista Română de Geotehnică și Fundații – Nr. 2/2013.

A. Ene, D. Marcu, H. Popa, (2014) Monitoring of a deep excavation from Bucharest sustained by anchored diaphragm walls. Manuscris predat pentru publicare.

A. Ene, D. Marcu, H. Popa, (2014) Testing of ground anchorages for a deep excavation retaining system in Bucharest. Manuscris predat pentru publicare.

C. Merrifield, O. Moller, B. Simpson, E. Farrell, (2013) European practice in ground anchor design related to the framework of EC7.

P100/1-2006: Cod de proiectare seismică – Partea I – Prevederi de proiectare pentru clădiri.

SR EN 1992-1-1/2006 Proiectarea structurilor de beton – Reguli generale şi reguli pentru clădiri.

CR2-1-1.1/2004: Cod de proiectare a construcţiilor cu pereţi structurali de beton armat.

SR EN 1990:2004 Bazele proiectării structurilor.

SR EN 1991-1-1-2004 Acţiuni asupra construcţiilor: Acţiuni generale – Greutăţi specifice, greutăţi proprii, încărcări utile pentru clădiri.