Diafragmă (inginerie)

Mașină pentru excavarea diafragmelor cu clapetă

O diafragmă este o structură prefabricată sau turnată in situ care este utilizată pentru susținerea săpăturilor artificiale cu caracter temporar sau permanent, prevenind alunecarea solului în interiorul săpăturii.
Uneori, diafragma singură nu este capabilă să reziste la forța solului și este necesar să introduceți tije de legătură în interiorul acesteia: aceste lucrări se numesc pereți etanși .

O diafragmă este realizată cu mașini speciale echipate cu fălci sau freze care, coborâte în pământ prin borduri de ghidare, sapă o secțiune verticală: pentru a evita prăbușirea materialului de perete care nu are suport, excavarea se efectuează cu noroi bentonitic . Odată ce excavarea a fost efectuată, diafragma prefabricată este plasată în scaun; dacă, pe de altă parte, produsul este turnat la fața locului, acesta este realizat din beton armat (armătura este de obicei formată dintr-o cușcă de oțel) sau cu un compus numit „plastic”, format din bentonită și beton .

Găleată ghidată pentru diafragme

Proiectarea unei diafragme

O diafragmă condusă în sol este simultan supusă unor împingeri instabile (împingeri active exercitate în amonte de perete) și împingeri stabilizatoare (împingeri pasive exercitate pe partea din aval de solul de sub fundul săpăturii). Proiectarea unei diafragme este, prin urmare, legată de evaluările geotehnice și constă în verificarea condițiilor de echilibru între împingeri active și pasive, eventual folosind contraste, tiranți, suporturi de diferite tipuri pentru a ajuta la împingerea stabilizatoare. Una dintre problemele esențiale este calcularea adâncimii de inserție a diafragmei în consolă în sol, pentru a nu necesita suporturi suplimentare.

Proiectarea este legată de tehnologia diafragmei care urmează să fie creată, deoarece capacitatea statică a elementului structural depinde de tipul său de construcție (diafragme din conglomerat de beton, grămezi de tablă, micropile etc.), în timp ce starea de tensiune s-a dezvoltat de-a lungul pereților etanși depinde, printre altele, de rugozitatea interfeței sol-pereți.

Diafragmele pot fi în consolă (în consolă în pământ), cu una sau mai multe ordine de tiranți. Soluțiile de construcție mai puțin complexe, în absența apei subterane și a supraîncărcărilor semnificative, pot fi studiate prin intermediul abacurilor sau prin exploatarea formulărilor închise mai mult sau mai puțin simplificate.

Diafragmă în consolă sau autostabilă

În cazul cel mai imediat al unei diafragme pur și simplu introduse în sol (numită diafragmă în consolă ), mecanismul de rupere este reprezentat de rotația diafragmei în jurul unui punct O situat la adâncimea d de la baza excavării.

Proiectarea se realizează prin evaluarea forțelor solului pe diafragmă. Definind h diferența de înălțime între nivelul solului și fundul excavării (și, prin urmare, înălțimea diafragmei deasupra solului), d adâncimea în raport cu podeaua de excavare a centrului de rotație O și d ' înălțimea diafragmei sub centrul de rotație, împingerile solului pe peretele pot fi rezumate după cum urmează:

în zona de sub excavare:
- împingere pasivă pentru o adâncime d de la fundul săpăturii până la centrul de rotație O ( $P_{p}$ ${\ displaystyle P_ {p}}$ ${\ displaystyle P_ {p}}$ contribuție stabilizatoare);
- forța activă pentru o adâncime d ' de la centrul de rotație O până la partea inferioară a diafragmei ( $P_{a}'$ ${\ displaystyle P_ {a} '}$ ${\ displaystyle P_ {a} '}$ contribuție instabilă);

în zona de sub nivelul solului:
- împingere activă pentru o adâncime h + d de la nivelul solului până la centrul de rotație O ( $P_{a}$ ${\ displaystyle P_ {a}}$ $P_ {a}$ contribuție instabilă);
- împingere pasivă pentru o adâncime d ' de la centrul de rotație O până la capătul inferior al diafragmei ( $P_{p}'$ ${\ displaystyle P_ {p} '}$ ${\ displaystyle P_ {p} '}$ contribuție stabilizatoare).

În special, în timpul fazei de proiectare, avem tendința să luăm în considerare contribuțiile care decurg din partea terenului sub centrul de rotație O ( $P_{a}'$ ${\ displaystyle P_ {a} '}$ ${\ displaystyle P_ {a} '}$ Și $P_{p}'$ ${\ displaystyle P_ {p} '}$ ${\ displaystyle P_ {p} '}$ ) așa cum s-a aplicat exact în acel punct, neglijând momentul mecanic pe care R-ul rezultat al celor două împingeri l-ar oferi structurii. Cu toate acestea, această ipoteză este din motive de siguranță, deoarece această contribuție ar tinde să încetinească rotația pereților etanși.

În acest moment, adâncimea d este evaluată prin impunerea echilibrului pe rotația diafragmei în jurul punctului O. De fapt, după ce am asumat forța R aplicată exact în acel moment, vom avea:

$P_{p}\cdot {\frac {d}{3}}-P_{a}{\frac {h+d}{3}}=0\Rightarrow d={\frac {P_{a}}{P_{p}-P_{a}}}\cdot h$ ${\ displaystyle P_ {p} \ cdot {\ frac {d} {3}} - P_ {a} {\ frac {h + d} {3}} = 0 \ Rightarrow d = {\ frac {P_ {a} } {P_ {p} -P_ {a}}} \ cdot h}$ ${\ displaystyle P_ {p} \ cdot {\ frac {d} {3}} - P_ {a} {\ frac {h + d} {3}} = 0 \ Rightarrow d = {\ frac {P_ {a} } {P_ {p} -P_ {a}}} \ cdot h}$

Având în vedere că structura trebuie, de asemenea, să fie echilibrată în sensul translației orizontale, stabilind condiția de echilibru

$P_{a}+R-P_{p}=0$ ${\ displaystyle P_ {a} + R-P_ {p} = 0}$ ${\ displaystyle P_ {a} + R-P_ {p} = 0}$

va fi posibil să se calculeze forța R de la care va fi posibilă obținerea inserării ulterioare a diafragmei d ' (amintindu-ne că a fost rezultanta împingerilor solului sub centrul de rotație). Adâncimea la care va trebui fixată diafragma va fi exact $d+d'$ ${\ displaystyle d + d '}$ ${\ displaystyle d + d '}$ . În orice caz, ca primă aproximare, valoarea inserării ulterioare a diafragmei poate fi estimată ca fiind egală cu 20% din lungimea d .

Pentru a ține seama de incertitudinea calculării parametrilor de rezistență a solului, este obișnuit să se aplice un factor de siguranță la tracțiunea pasivă, a cărui valoare se bazează în totalitate pentru stabilitatea structurii.

Diafragmă constrânsă

În multe situații, realizarea unei diafragme în consolă este neeconomică sau nedurabilă din punct de vedere tehnic, deoarece activarea mecanismelor necesare de tracțiune activă și pasivă implică deplasări orizontale ale vârfului peretelui cu o cantitate inacceptabilă. În astfel de cazuri se introduc unul sau mai multe contraste, constând adesea din tiranți , în urma progresului săpăturilor. Totuși, în cele mai simple cazuri de diafragme cu o singură ancorare sau contraste cu o singură ordine de tiranți, designul diferă în funcție de constrângerea care este creată de fapt la baza diafragmei.

Suport pământ gratuit

Dacă o constrângere dată de forța pasivă simplă dezvoltată sub fundul săpăturii este presupusă la capătul inferior, structura în ansamblu va fi hiperstatică , dar cu operații simple va fi posibil să se găsească adâncimea minimă de inserare a diafragmei. Funcționează impunând echilibrul rotației în jurul punctului de aplicare a reacției F garantat de tirant. Această reacție constrângătoare, similară cu o tracțiune, este calculată coerent prin impunerea echilibrului pe translația orizontală. Dacă se utilizează tiranți, acestea trebuie să fie pasive, altfel modelul de calcul nu mai este valabil în sens strict.

În favoarea siguranței, se va lua în considerare incertitudinea la determinarea rezistenței solului cu coeficienți de siguranță corespunzători: un factor de reducere de cel puțin 1,5 este de obicei adoptat pentru împingeri pasive, în timp ce pentru dimensionarea coeficienților tijei egal cu 1,5 - 2.5. Acest lucru poate fi considerat valabil pentru lucrările temporare, care nu durează mai mult de doi ani. Reglementările geotehnice recente impun adoptarea coeficienților parțiali pentru lucrările neprovizionare, atât în creșterea acțiunilor asupra pereților etanși, cât și în scăderea parametrizării geotehnice, precum și, eventual, reducerea rezistențelor de calcul.

Suport fix de pământ

Dacă capătul inferior al diafragmei este adâncit în pământ pentru a contrasta în mod ideal toate gradele posibile de libertate, inclusiv rotația, o constrângere interconectată poate fi introdusă la toate efectele. În acest caz, structura va fi extrem de hiperstatică , astfel încât în teorie nu se pot ignora considerațiile care iau în considerare congruența deformațiilor . Cu toate acestea, impunând a priori existența unui punct C al diafragmei care are moment zero, o balama este luată în considerare în acea secțiune, făcând astfel structura izostatică. Există diverse formulări mai mult sau mai puțin empirice ale acestei probleme, acceptabile numai în ipoteza absenței apei subterane, a solului omogen, a absenței supraîncărcărilor în amonte și a irelevanței deplasărilor din partea superioară a pereților etanși. Teoria lui Blumm, de exemplu, presupune că acest punct de articulație este la o înălțime variabilă, în funcție de unghiul de frecare intern, deasupra sau sub linia de fund a excavării. În realitate, dezvoltarea unei balamale deasupra podelei de excavare are loc numai în solurile granulare foarte compacte sau cimentate. Mai des balama din sol este considerată la o anumită adâncime, în ordinea a 10% din înălțimea deasupra solului diafragmei, sub fundul săpăturii.

Această metodă de rezolvare a acestei probleme se numește metoda fasciculului echivalent.De asemenea, în dezvoltarea proiectului acestui model, sunt introduși factori de siguranță corespunzători sau coeficienți parțiali în conformitate cu tipul de verificare în curs (la echilibrul limită sau la stările limită).

Bibliografie

Renato Lancellotta, Criterii pentru dimensionarea și verificarea diafragmelor , în Geotehnică , ediția a III-a, Bologna, Zanichelli, iulie 2004, p. 375.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikționarul conține dicționarul lema « diafragmă »
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe diafragmă

Controlul autorității	GND ( DE ) 4179751-6

Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie