Siguranta constructiilor presupune o cunoastere.
Proiectarea constructiilor se facea din vremuri memoriabile in mod empiric pe baza experientelor transmise din generatie in generatie. Fazele mecanicii constructiilor au fost puse in opera de Gallileo Gallilei. Hooke ,Bernoullii ,Coulomb.
Apogeul acestor gandiri mecanice a fost atins la constructia bisericilor in stil gotic care a folosit materialul conform proprietatiilor lui, adica la compresiune.
Primas bolta a fost executata in anul 380 IHr. la stadionul Nemeea in Grecia.
Acest arc (bolta) transforma fortele de compresiune pe intreaga sectiune pe intreaga sectiune a elementului.
Revolutia industriala a impus construirea unor poduri , tunele ,hale ,industriale care nu mai puteau fi proiectate empiric(hangarul de avion). La inceputul secolului 19 ca urmare a rapidelor dezvoltari a teoriei matematice a elasticitatii, Navier introduce calculul constructiilor ca sisteme elastice , omogene si izotrope pe baza rezistentelor admisibile .
Calculul cu metoda capacitatii portante adica stadiul la rupere in formularea ei simplista din acea perioada si cu cea a rezistentelor admisibile (stadiul de serviciu) sunt intrebuintate mult timp concomitent pentru ca la sfarsitul sec.19 si in primele decenii ale sec.20 metoda rezistententei admisibile sa devina metoda universala de calcul.
Spre sfarsitul secolului trecut ca urmare a dezvoltarii teoriei matematice a plasticitatii si cunoasterea mai bine a materialelor de constructie se trece la proiectarea constructiilor pe baza metodelor de calcul la rupere. Prin utilizarea celor 2 metode dezvoltarea cunostintelor teoretice si experimentale.
Acumularea unui volum mare privind actiunea incarcarilor si deformatii impuse si proprietatiile fizico mecanice a materialelor au dus ca o sinteza la elaborarea metodei de calcul la stari limita . Acesta face posibila analiza comportarii elementelor de constructie si a structuriilor atat in stadiul elastic sau vascoelastic de servici ( stari limita a exploatarii) cat si in stadiul plastic de rupere echivaleaza cu stari limita de rupere sau a capacitatii portante.
Ø STAREA LIMITA ULTIMA este atunci cand elementul de constructie s-a rupt.Elementele cele mai importante in evolutia metodelor de calcul a constructiilor il constituire filozofia conceptului de siguranta.
Primele metode de calcul (rezistentele admisibile si la rupere ) sunt metode deterministe adica parametrii de baza ce intervin in calcul adica actiuni si solicitari pe care le produc , rezist. si alte proprietati ale materialelor , marimile geometrice sunt considerate nealeatorii si cu valori certe.
Metoda la stari limita admite in schimb conceptul de siguranta probabilist plecand de la constatarea ca modelul de calcul probabilist se apropie cel mai mult de comportarea reala a structurii. Ideea folosirii probabilisticii si a metodei statisticii matematice in studiul sigurantei constructiilor preluata de la constructiile de avioane, a fost dezvoltata incepand cu deceniul al 5 lea al secoloului trecut .
S-a luat in considerare caracteristicile aleatorii ale materialelor de constructii , variabilitatea in cea mai mare parte statistica a actiunilor.
Actiunile sunt caracterizate prin deformatii si a solicitarilor ce rezulta in urma actiunilor si alti factori ca variabilitatea.
O analiza probabilistica completa a unei structuri a necesitat cunoasterea legilor statistice de distributie a incarcariilor permanente a incarcarilor temporare si a deformatiilor impuse .
Legiile de distributie a solicitarilor produse de aceste actiuni cum si cunoasterea variabilitatii proprietatiilor fizico-mecanice ale materialelor.
Metoda starilor limita realizeaza o siguranta permanenta si omogena pentru intreaga structura sau pentru o parte a ei care prezinta 2 TRASATURI ESENTIALE:
ü Deformarea si consolidarea sistematica a diferitelor stari limita
ü Conceptia semiprobabilista de asiguarea constructiilor
Avem posibilitatea de a calcula un coeficient de siguranta acceptabil.
Determinarea eforturilor unitare a deformatiilor in elementele de constructii atunci cand se cunosc incarcari si proprietati mecanice ale materialelor din care sunt alcatuite nu sunt suficiente pentru proiectarea unei constructii. In proiectare se urmareste in general sa se realizeze o constructie care sa indeplineasca urmatoarele calitati:
1) Sa fie rezistenta si stabila
2) Sa indeplineasca functia pentru care a fost destinata
3) Sa fie economica atat la construire cat si la exploatare
4) Sa fie corelata cu timpul de exploatare
5) Sa corespunda unor noi situatii mai mult sau mai putin cunoscute sau probabile
1) Sa fie rezistenta si stabila
Pentru aceasta inginerul trebuie in primul rand sa stabileasaca in ce mod constructia poate fi descompusa in elemente simple carora sa li se poata aplica metodele de calcul de care dispun la ora respectiva (statica ,rm, mecanica constructiilor).
Sa traga concluzii asupra modului ei de comportare in ansamblu .
In al 2 lea rand ing. trebuie sa evalueze sarcinile exterioare, sa stabileasca modul lor de actionare , si in acelasi timp sa aprecieze daca materialele utilizate corespund din punct de vedere al proprietatiilor mecanice luate in calcul.
2) Sa indeplineasca functia pentru care a fost destinata
3)Sa fie economica atat la construire cat si la exploatare
Problema realizarii de constructii economice este una dintre cele mai complexe probleme din stiinta constructiilor
Aceste aspecte sunt:
a) conceptia tehnica ( la o constructie trebuie sa se tina seama ca ea se comporta ca un sistem spatial si ca un mecanism) . Consolidarea stalpilor si placilor sau chiar a sistemelor de cadre este artificiala si se face numai pentru simplificare.
Exemplu: elementele de constructie calculate separat care indeplineau cond de rezistenta au cedat supuse in ansamblu la solicitari mult mai mici decat calculate, este cazul elementelor de rigidizare a grinzilor principale ale unui pod.
In alte cazuri dimpotriva conlucrarea spatiilor ofera ansamblului o rigidizare de care in mod curent nu se tine seama . In acest caz am lua in considerare aceasta rezerva am realiza economii importante .Cazul de umplutura la plansee si la retele de cadru.
b) evaluarea incarcarilor (desi in instructiuni , regulament , cod de practica, standard se fixeaza incarcaturi care trebuie folosite in calcul inginerul trebuie sa stie sa aleaga si sa le aplice cu discernamant).
Incarcarea cu modul de comportare a pamantului din fundatii in timp poate aduce redistribuiriin eforturi dintr un sistem de cadru.
In alte cazuri poate fi neglijat acest mod de redistribuire , rolul inginerului este de aprecia just numai actiunea fortelor ca marime dar si valorile lor in timp.In acest mod el poate proiecta constructii rationale si economice.
Exagerand importanta incarcarilor constructiilor , ele devin mult mai scumpe si de multe ori prohibitive.
c) problema materialelor (in multe constructii problema materialelor intervine atat prin natura lor cat mai ales a greutatii proprii) . O constructie este cu atat mai economica cu cat greutatea ei proprie este redusa . Aceasta se poate realiza folosind materiale cu greutate specifica cat mai reduse cat si rezistenta mecanica mare.
Aluminiu ( 2.7 tone /m3)
Otel (7.85 tone /m3)
d) probleme tehnologice ( prin aplicarea unor tehnologi speciale se pot aduce economi deosebit de importante) EX: subtraversare de cale ferata
Problema ce se pune este urmatoarea :
Care sunt conditiile in care trebuie proiectata, executata si exploatata o constructie pentru ca sa fie sigura si economica .Exista o dualitate chiar antagonista intre siguranta si economicitate. Economicitatea este legata diract de utilitate si de cost.
4) timpul de exploatare ( este un alt factor de care trebuie sa tina seama inginerul constr. La proiectarea , executia , exploatarea si demolarea unei constructii in siguarnta)
5) aparitia unor altor conditii decat conditii decat conditiile initiale. ( nivelul de siguarnta la cre se poate tinde sau care poate fi atins intr o regiune anumita este afectat de organizarea social- politica de nivelul cunostintelor tehnice de posibilitatiile de cercetare , de organizarea constructiilor calitativa .
-de materiale disponibile
-de indemanarea celor care executa constructia
In cursul nostru vom considera deontologia ing. aplicata intocmai si vom ataca problema ca pe o problema stiintifica
Consideram ca cei care iau parte la proiectarea si realizarea unei constructii sunt competenti si cinstiti.
5 factori de baza influenteaza proiectarea structurala si de siguranta a tuturor structurilor construite 1) proprietatiile materialelor
2) teoriile structurale
3) tehnicile de calcul
4) mijloacele de comunicare
5) factorii economici
La acesti factori de baza se adauga o categorie de factori ce se tin de conceptia generala a constructiei.
6) factorii legati de proiectarea generala , executia si exploatarea constructiei si influente deosebite cum ar fi : - exploziile
-terorismul
Numai cunoscand proprietatiile plastice ale materialelor putem folosi intreaga capacitate de rezistenta a elementului de constructie. Cunoasterea fenomenului care are loc in cazul elementelor supuse la solicitati variabile ne permite conceperea formei si dimensionarea rationala a acestor elemente adica proiectarea lor.
Cunoasterea unor fenomene care se produce in timp ,curgerea lenta ,relaxarea , epuizajul, deformatii elastice intarziate. Histerezisul elastic ne obliga sa tinem cont in proiectare numai de proprietatiile materialelor in momentul cand construim si cand dam in folosinta constr. si de modul cum aceste proprietati evolueaza in timp.
Cunoasterea modului de aplicare a actiuniilor adica static , dinamic, soc aleator etc , ne permite o proiectare corecta in situatii limita aparute in viata unei constructii.
Din punct de vedere al comportarii al materialelor in stadiul de rupere deosebim 2 categorii de materiale:
a) casante sau fragile la care ruperea are loc in urma unor deformatii foarte mici , in aceasta categorie intra otelurile dure , fontele , pietrele naturale ,sticla etc.
b) plastice la care ruperea se produce dupa ce a avut loc in prealabil deformatii permanente foarte mari , in aceasta categorie intra otelul moale, aliajele neferoase si masele plastice.
