Come viene calcolata la vita di progetto di una struttura in cemento armato?


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Le specifiche per i grandi progetti strutturali richiedono in genere che la struttura abbia una vita progettuale specifica. Questo può essere di 50 anni, 100 anni, ecc.

Accogliere la vita progettuale dell'acciaio può essere semplice come aggiungere ulteriore spessore per tenere conto della corrosione prevista in questo periodo di tempo. Questo calcolo prenderebbe in considerazione anche eventuali variazioni basate su rivestimenti o tipo di acciaio.

La storia ha dimostrato che le strutture in cemento armato non rinforzate possono durare centinaia di anni . I romani ne hanno alcuni esempi come il Pantheon .

Il problema con il cemento armato è che alla fine il rinforzo si corroderà , si espanderà in dimensioni e causerà la rottura del calcestruzzo. Possono esserci anche problemi con gli aggregati utilizzati.

Come può un progettista calcolare e, per contratto, garantire la vita di una struttura in cemento armato?


Dopo la maggior parte degli edifici di oggi sono previsti 60 anni.
Peter - Ripristina Monica il

Questa domanda sembra essere il modo sbagliato per me. Non progettare una struttura e quindi calcolare la sua vita progettuale; si determina quale vita progettuale è richiesta e quindi si progetta per soddisfarlo. Forse la domanda dovrebbe essere "Quali aspetti del design di una struttura in cemento sono influenzati dalla sua vita progettuale?". Inoltre, non ho mai sentito parlare di un designer che garantisce contrattualmente la vita di una struttura.
AndyT,

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@AndyT Hai ragione nel progettare una struttura per soddisfare una vita progettuale. Forse la domanda potrebbe essere posta in un modo leggermente diverso, ma il risultato finale è lo stesso. Come è possibile garantire un'esigenza di vita progettuale. E sì, l'ho visto nei contratti.
hazzey

La durata del progetto influisce sui carichi di progettazione basati statisticamente. ad es. il carico del vento dipende dalla vita di progetto, poiché più lunga è la vita prevista della struttura, maggiore è la probabilità di vedere venti più forti. Ma non è garantito che il vento di progettazione non venga superato durante la vita di progettazione: è un'aspettativa statistica, non un dato di fatto. Un ingegnere quindi non può garantire che la struttura sopravviverà per la sua vita prevista. (Questo potrebbe far parte di una risposta a "Quali aspetti sono influenzati dalla vita del design?", Ma non "Come si può garantire la vita?")
AndyT

@hazzey Che bella (e complessa!) domanda. Ho pensato che potresti essere interessato ad alcuni studi di ricerca in corso per lo sviluppo di criteri di progettazione di ponti per 100 anni di durata . È stato nella mia lista di lettura per un po '- mi hai finalmente dato la motivazione per scavare!
CableStay,

Risposte:


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La vita progettuale può essere una delle due cose diverse e non sono intercambiabili.

Un riferimento a "100 anni di vita progettuale" potrebbe significare che è progettato per un caso di carico "1 su 100 anni" (carico del vento, ondata di marea o altro). Si tratta solo di un mezzo per quantificare l'entità del caricamento. In realtà non ha nulla a che fare con la durabilità della struttura, si tratta della forza della struttura.

La domanda si pone su una questione diversa: la durabilità e in particolare la durabilità del cemento armato. Viene quantificato normalmente facendo riferimento all'esperienza passata in un particolare ambiente che ti dice quale potrebbe essere il meccanismo di deterioramento critico e quindi facendo riferimento a una soluzione standard o un calcolo della durata di vita di quel meccanismo. I calcoli sono normalmente in una certa misura empirici.

Per una struttura "standard", con una condizione di esposizione "normale", caratteristiche di calcestruzzo "normali" e requisiti di vita di progetto "normali", ci saranno soluzioni standard nel codice di progettazione pertinente, che probabilmente definisce semplicemente la quantità di copertura che sarà soddisfare la vita del design. Ciò che costituisce "normale" dipenderà dalla giurisdizione del codice di progettazione: diverse miscele di cemento sono disponibili in diverse parti del mondo e ciò che è "normale" per un codice di progettazione nazionale in un paese interamente temperato non lo sarà " normale "nei tropici o nelle regioni polari.

Ad esempio, in una struttura nella splash zone nella penisola arabica, l'attacco di gelo non sarà un problema, ma lo sarà un attacco fisico di sale (o agenti atmosferici del sale). L'attacco di gelo è dove il congelamento dell'acqua nei pori e nelle crepe si espande e rompe il calcestruzzo. L'erosione del sale è dove l'acqua salata viene catturata ed evapora a una velocità tale che i cristalli di sale crescono all'interno dei pori e rompono il calcestruzzo.

Se un progettista si discosta da ciò che le sue regole di progettazione locali considerano "normale", o se l'ambiente è particolarmente aggressivo, o i requisiti di durabilità sono insolitamente onerosi, sarà richiesto un calcolo specifico.

Il fallimento più comune del cemento armato è che i rinforzi metallici iniziano a corrodersi. L'acciaio nel calcestruzzo non si corrode perché il calcestruzzo ha un pH molto elevato e l'acciaio in un ambiente a pH elevato è "passivato" e non si corrode. Tuttavia, lentamente nel tempo l'anidride carbonica presente nell'atmosfera si diffonde nel calcestruzzo e lo neutralizza. Se conosci le caratteristiche del tuo concreto, puoi prevedere quanto velocemente accade (facendo riferimento all'esperienza empirica).

Ciò che normalmente innesca la corrosione (almeno in ambienti marini o salati, ad esempio sale stradale), tuttavia, è l'attacco di cloruro, in cui gli ioni cloruro si diffondono dalla superficie. Quando la concentrazione degli ioni cloruro sulla superficie della barra raggiunge un valore critico, la corrosione prenderà presto piede. È possibile calcolarlo, se si assume una concentrazione di cloruro in superficie (dai dati empirici) e si conoscono le caratteristiche del calcestruzzo (o dati empirici o testando la velocità con cui gli ioni cloruro si diffondono attraverso di esso, ma attenzione come il calcestruzzo età, le sue caratteristiche cambiano e bisogna tenerlo presente) e conoscere la soglia critica (dai dati empirici).

C'è un pratico programma gratuito che fa questo calcolo per te chiamato Life-365 , ed esce da un comitato dell'American Concrete Institute. Fa il calcolo della diffusione del cloruro per te, disegna grafici e cose del genere, e se sei negli Stati Uniti ha persino i dati empirici di cui hai bisogno, quindi non devi cercare quali sono le condizioni locali. (Uso il programma, ma non sono associato ad esso altrimenti). Il manuale del programma ha una discussione più dettagliata della scienza dietro di esso, ma la cosa migliore è che puoi semplicemente giocarci e vedere quale effetto cambia qualcosa sulla vita.

Se esegui il calc e non ottieni abbastanza vita, allora puoi approfondire il rinforzo (quindi ci vuole più tempo per diffondere il cloruro ad esso), o rendere il cemento più resistente al cloro che si diffonde attraverso di esso, oppure usi una barra che ha bisogno di un valore soglia più alto di cloruro (inossidabile, per esempio), oppure tratti la barra o il calcestruzzo in superficie o metti sistemi galvanici o elettrochimici, inibitori di corrosione o qualcos'altro. Molte di queste cose tornano ai dati empirici: l'hanno testato e hanno dati di test che mostrano che impedirà la corrosione per n anni se si inserisce x quantità di qualsiasi cosa.


Hai ragione, la domanda riguarda la durabilità a lungo termine e non caricare i periodi di occorrenza.
Hzzey

Interessante! Sono in grado di comprendere la teoria secondo cui è possibile calcolare la durabilità teorica in base al tipo di calcestruzzo, alla profondità del rinforzo e alle condizioni locali. Ma in termini di design reale, mi aspetterei sempre che sia il contrario. Si inizia con "Ho bisogno di x anni di vita progettuale" e quindi i codici / standard indicano quale profondità di rinforzo e miscela di calcestruzzo sono accettabili.
AndyT

Sì, ma è lo stesso in quasi tutto il design: indovina / conosci / intuisci la risposta, quindi verifica che soddisfi i requisiti. Ad esempio, quale profondità trave di cemento utilizzare? Non esiste un'equazione che ti dice ciò di cui hai bisogno, fai un presupposto e lo controlli. Per durabilità, i codici forniscono alcune indicazioni (lungo le linee che suggerisci) ma se è davvero importante o è un ambiente insolitamente aggressivo, fai un calcolo come quello fatto da life-365.
Achrn,

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Non posso rispondere a questa domanda in termini di struttura dell'edificio; tuttavia, posso per una pavimentazione in cemento armato, che potrebbe essere ancora un po 'interessante per te.

In linea con le altre risposte, viene ideato un progetto di pavimentazione di prova, che viene quindi valutato rispetto alla vita del progetto. Il carico in partenza sul marciapiede è espresso in termini di ripetizione di un assale standard durante la vita di progetto. Ad esempio, una pavimentazione potrebbe essere progettata per resistere a ripetizioni di assi standard 1x10 5 per una durata di progettazione di 40 anni. Questo si chiama Design Repetitions.

Viene selezionata una pavimentazione di prova, quindi viene eseguita un'analisi della fatica che determina le ripetizioni consentite della pavimentazione . Le ripetizioni del progetto vengono quindi divise per le ripetizioni consentite e se questo valore, definito come fattore di danno cumulativo (CDF), è <1.0, la pavimentazione sopravvivrà alla vita del progetto.

Quindi, CDF = n / N dove n = Ripetizioni design, N = Ripetizioni consentite. Si noti che è possibile eseguire un calcolo indietro per determinare la durata del progetto se si conoscessero gli altri termini.


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Air
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