Protectia Cladirilor cu Statut de Patrimoniu Prin Metode Moderne de Interventie

Protecția clădirilor

cu statut de patrimoniu prin

metode moderne de intervenție

TEZĂ DE DOCTORAT –

Contents

1 Introducere

1.1 Noțiuni introductive

1.1.1 Conținutul tezei:

2 Degradarea elementelor de zidărie ca efect al factorilor de mediu sau al condițiilor de exploatare

2.1 Introducere

2.2 Cauzele generale ale degradărilor

2.2.1 Clasificarea degradarilor

2.3 Cauze și efecte ale degradărilor în structurile de zidărie

2.3.1 Influența macroclimatului asupra construcțiilor

2.3.2 Influența radiației solare asupra construcțiilor

2.3.3 Influența temperaturilor asupra construcțiilor

2.3.4 Influența acțiunii apei asupra zidăriilor

2.3.5 Influența sărurilor dizolvate

2.3.6 Influența înghețului și a zăpezii

2.3.7 Influența vântului

2.3.8 Influența particulelor din fum, praf sau nisip

2.3.9 Influența fenomenelor naturale extreme

2.3.10 Influența inundațiilor

2.3.11 Influența fulgerelor

2.3.12 Cauze botanice, biologice sau microbiologice de degradare

2.3.13 Cauze de degradare produse de om

2.4 Principalele procese de degradare a materialelor

2.4.1 Procese chimice de degradare

2.5 Degradarea zidăriilor din piatră

2.5.1 Caracteristici și procese de degradare specifice pietrei din alcătuirea zidăriilor de piatră

2.5.2 Acțini fizice de degradare a pietrei din alcătuirea zidăriilor de piatră

2.5.3 Acțiuni chimice – ca efecte asupra pietrei din zidării 36

2.6 Caracteristici și procese de degradare specifice cărămiziilor din alcătuirea zidăriilor.

2.6.1 Acțiuni fizice în procese de degradare specifice cărămizii

2.6.2 Acțiuni chimice în procese de degradare specifice cărămizii

2.7 Caracteristici și procese de degradare specifice mortarelor din alcătuirea zidăriilor.

2.7.1 Materiale din componența mortarelor, altele decât lianții

2.7.2 Mortarele – pentru zidării și tencuieli

2.7.3 Procese de degradare a mortarelor

2.8 Comportarea sub încărcări a pereților de zidărie și a structurilor formate de aceștia – ilustrații reprezentative

2.8.1 Comportarea pereților la încărcări perpendiculare pe planul acestora.

2.8.2 Comportarea pereților la încărcări în planul acestora.

2.8.3 Scenarii posibile de avariere ale structurilor cu pereți de zidărie – exemple.

2.8.4 Scenarii posibile de avariere ale structurilor cu pereți de zidărie – datorită cedării terenului de fundare

2.9 Concluziile Capitolului 2

3 Concepte și metode de intervenție pe clădirile monument istoric

3.1 Introducere

3.2 “Carta de la Veneția” – document ICOMOS

3.3 Etape în prosesul de restaurare

3.4 Analiza

3.4.1 Analiza critică

3.4.2 Analiza experimentală

3.5 Diagnoza

3.5.1 Cauzele avariilor

3.5.2 Evaluarea nivelului de asigurare seismică

3.5.3 Stabilirea tipului de intervenție

3.6 Proiectarea și execuția intervenției

3.6.1 Alegerea tehnologiei de execuție

3.6.2 Materiale moderne utilizate în restaurare

3.6.3 Cimentul Portland utilizat la lucrări de consolidare

3.6.4 Tipuri de intervenții

3.6.5 Intervenția asupra construcției

3.7 Concluzii – direcții de urmărit:

4 Determinarea caracteristicilor mecanice ale zidăriilor printr-o metodă nedistructivă, utilizând prese plate hidraulice

4.1 Introducere

4.2 Descrierea echipamentelor folosite în cadrul testelor

4.2.1 Presele plate

4.2.2 Sistemul hidraulic

4.2.3 Deformetrele

4.3 Descrierea încercării cu o singură presă plată în vederea determinării efortului unitar de compresiune din peretele de zidărie. 96

4.4 Descrierea încercării cu două prese plate în vederea determinării caracteristicilor de deformabilitate și a efortului de compresiune capabil al peretelui de zidărie.

4.5 Precizia încercărilor cu prese plate hidraulice

4.6 Descrierea unui experiment realizat în vederea actualizării și aprofundării unei expertize tehnice la clădirea Observatorului Astonomic din București

4.6.1 Caracteristici mecanice ale zidăriei conform normelor în vigoare

4.6.2 Descrierea experimentului realizat la Observatorul Astronomic.

4.6.3 Valorile numerice înregistrate în cadrul testelor

4.7 Descrierea unui experiment realizat în vederea actualizării expertizei tehnice la clădirea Crematoriului Cenușa din București

4.7.1 Caracteristici mecanice ale zidăriei conform normelor în vigoare

4.7.2 Descrierea experimentului realizat la Crematoriu Cenușa.

4.7.3 Valorile numerice înregistrate în cadrul testelor

4.8 Concluzii

5 Studii de caz privind expertizarea tehnică a două clădiri monument istoric din București

5.1 Introducere

5.2 Crematoriul Cenușa – Studiu de caz.

5.2.1 Scurt istoric al construcției

5.2.2 Sistem constructiv. Avarii.

5.2.3 Concluziile ce rezultă din investigații

5.2.4 Soluția de intervenție structurală propusă

Fig. 5.34 – Planuri releveu cu sublinierea elementelor de b.a. propuse spre consolidare

5.3 Observatorul Astronomic Amiral Urseanu – Studiu de caz 2

5.3.1 Scurt istoric al construcției

5.3.2 Descrierea sistemului constructiv și a stării de conservare

5.3.3 Alcatuirea imobilului la nivel de plan

5.4 Evaluarea calitativă a construcției

5.4.1 Evaluarea analitică a imobilului

5.4.2 Soluția de intervenție structurală propusă

5.4.3 Evaluărea analitică a stării actuale a imobilului și a stării acestuia în urma intervenției structurale propuse

5.4.4 Concluzii privind măsurile de intervenție asupra construcției

6 Concluzii

6.1 Concluzii rezultate în urma studiului literaturii de specialitate

6.2 Concluzii rezultate în urma studiilor realizate în teză

6.3 Contribuții proprii

6.4 Direcții viitoare de cercetare și de valorificare a rezultatelor tezei

7 Bibliografie

7.1 Referințe bibliografice capitolul 2

7.2 Referințe bibliografice capitolul 3

7.3 Referințe bibliografice capitolul 4

7.4 Referințe bibliografice capitolul 5

Introducere

Noțiuni introductive

Atunci când vorbește despre protecție, interlocutorul se referă la (conform dexonline.ro) “faptul de a proteja, de a ocroti, de a apăra, la ansamblul de măsuri care protejează, la persoane sau instituții care protejează și care servesc la a proteja”.

Atunci când vorbește despre patrimoniu un interlocutor se referă la “bunuri spirituale care aparțin întregului popor, acestea fiind transmise de la strămoși, la moștenirea culturală, la bunuri spirituale, culturale etc. care aparțin omenirii întregi”.

Conform OG 68 din 1994 privind Protejarea patrimoniului cultural național, la articolul 1 se prevede: “patrimoniul cultural național este compus din bunuri culturale mobile și imobile cu valoare deosebită, de interes public, care sunt mărturii de neînlocuit ale potențialului creator uman în relația sa cu mediul natural și cu mediul istoricește constituit de pe teritoriul României, ale istoriei și civilizației naționale și universale”.

“Bunurile imobile sau ansamblurile de bunuri imobile care prezintă valoare din punct de vedere arheologic, istoric, arhitectural, religios, urbanistic, artistic, peisagistic sau tehnico-științific sunt monumente istorice” – conform OG 68-1994.

Tot în ordonanța amintită mai sus se specifică faptul că monumentele istorice pot fi … monumente și ansambluri de arhitectură, … clădiri, … etc.

Astfel, când se face referire la “Protecția clădirilor cu statut de patrimoniu”, se înțelege orice prevedere, idee, măsură, lege, cod sau chiar interveție care să ducă în final la salvarea de la degradare sau chiar distrugere a unei construcții ce face parte din moștenirea culturală națională sau universală.

La ora actuală, pe plan mondial, există preocupări continue de punere în valoare a moștenirilor culturale prin campanii susținute de reabilitare, conservare, restaurare, punere în valoare a clădirilor aflate în patrimoniul cultural al tărilor respective. Toate acestea sunt susținute de măsuri legislative ce crează cadrul necesar pentru a duce la îndeplinire dorința de a transmite spre viitor moștenirea culturală a unui popor. Este important de menționat că, printre măsurile luate sunt și măsuri cu caracter tehnic care duc la o protecție reală patrimoniului, prin formarea de specialiști în domeniu sau prin crearea unui cadru tehnic pe care aceștia să îl aplice și să trateze în mod corespunzător aceste clădiri cu statut special (clădirile de patrimoniu sau clădirile monumente istoric).

În țara noastră cadrul legislativ este format și rămâne ca acesta să fie corect și imparțial aplicat. Din păcate, partea tehnică a cadrului legislativ necesară a fi introdusă se lasă încă asteptată, singurele prevederi prezente acum sunt cele corespunzătoare clădirilor noi și care nu pot fi aplicate asupra clădirilor istorice.

În formularea Eurocod 8–3 se spune: “Desi prevederile prezentului standard sunt aplicabile tuturor categoriilor de constructii, evaluarea și consolidarea seismică a monumentelor și clădirilor istorice de cele mai multe ori reclamă tipuri diferite de prevederi și ipoteze depinzând de natura monumentelor”, evidențând astfel necesitatea stringentă a unor norme specifice clădirilor istorice.

Apare ca celebră o formulare care, din punct de vedere al protecției clădirilor vis-a-vis de efectul pe care îl are lipsa de reglementări specifice a fost foarte bine subliniată de Bernard M.Feilden în Conservation of Historic Buildings, Architectural Press, Oxford 1996:

"Cel mai mare pericol ce amenință clădirile istorice vine din partea inginerilor care ignoră valorile acestora cu caracter de excepție și aplică mecanic Codurile, sau care nu vor să-și asume responsabilitatea de a formula judecăți proprii. Se poate spune cu oarecare îndreptățire, că multe clădiri istorice au de ales între a fi distruse de Coduri sau de următorul cutremur."

Principalele obiective ale tezei de doctorat sunt:

– identificarea și cunoașterea tipurilor și a modurilor de degradare a zidăriilor portante, utilizate la construcția clădirilor.

– identificarea și investigarea cât mai detaliată a metodelor de evaluare și investigare a clădirilor istorice.

– realizarea de încercări experimentale in situ pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale zidăriilor și identificarea posibilității utilizării acestora de către experți tehnici atestați.

– realizarea unor studii de caz privind intervenții pe clădiri monument istoric, cu urmărirea etapelor de investigare, evaluare și diagnoză.

Pentru atingerea obiectivelor se pornește de la studierea literaturii de specialitate prezentată în lista titlurilor bibliografice anexată tezei, completată cu documentarea și realizarea efectivă a unor încercări experimentale in situ asupra unor clădiri monument istoric. Clădirile asupra cărora s-au realizat investigații in situ au fost tratate ca studii de caz privind modul de investigare, evaluare și diagnoză aferente unei clădiri monument istoric.

Conținutul tezei:

Primul capitol, cu caracter introductiv, definește domeniul în care se încadrează teza de doctorat, prezintă obiectivele generale ale lucrării precum și mijloacele de atingere a lor.

Al doilea capitol, “Degradarea elementelor de zidărie ca efect al factorilor de mediu sau a condițiilor de exploatare”, prezintă o analiză a degradărilor elementelor de construcție realizate din zidărie, indiferent dacă sunt parte a unui monument istoric sau nu, elemente care prin deteriorarea sau alterarea stării inițiale pot duce chiar la afectarea construcției propriu-zise. Această analiză se constituie ca o modalitate de a cunoaște aceste degradări, în dorința de a ști cum se pot acestea remedia sau având în vedere evitarea lor în proiectarea, execuția și exploatarea clădirilor noi. Se va prezenta o clasificare a fenomenologiei degradării materialelor de construcție utilizate în special la clădirile vechi monumente istorice, și nu numai, putând spune ca referirile vor fi inclusiv pentru clădiri existente din zidărie.

În cel de-al treilea capitol al tezei, “Concepte și metode de intervenție pe clădiri monument istoric”, se prezintă ideile și conceptele prezente în Carta de la Veneția ce stabilește direcțiile și etapele de urmat întrțin omenirii întregi”.

Conform OG 68 din 1994 privind Protejarea patrimoniului cultural național, la articolul 1 se prevede: “patrimoniul cultural național este compus din bunuri culturale mobile și imobile cu valoare deosebită, de interes public, care sunt mărturii de neînlocuit ale potențialului creator uman în relația sa cu mediul natural și cu mediul istoricește constituit de pe teritoriul României, ale istoriei și civilizației naționale și universale”.

“Bunurile imobile sau ansamblurile de bunuri imobile care prezintă valoare din punct de vedere arheologic, istoric, arhitectural, religios, urbanistic, artistic, peisagistic sau tehnico-științific sunt monumente istorice” – conform OG 68-1994.

Tot în ordonanța amintită mai sus se specifică faptul că monumentele istorice pot fi … monumente și ansambluri de arhitectură, … clădiri, … etc.

Astfel, când se face referire la “Protecția clădirilor cu statut de patrimoniu”, se înțelege orice prevedere, idee, măsură, lege, cod sau chiar interveție care să ducă în final la salvarea de la degradare sau chiar distrugere a unei construcții ce face parte din moștenirea culturală națională sau universală.

La ora actuală, pe plan mondial, există preocupări continue de punere în valoare a moștenirilor culturale prin campanii susținute de reabilitare, conservare, restaurare, punere în valoare a clădirilor aflate în patrimoniul cultural al tărilor respective. Toate acestea sunt susținute de măsuri legislative ce crează cadrul necesar pentru a duce la îndeplinire dorința de a transmite spre viitor moștenirea culturală a unui popor. Este important de menționat că, printre măsurile luate sunt și măsuri cu caracter tehnic care duc la o protecție reală patrimoniului, prin formarea de specialiști în domeniu sau prin crearea unui cadru tehnic pe care aceștia să îl aplice și să trateze în mod corespunzător aceste clădiri cu statut special (clădirile de patrimoniu sau clădirile monumente istoric).

În țara noastră cadrul legislativ este format și rămâne ca acesta să fie corect și imparțial aplicat. Din păcate, partea tehnică a cadrului legislativ necesară a fi introdusă se lasă încă asteptată, singurele prevederi prezente acum sunt cele corespunzătoare clădirilor noi și care nu pot fi aplicate asupra clădirilor istorice.

În formularea Eurocod 8–3 se spune: “Desi prevederile prezentului standard sunt aplicabile tuturor categoriilor de constructii, evaluarea și consolidarea seismică a monumentelor și clădirilor istorice de cele mai multe ori reclamă tipuri diferite de prevederi și ipoteze depinzând de natura monumentelor”, evidențând astfel necesitatea stringentă a unor norme specifice clădirilor istorice.

Apare ca celebră o formulare care, din punct de vedere al protecției clădirilor vis-a-vis de efectul pe care îl are lipsa de reglementări specifice a fost foarte bine subliniată de Bernard M.Feilden în Conservation of Historic Buildings, Architectural Press, Oxford 1996:

"Cel mai mare pericol ce amenință clădirile istorice vine din partea inginerilor care ignoră valorile acestora cu caracter de excepție și aplică mecanic Codurile, sau care nu vor să-și asume responsabilitatea de a formula judecăți proprii. Se poate spune cu oarecare îndreptățire, că multe clădiri istorice au de ales între a fi distruse de Coduri sau de următorul cutremur."

Principalele obiective ale tezei de doctorat sunt:

– identificarea și cunoașterea tipurilor și a modurilor de degradare a zidăriilor portante, utilizate la construcția clădirilor.

– identificarea și investigarea cât mai detaliată a metodelor de evaluare și investigare a clădirilor istorice.

– realizarea de încercări experimentale in situ pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale zidăriilor și identificarea posibilității utilizării acestora de către experți tehnici atestați.

– realizarea unor studii de caz privind intervenții pe clădiri monument istoric, cu urmărirea etapelor de investigare, evaluare și diagnoză.

Pentru atingerea obiectivelor se pornește de la studierea literaturii de specialitate prezentată în lista titlurilor bibliografice anexată tezei, completată cu documentarea și realizarea efectivă a unor încercări experimentale in situ asupra unor clădiri monument istoric. Clădirile asupra cărora s-au realizat investigații in situ au fost tratate ca studii de caz privind modul de investigare, evaluare și diagnoză aferente unei clădiri monument istoric.

Conținutul tezei:

Primul capitol, cu caracter introductiv, definește domeniul în care se încadrează teza de doctorat, prezintă obiectivele generale ale lucrării precum și mijloacele de atingere a lor.

Al doilea capitol, “Degradarea elementelor de zidărie ca efect al factorilor de mediu sau a condițiilor de exploatare”, prezintă o analiză a degradărilor elementelor de construcție realizate din zidărie, indiferent dacă sunt parte a unui monument istoric sau nu, elemente care prin deteriorarea sau alterarea stării inițiale pot duce chiar la afectarea construcției propriu-zise. Această analiză se constituie ca o modalitate de a cunoaște aceste degradări, în dorința de a ști cum se pot acestea remedia sau având în vedere evitarea lor în proiectarea, execuția și exploatarea clădirilor noi. Se va prezenta o clasificare a fenomenologiei degradării materialelor de construcție utilizate în special la clădirile vechi monumente istorice, și nu numai, putând spune ca referirile vor fi inclusiv pentru clădiri existente din zidărie.

În cel de-al treilea capitol al tezei, “Concepte și metode de intervenție pe clădiri monument istoric”, se prezintă ideile și conceptele prezente în Carta de la Veneția ce stabilește direcțiile și etapele de urmat într-o intervenție pe o clădire istorică. Apoi sunt detaliate cele trei etape ale unui proces de restaurare structurală, cu conținut și obiective specifice, etape ce trebuie urmărite cu strictețe în procesul de restaurare. Sunt detaliate astfel etapa de analiză a construcției, respectiv strângerea de informații legate de detaliile constructive, de istoricul construcției, de solicitările și starea de degradare sau avariere. Tot în această primă etapă se formulează ipotezele de lucru și se trasează viitoarele etape de lucru. A doua etapă prezentată, diagnoza, constă în prelucrarea informațiilor din prima etapă în dorința stabilirii cauzelor perturbatoare, precum și evaluarea siguranței sau a modului de intervenție asupra structurii. Ultima etapă prezentată constă din intervenția sau “terapia” propriu-zisă, adică stabilirea terhologiilor de intervenție, realizarea proiectului de execuție, urmărirea și controlul acesteia.

În cel de-al patrulea capitol, “Determinarea caracteristicilor mecanice ale zidăriilor printr-o metodă nedistructivă, utilizând prese plate hidraulice”, se prezintă echipamentele ce au fost folosite în cadrul încercărilor experimentale, metoda și etapele procesului tehnologic al încercării, precum și rezultatele obținute în cadrul unor teste. Aceste teste au fost efectuate pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale zidăriilor (efortul unitar de compresiune din secțiunea încercată, modului de elasticitate longitudinală și rezistența la compresiune a zidăriei), teste ce s-au desfășurat în două clădiri, monument istoric din București.

În cel de-al cincilea capitol, “Studii de caz privind expertizarea tehnică a două clădiri monument istoric din București”, sunt prezentate clădirile Observatorului Astronomic Vasile Urseanu din București și Crematoriului Cenușa din București. În cele două clădiri prezentate, clădiri inscrise pe lista monumentelor istorice din România, s-au urmărit cât mai exact toate etapele descrise în capitolele anterioare, etape de investigare, diagnoză, analiză sau stabilire de soluție de intervenție. Astfel s-au urmărit etapele expertizelor tehnice realizate, inclusiv respectarea principiilor de conservare bazate pe conceptul de autenticitate și importanța menținerii contextului istoric și fizic al clădirilor, având totodată în vedere și conceptul că monumentele trebuie să fie conservate nu numai ca opere de artă, dar și ca dovezi istorice. La soluțiile de intervenție ce au fost stabilite în urma expertizelor tehnice s-a urmărit respectarea principiilor de conservare referitoare la restaurarea clădirilor.

În cel de-al șaselea capitol, se prezintă concluziile lucrării și contribuțiile aduse la dezvoltarea domeniului de cunoaștere a comportării și evaluării tehnice de către experții tehnici a construcțiilor din zidărie portantă ce aparțind clădirilor istorice, cu sublinierea unei direcții de urmat în cadrul unui viitor cod sau norme tehnice de protecție a clădirilor de patrimoniu.

În incheiere se prezintă lista referințelor bibliografice, detaliată pe fiecare capitol în parte.

Degradarea elementelor de zidărie ca efect al factorilor de mediu sau al condițiilor de exploatare

Introducere

Degradarea unui element constructiv al unei clădiri, indiferent dacă este vorba de monument istoric sau nu, este schimbarea, deteriorarea sau alterarea stării sale inițiale. Clădirile se compun din multe elemente constructive care se găsesc în strănsă legatură și care prin degradarea lor succesivă pot, la sfârșit, să prejudicieze chiar și existența propriu-zisă a construcției.

Analiza degradărilor este deosebit de interesantă și constituie de fapt singura posibilitate de a le cunoaste și de a le remedia, precum și de a le evita în proiectarea, execuția și exploatarea noilor construcții. O clădire poate fi menținută în stare de exploatare atâta timp cât cea mai rezistentă parte a sa (de obicei structura de rezistență) nu va avea de suferit din cauza degradărilor și aceasta doar dacă celălalte părți componente vor fi periodic revizuite și întreținute, pentru că fără aceste lucrări suntem conduși cu precizie matematică la înrăutățirea funcționalității clădirii și nu numai.

O clădire este construită pentru o durată de serviciu de zeci sau chiar sute de ani. Istoric vorbind, piramidele au fost construite să reziste o veșnicie, castelele rezistă de secole, iar casele de asemenea sunt gândite cel puțin pentru a fi lăsate moștenire copiilor.

Știința care studiază în mod sistematic cauzele bolilor, simptomele și tratamentul corespunzător în medicină este patologia. În medicină patologia este definită ca reprezentând “un studiu al dezvoltării bolilor”. Altfel spus, patologia examinează îndeosebi cauzele, simptomele, evoluția, precum și leziunile și complicațiile eventuale ale bolilor.

Comparând clădirea cu un organism viu, termenul se aplică, prin asociere cu acesta, științei care studiază cauzele degradării clădirilor. Patologia clădirilor este o știință multidisciplinară, în care clădirea este considerată ca un organism. Din relația biunivocă a acestui “organism” cu mediul înconjurător, în toate etapele de existență a acestuia – proiect, execuție, utilizare – se pun în evidență erori, defecte, deficiențe, deteriorări, degradări.

Patologia clădirilor studiază cauzele și implicațiile asupra construcției și implicit asupra utilizatorilor ei, precum și modul (sau mai degrabă “modelul”) de intervenție pentru repararea, reabilitarea sau recuperarea subansamblului.

Definirea patologiei clădirilor s-a făcut în 1994, de către Association d‟Experts Européens du Batiments et de la Constructions (AEEBC) care atrag atenția asupra câtorva domenii de interes în patologia construcțiilor. “Aceste domenii nu se exclud unele pe altele, ci se conectează și se completează, astfel:

identificarea, investigarea și diagnosticarea defectelor din clădirile existente;

prognozarea defectelor diagnosticate și formularea de recomandări în legatură cu modul de intervenție adaptat pentru construcție, pentru resursele de care aceasta dispune și pentru viitorul clădirii;

proiectarea, detalierea (specificarea), implementarea și supervizarea programelor corespunzătoare de lucrări de remediere; monitorizarea (urmărirea) și evaluarea lucrărilor de remediere în conformitate cu performantele funcționale, tehnice și economice din utilizare”.

Patologia clădirilor se bazează în foarte mare măsură pe inginerie, deoarece, spre deosebire de subiecții umani (pacienți) clădirea nu poate spune ce o doare, ea reacționează însă ferm și este nevoie de un analist care să colecteze datele, să stabilească modelul de abatere / disfuncție tehnică și să stabilească legatura între analiza teoretică și măsurătorile de pe teren.

În cele ce urmează se prezintă o clasificare a fenomenologiei degradării materialelor de construcție utilizate în special la clădirile vechi monumente istorice, și nu numai, putând spune ca referirile sunt și pentru clădiri existente din zidărie.

Cunoasterea aprofundată și descrierea conținutului proceselor de alterare –degradare ridică o serie de probleme, de multe ori chiar în cazul materialelor obișnuite sau mai noi ca betonul, metalul, ceramica sau polimerii. Investigațiile privind structura și comportamentul materialelor au fost îndreptate în special spre rezistența mecanică a acestora și mai puțin spre alte caracteristici, cu implicații în reabilitare, cum sunt rezistența la factori agresivi și durabilitatea.

Pentru a întelege cât mai corect ideea de degradare (cu referire la construcții), aceasta se definește astfel:

“Schimbarea calităților unui material, ale unui sistem fizic sau ale unui sistem tehnic, care le scade valoarea dintr-un anumit punct de vedere, folosirea lor nemaifiind posibilă în condiții normale.” – Dicționarul Enciclopedic Român, Ed. Politică 1966.

“Degradarea nu este patologică, procesul de învechire este un fapt natural ce devine patologic în momentul în care apar situații de perturbare care accelerează ciclul de viață convențional”. Este patologic în construcții tot ceea ce se depărtează sensibil de un comportament așteptat conform utilizării, ce se diferențiază de normala, naturala pierdere de calitate. – S.Croce, Affidabillita del sistema tecnologico edilizio, în ICIE-Patologie in edilizia, Be-Ma editore, Milano, 1981.

Totodată “îmbătrânirea unei construcții” este definită ca “incapacitatea construcției de a satisface exigențele de performanță față de un model de referință dat, datorită proceselor de transformare ce implică pe de o parte utilizatorul (uzură morală) și pe de altă parte obiectul utilizat (uzură fizică).

Evidențierea degradărilor se face în legătură cu:

Lipsa unor elemente: componente ale tâmplăriilor, elemente ale învelitorii, dispozitive de protecție împotriva ploii, elemente decorative, etc. (cu referire la performanțele de etanșare, confort ambiental și aspect).

Fenomene de discontinuitate: fisuri, desprinderi, rosturi neprotejate, etc. (cu referire la performanțele de siguranță și etanșare).

Alterări ale materialelor: modificări în structura materialelor, cu efecte de decoeziune, care, cu sau fără lipsă de materie, implică reduceri ale rezistenței mecanice, a capacității de protecție și izolare sau simple modificări de aspect (cu referire la performanțele de siguranță, confort ambiental și aspect).

Disfuncții și defecțiuni: întreruperi, limitări sau discontinuități de funcționare a instalațiilor și echipamentelor (cu referire la performanțelor de confort ambiental și valorificare funcțională).

Cauzele generale ale degradărilor

Degradarea este răspunsul materiei la trecerea timpului, în principal la acțiunea agenților atmosferici și la evenimentele seismice.

Conservarea clădirii în ansamblu și a oricăreia dintre componentelor sale este legată de fenomene ce privesc structura internă a materiei ce o alcătuiește, suprafața fiind locul de manifestare vizibilă a interacțiunii dintre clădire și mediu mecanic – climatic.

Degradarea oricărui material sau componentă a clădirii este urmarea unui proces care se desfășoară în timp, cu evoluții diferite funcție de particularitățile materialelor și ale procedeelor constructive, pe de o parte, funcție de natura, intensitatea și frecvența cauzelor, pe de altă parte.

Clasificarea degradarilor

O clasificare a cauzelor degradărilor structurilor de rezistență este prezentată mai jos [2.3], aceasta fiind prima din cele incluse în lucrarea de față:

Cauze externe construcției, de degradare a structurii de rezistență:

– soarele prin radiațiile ultraviolete sau infraroșii (prin încălzire);

– cauze climatice:

– modificarea sezonieră a temperaturilor;

– modificarea zi – noapte a temperaturilor zilnice;

– precipitațiile sub forma de ploaie sau zăpadă;

– înghet-dezghețul și / sau gheața;

– modificarea nivelului apei subterane sau a umidității pământului;

– praful sau nisipul;

– vântul.

– cauze biologice sau botanice de degradare a construcțiilor:

– animalele;

– păsările;

– insectele;

– plantele sau unii copaci;

– ciupercile, mușchii sau lichenii;

– bacteriile.

– cauze naturale:

– cutremurele de pământ;

– valuri mareice sau tsunamii;

– inundații;

– alunecări de teren;

– avalanse;

– erupții vulcanice;

– vânturi exceptionale (uragan, tornadă, etc.)

– incendii (de pădure sau de stepă).

Cauze interne construcției, de degradare a structurii de rezistență:

– umiditatea:

– modificarea rapidă a umidității poate duce la:

– deformarea lemnului ( de exemplu cel montat în interiorul pereților de zidărie) prin umflare sau uscare;

– exfolierea vopselei sau a zugrăvelilor;

– activarea sărurilor solubile (prin dizolvare sau cristalizare);

– mișcarea materialelor higroscopice.

– uscarea excesivă:

– poate duce la fragilizarea prin uscare a materialelor.

– umiditatea excesivă poate duce la:

– slăbirea aderenței dintre materiale;

– combinată cu căldura favorizează formarea de ciuperci și bacterii;

– putrezirea în adâncime a lemnului;

– estomparea vopselurilor (picturilor, frescei, etc.);

– deteriorarea pergamentelor, a hârtiei sau a tapetelor;

– accentuează coroziunea metalică;

– subțierea elementelor textile (pânze, velaturi, etc.);

– degradarea pielii datorită mucegaiurilor ce se dezvolta pe aceasta;

– apariția insectelor dăunătoare (molii, carii, furnici etc.)

– prezența oricărui tip de dăunători (șoareci, șobolani, etc.);

– aerul contaminat cu agenti chimici:

– dioxid de sulf;

– hidrogenul sulfurat;

– funingine sau praf (duce la patarea sau colorarea elementelor);

Cauze datorate intervenției umane (sau lipsa acesteia) de degradare a structurii de rezistență:

– neglijarea măsurilor de întreținere multianuală;

– neglijarea măsurilor antifoc;

– războaiele de orice fel, dar cele mai daunătoare pentru construcțiile istorice au fost cele legate de purificarile etnice;

– degradarea structurală intenționată a elementelor;

– modificarea ‘’modei’’ fațadelor sau a amenajărilor interioare;

– poluarea mediului înconjurător;

– extragerea apei din pânza freatică, cu scăderea nivelului acesteia;

– introducerea de vibrații în structură;

– vandalism și / sau incendiere premeditată;

– furtul (de elemente structurale);

– neglijarea luării de măsuri de siguranță.

O altă clasificare a cauzelor generale a degradărilor structurale

O altă clasificare a cauzelor generale a degradărilor structurale (fără a o exclude pe cea prezentată mai sus) poate fi următoarea:

Factori congenitali: sunt defecte și vicii ascunse ale materialelor, utilizarea unor materiale și procedee de construcție improprii condițiilor de funcționare, erori de proiectare sau execuție.

Factori ciclici: agenți agresivi prezenți în mediul ambiant din condițiile geoclimatice (ploaie, zăpadă, vânt, radiații solare, umiditate relativă ridicată, variații de temperatură). Aceștia acționează intermitent, cu frecvență și intensitate diferită.

Factori aciclici (permanenți sau ocazionali): poluare, vibrații, atacuri biologice, etc. ce acționează cu frecvență și intensitate foarte diferite.

Factori din exploatare: încărcări utile, de testare, uzură, îmbătrânire, în legătură cu funcțiunea adăpostită.

Factori accidentali: lovituri, scurgeri de lichide sau gaze, traume de diferite tipuri, determinate în general de neglijențe, utilizare improprie, intervenții inadecvate.

Factori catastrofici: cutremure, alunecări sau surpări de teren, inundații, explozii, incendii, trăznete, uragane, etc.

Acești factori reprezintă condițiile patogene ale procesului de degradare, evenimentele care nasc și alimentează diverse forme ale fenomenului degenerativ, de cele mai multe ori cumulându-se acțiunile mai multor factori (simultan sau la timpi diferiți).

Totodată majoritatea fenomenelor de degradare au la origine prezența apei, aproape toate materialele tradiționale puse în operă fiind poroase și sensibile la umezeală. Umiditatea prezentă în materiale, cu caracter ciclic, permanent sau accidental, generează și amplifică procesele de alterare. De prezența apei se leagă o serie de procese fizice, chimice și biologice ce conduc la degradări importante ale materialelor ce intră în alcătuirea structurilor din zidărie portantă.

Cauze și efecte ale degradărilor în structurile de zidărie

Influența macroclimatului asupra construcțiilor

Unul dintre aspectele (cauzele) importante ale degradării clădirilor, prin efectele asupra materialelor din care este alcătuită structura, este poziționarea geografica a acesteia sau astfel spus influența climatică asupra construcțiilor.

Astfel, rezistențele materialelor din care sunt alcătuite construcțiile scad odată cu expunerea acestora la factorii climatici, precum și cu vârsta construcției (un exemplu important poate fi chiar zidaria din cărămida nearsă, uscată la soare, zidărie ce este puternic afectata de expunerea directa la ploaie sau soare).

Sunt zone unde radiația solara este mai distructivă chiar decât fenomenul de îngheț – dezgheț, dar nu poate fi neglijată prezența apei, în toate formele sale (atât sub forma de vapori – umiditate cat și sub formă lichidă – ploi abundente, inundații, capilaritatea din sol sau chiar curgerea unui jgheab) acesta fiind agentul care promovează majoritatea acțiunilor chimice de degradare a materialelor.

Întrucât macroclimatul este clasificat funcție de diversele tipuri de vegetație sau de cantitatea anuală de precipitații, acesta nu reprezintă elementele hotărâtoare la examinarea unei construcții, trebuind a se ține cont inclusiv de elementele de micro scară ale climei, și anume de influența vântului ca intensitate, direcție sau repetabilitate, sau de transportul de umiditate din sol sau prin aproprierea de orașe (ce modifică macroclima din zonă fiind mai cald în timpul iernii și mult mai susceptibile la concentrații mari de poluare a atmosferei) sau chiar umbrirea diferită dată de exemplu de dealuri și munți, etc.

Forma sau volumetria clădirii (din punct de vedere arhitectural cât și structural) influențează și acestea microclimatul unei clădiri. Astfel prezența unei curți cu apă sau cu fântâni modifică microclimatul clădirii oferind umbră și răcoare într-o zonă cu climă aridă și foarte uscată. Într-un climat fierbinte și / sau umed este importantă circulația aerului, atât pentru comfort cât și pentru prevenirea atacurilor fungice care precede de cele mai multe ori atacul dat de insecte.

Influența radiației solare asupra construcțiilor

Radiația solară este principalul factor ce determină condițiile climatice. Lungimea de undă a radiațiilor solare variază de la 0,2μm pentru radiația ultravioletă spre banda de 0,4μm – 0,9μm a spectrului vizibil și până la 8,0μm a radiației infraroșii (radiație ce are și cea mai mare energie; 1μm = 0.001mm = 1 micron). Trebuie precizat că radiațiile terestre sunt de lungime mare de undă, avănd lungimi de undă cuprinse între 4,0μm si aproximativ 50,0μm.

Ozonul, vaporii de apă, norii sau praful pot restricționa cantitatea de radiații solare ce este primită de construcții la un procent cuprins între 30 si 60%. Totodată și poziția verticală a pereților, de exemplu, reduce cantitatea de energie primită de acestia datorită radiațiilor solare.

Materialele au capacități diferite de absorbție a radiațiilor, ele absorbind numai un procent din energia radiantă ce variază de la 0%, pentru un material perfect reflector, până la 100% pentru un material perfect absorbant.

Radiația solară prin componenta ei ultravioletă este un agent puternic distructiv, mai ales în cazul materialelor organice, de exemplu lemnul, textilele sau pigmenții, ducând la decolorare, fragilizare și chiar pierdere de substanță. De exemplu, lemnul neprotejat se poate eroda cu o rată de circa 5-6mm pe secol datorită atacului combinat al luminii ultraviolete și a schimbarii rapide de umiditate din mediu înconjurător.

Influența temperaturilor asupra construcțiilor

Principala cauză a creșterii temperaturii aerului este efectul de încălzire directă datorită radiației de lungime atât scurtă cât și lungă pe timpul zilei, și pierderea acestei călduri prin radiație cu lungime lungă și convecție pe perioada nopții.

Materialele de construcție sunt încălzite de radiația solară în trei moduri principale: prin radiație solară directă, prin încălzire indirectă din mediul interior construcției sau prin încălzire indirectă datorită aerului încălzit în exteriorul construcției la rândul lui de către radiația solară.

Toate materialele de construcție se dilată atunci când sunt încălzite și se contractă atunci cand temperatura acestora scade. Această mișcare (deformare), de expansiune sau contractie, se numește mișcare termică și este una din principalele cauze ale degradărilor unei construcții. Culoarea și reflectivitatea materialelor poate modifica energia radiantă absorbită, acestea fiind un factor important în creșterea temperaturii (materialele inchise la culoare, sau mate, de exemplu, absorb mai multă căldură decât alte materiale).

Dilatarea sau contracția din temperatură depinde direct proporțional de diferența de temperatură, altfel spus de cantitatea de căldură absorbită, care depinde la rândul ei de capacitatea termică a structurii, de grosimea, de conductivitatea și de coeficientul de dilatare a materialului din care este realizată aceasta. Unele materiale de construcție au capacitate de absorbție mare și pot ajunge la temperaturi mai mari decât a mediului ambiant. Trebuie tinut cont ca deplasările-deformațiile date de temperatură sunt reduse de restricțiile (constrângerile) date de structura de rezistență.

Intervalele de variație de temperatură diferă foarte mult funcție de zonele climatice, dar și funcție de diferențele zilnice (zi – noapte) sau sezoniere (vară – iarnă). În aceeași măsură deplasările (sau mai corect, deformările) datorate temperaturilor depind de masa termică a construcției, o clădire cu masă termică redusă fiind mult mai sensibilă la variațiile zilnice de temperatură, iar construcțiile masive (cu mase termice mari) având o comportare mult mai puțin sensibilă la modificările zilnice de temperatură. Totuși la suprafață se poate ajunge la temperaturi mai mari chiar decât temperatura mediului ambiant, iar pentru ca aceasta temperatură să penetreze înspre interiorul elementelor de construcție este nevoie de timp.

Cantitatea de caldură absorbită într-o structură este determinată și de unghiul de incidență al radiației la suprafață, precum și de proprietățile de absorbție ale acesteia. Totodată cantitatea de căldură absorbită este influențată de evaporarea umidității din porii zidăriilor, care la rândul ei este influențată și de expunerea la vânt a suprafeței de zidărie.

Tensiunile (eforturile) induse în materialele de construcție de schimbările de temperatură sunt dependente de cinci factori: mărimea absolută a deformației din variație de temperatură; elasticitatea materialelor de construcție; capacitatea (rezistența) materialelor de a fisura sau de a se deforma (curge) sub încărcări; numărul de constrângeri datorate legăturilor cu celalalte elemente structurale; modificarea conținutului de umiditate prin evaporare.

În funcție de natura, elasticitatea sau plasticitatea mortarului, deformațiile din temperatură ale zidăriilor nu sunt în general importante decât dacă lungimile construcțiilor depașesc 30-50m. Bineînteles că la partea superioară a construcțiilor (indiferent dacă aceasta este din zidărie sau al material) este de asteptat ca deformațiile din temperatură să fie mai mari decât cele dinspre bază. Un semn de deformare din temperatură pot fi fisurile sau desprinderile blocurilor din zidărie de la partea superioară a construcției. Cum dilatarea zidăriei nu este urmată în mod obligatoriu de o egală contracție, contracție de regulă mai mică ca amploare ca dilatarea (de exemplu apar fisuri care nu se mai închid), în timp diferențele de deformații se pot cumula și evidenția la fața zidăriilor prin apariția de fisuri.

Un perete de zidărie poate absorbi solicitările date de temperatură într-un mod remarcabil, mai întâi prin compresiuni în mortar, prin absorbția de căldură a inimii peretelui, prin frecarea între blocurile ce alcătuiesc zidăria și, nu în ultimul rând, prin plasticitatea mare a mortarului utilizat (în clădirile vechi, mortar de var).

Cum fluctuațiile bruște de temperatură de zi cu zi tind să nu patrundă mai mult de câțiva centimetri, fluctuațiile de temperatură sezoniere pot da deformații mai vizibile deoarece pereții se încălzesc ca ansamblu, întreaga construcție tinzînd să se extindă. Cu toate acestea, mișcarea verticală tinde să fie redusă de forțele de compresiune date de greutatea proprie a construcției, deformațiile orizontale fiind mai evidente.

Dilatarea inimii pereților are un efect mai mic deoarece diferențele de temperatură din interiorul peretelui sunt la rândul lor mai mici, precum și datorită procentului mai mare de mortar spre inima pereților (mortar ce are capacitați de deformare mai mari decât blocurile de zidărie). Diferențele de deformație din temperatură între fețele interioară și exterioară pot cauza fisuri verticale în pereții de zidărie.

Cu cât procentul de mortar este mai mic în rosturile zidăriei cu atât este posibil ca aceasta să prezinte probleme datorită deformațiilor din temperatură. La pereți de zidărie din cărămidă sau piatră spartă sau elemente din beton roman, ce au proporții mai mari de mortar “moale” în rosturi, comportarea la solicitările date de temperatură este mai bună.

Dacă peretele este tencuit la fața exterioară (de cele mai multe ori mai expusă), acest mortar se comporta ca unul cu caracteristici de mortar “moale” iar fisurile vor fi în general fine.

Influența acțiunii apei asupra zidăriilor

Prezența apei, în oricare din formele sale, provoacă sau accelerează descompunerea majorității materialelor de construcții, apa fiind și principalul agent implicat în degradarea oricăror elemente de construcție, atât din clădirile vechi cât și din clădirile mai noi.

Apa ajunge direct la suprafața zidăriei atunci când ploaia lovește suprafața acesteia, dar apa poate ajunge la suprafață și altfel, în mod indirect, aceasta căzând altundeva în clădire. Ajungerea apei de ploaie la suprafața zidăriei parcurge în acest fel o cale mult mai complicată, situație mai distructivă pentru zidărie deoarece apa de ploaie “culege” materiale solubile din calea sa iar procesele de cristalizare, care sunt distructive pentru elementele de zidărie, apar atunci când apa se evaporă la suprafață. În acest fel, eliminarea improprie a apei de ploaie poate fi una din cele mai frecvente cauze de deteriorare în zidările vechi.

Apa poate pătrunde în zidărie în mod indirect și prin capilaritate. Înălțimea la care urcă apa prin capilaritate în elementele de zidărie depinde în principal de dimensiunea porilor (cu cât porii sunt mai mici cu atât crește înălțimea la care urcă apa) și de rata de evaporare de la suprafața externă (cu cât crește evaporarea, cu atât înălțimea la care urcă apa este mai redusă). Cantitatea de apa ce urcă prin capilaritate crește cu timpul, deoarece sărurile solubile transportate de apă devin mai concentrate acolo unde apa care le transportă se evaporă prin suprafețele laterale, iar creșterea concentrației de săruri solubile cauzează la rândul său o altă forță de atracție pentru apă (prin difuzie de la concentrație mai mică la concentrație mai mare a sărurilor). De exemplu s-au întâlnit zidării groase în care apa a urcat prin capilaritate chiar și 8-10m, înălțimi de 4-5m fiind des întâlnite, iar uneori apa preluată prin capilaritate era chiar apa evacuată la baza peretelui dintr-un sistem de jgheaburi incorect realizat (defect, furat, neîntreținut).

Apa mai poate ajunge la elementele de zidărie direct din aer, prin condensare sau prin depunerea din aerosoli (din ceață de exemplu). Condensul apare atunci când aerul este umed și atinge suprafața de zidărie care este mai rece decât temperatura punctului de rouă.

Condensul este mult mai periculos decât ploaia deoarece se formează dintr-un volum mare de aer, ce este cu această ocazie, curățat de murdăriile suspendate sau de poluații gazoși. Se pot forma la suprafața zidăriilor soluții lichide ce conțin acizi (de exemplu acid sulfuric) particule de carbon, diverși oxizi sau alte substanțe transportate de aer.

O trăsătură caracteristică de distribuție a apei în materialele poroase este existența unei cantități de apă critică ce depinde de porozitate și de natura materialului. Deasupra conținutului critic apa poate circula liber în interiorul corpului poros, dar sub valoarea critică apa poate fi îndepartată din porii în care se află doar prin evaporare (de accea este dificil să se usuce o zidărie, nivelul critic de umiditate putând fi destul de ridicat).

Influența sărurilor dizolvate

Sărurile cele mai periculoase sunt sulfații de sodiu, de potasiu, de magneziu sau de calciu, pentru ca funcție de locul unde cristalizează (în tencuială sau la suprafața acesteia) pot produce dezintegrare sau ruperea coeziunii dintre materiale. De exemplu sulfatul de calciu poate cristaliza la suprafața peretelui formând ca un voal alb, sau poate cristaliza în tencuială afectând carbonatul de calciu din aceasta.

Nitrații de sodiu, potasiu sau calciu sunt săruri solubile ce dau eflorescențe groase la suprafață, ușor de îndepărtat, și a căror acțiune de dezintegrare este mai mică ca intensitate decât a sulfaților.

Carbonatul de calciu este o componenta principală din alcătuirea construcțiilor, întâlnindu-se în principal sub formă de piatră de calcar. Carbonatul de calciu nu se dezintegrează odată ce a cristalizat, dar face ca depunerile să fie foarte dure și greu de îndepărtat.

Clorura de sodiu este în mod normal un depozit de suprafață, fiind transportată în principal de aerul marin, și singură nu provoacă dezintergrarea zidăriei. Cu toate acestea, prin procese de hidratare – deshidratare, poate dezvolta împreună cu alte săruri dezintegrarea suprafețelor pe care se depune.

Silicele conținute în unele roci, în argile și în cimenturi, sunt într-o formă ușor de dizolvat și transportat spre suprafață de apele de infiltrație. Efectul pe termen lung este formarea de cruste albe de dioxid de siliciu sau de silicați amestecați cu alte substanțe (mai ales cu carbonatul de calciu).

Influența înghețului și a zăpezii

Frigul extrem nu produce daune construcțiilor cu o intensitate atât de mare ca alternanța îngheț – dezgheț (expansiunea apei la formarea gheții în pori și contracția de la dezgheț), fenomene ce se pot produce de circa 1 – 2 ori pe zi în timpul iernii.

Înghețul distruge materialele de construcție (ca piatra sau cărămida) mai ales dacă acestea sunt saturate cu apă, dar rezistența lor la îngheț depinde de dimensiunile porilor și de faptul dacă sunt hidrofile sau hidrofobe. Dacă se formează gheață în porii ce au o structură bună, înghețul se poate extinde până la congelare fără consecințe grave asupra structurii. Într-un îngheț prelungit, gheața se poate extinde în interiorul materialelor datorită condensării vaporilor de apă.

În cazul fundațiilor ce pot fi afectate de îngheț, numărul de cicluri de îngheț – dezgheț (pe zi pe perioada iernii) ce le afectează (fundațiile) se reduce considerabil pe măsură ce adâncimea de fundare este mai mare. Astfel, fundațiile trebuie să aibă adâncimea suficientă încât să evite înghețul sau expansiunea terenului de fundare, fenomene ce pot aduce efecte negative.

Zăpada cade și se așează în straturi mai groase sau nu, dar se poate atașa chiar și de pereți verticali sau poate intra în guri de ventilații sau orice alte deschideri (chiar prin ferestre).

Topirea zăpezii pe un acoperiș abrupt poate forma “mini-avalanșe” ce pot rupe streașina sau jgheaburile, sau sparge geamurile unor luminatoare de mai jos. Dacă există parapeți sau dolii, la topirea zăpezii aceasta poate cauza blocaje cu apa topită deasupra nivelului de hidroizolare provocând astfel infiltrații și inundații.

Influența vântului

Vântul este rezultatul diferențelor de presiune dintre diverse sisteme atmosferice. Direcția, viteza, rafalele sau frecvența acestora sunt caracteristici importante ale vântului, ca și faptul că aceste caracteristici ale vântului variază pe înălțime.

Este de înteles că structura de rezistență trebuie să fie suficient de rezistentă pentru a rezista la presiunea sau sucțiunea dată de vânt. S-ar putea presupune că o clădire istorică a reușit să reziste la încărcări mari date de vânt pe perioada de existență și că aceasta va fi suficient de rezistentă pentru a susține încărcările date de vânt, dar acest lucru nu înseamnă că structura nu poate fi deteriorată și că există întotdeauna posibilitatea unui vânt cu caracteristici excepționale. Trebuie ținut cont că învelitorile de pe acoperișuri pot fi ridicate prin sucțiunea produsă de vânt, detaliile privitoare la fixarea acestora trebuie luate în considerație și tratate cu mare atenție.

Vântul crește eroziunea externă generală a celor mai multe materiale de construcții. Un model de eroziune datorită vântului este, de exemplu, cazul în care o bucată de nisip întră într-o adâncitură la suprafață, iar vântul poate roti acest fir de nisip cu viteză mare și în acest fel să sape în materialul suprafeței peretelui.

Evaporarea rapidă stimulată de vânt face ca cristalizarea sărurilor să aibă loc în interiorul peretelui și nu la suprafața acestuia. Acest fenomen de cristalizare în pori produce desprinderea – spargerea suprafeței, care la rândul ei intensifică evaporarea și cirstalizarea. Astfel, acțiunea de eroziune dată de vânt, combinată cu nisip sau praf poate duce la distrugeri chiar și pentru construcții masive.

Cele mai periculoase efecte sunt cele în care presiunea dată de vânt este combinată cu ploaia. Atunci când vântul se combină cu ploaia, acestea provoacă degradări puternice când la suprafață se ajunge la punctul de saturație cu apă, iar ajutată de vânt apa poate pătrunde în interiorul elementelor structurale prin crăpături, fisuri sau prin porii materialelor din care sunt realizate.

Influența particulelor din fum, praf sau nisip

Particulele sau aerosolii sunt, de fapt, particule solide care rămân suspendate în aer, fumul fiind rezultatul arderii incomplete a materialelor combustibile.

Diametrul particulelor din fum praf sau nisip este măsurat în microni. Particulele mai mari de 15-20 microni se regasesc în aer în zona de origine dacă atmosfera este calmă, dar vântul poate transporta particule cu diametre de 100 microni (și chiar de 10000 microni funcție de viteza vântului). Astfel, vântul cu o viteză normală, poate transporta particule ce formează fum (adică particulele cu dimensiuni mici și foarte mici), care nu cad imediat datorită greutății, iar datorită interacțiunii cu particulele de aer sau de apă parcurg distanțe mari, distanțe ce sunt de cele mai multe ori proporționale cu pătratul logaritmului diametrului particulei transportate de aer.

În orașe, particule apar în mare parte de la arderea incompletă a combustibililor (în centrale sau de la vehicule) rezultând funingine ce se depune. Acestea formează, în combinații cu dioxizii din atmosferă, urme de acizi, iar împreună cu metalele (prezente în particulele transportate) accelerează procesele chimice de degradare ale materialelor de construcții.

Când vântul la nivelul terenului este suficient de puternic ca să disloce și să susțină particule în aer, acestea pot fi ridicate și la altitudini mari (de 1500m sau mai mult) formând astfel furtuni de nisip.

Praful “desfigurează” atât interiorul căt și exteriorul clădirilor istorice. Există cercetări asupra prafului (negru) depus pe clădiri și s-a demonstrat că acesta este format din funingine din motoarele autovehicolelor și din praful rezultat din fricțiunea dintre anvelope și astfalt. În urma analizelor de laborator s-a stabilit că praful interior găsit de cercetători într-o catedrală engleză este urma lasată de vizitatori (piele umană), în unele locuri praful având grosimea de 5-6mm.

Influența fenomenelor naturale extreme

Lista fenomenelor naturale extreme, violente, neprevăzute ce pot afecta orice tip de clădiri (inclusiv cele istorice) cuprinde valuri seismice (tsunami), alunecări de teren și orice mișcare a terenului (alta decât seismele), erupțiile vulcanice sau gazoase, incendiile de pădure, cicloane, uragane sau tornade, inundații, avalanșe sau înghețuri neașteptate, și care pot fi foarte daunătoare mai ales dacă survin în mod regulat.

Influența inundațiilor

Inundațiile au fost înregistrate pe perioade lungi de timp, în multe țări, iar acum pot fi prezise anumite nivele ce apar la diverse intervale de timp.

Trebuie ținut seama de lecțiile din trecut, cu privire la efectele inundațiilor, punând la adăpost orice bunuri culturale vulnerabile, mai sus decât orice nivel inundabil sau protejând construcțiile de efectele posibile ale inundațiilor. Dacă nu este posibil, trebuie luate măsuri de precauție prin prevederea de pompe și drenuri sau orice materiale ce blochează accesul apei (saci de nisip, zidării la ferestrele de la subsol, etc.) la construcție sau la interiorul ei, ținând cont și de instalațiile ce pot conduce apa din exteriorul în interiorul construcțiilor.

Influența fulgerelor

Cel mai frecvent fenomen natural este fulgerul. Acesta este mijlocul prin care se egalizează potențialul electric al pământului și al atmosferei. Astfel, în anumite condiții se acumulează o diferență de potențial, iar descărcarea de înaltă tensiune ce are loc implică curenți de până la 160000 amperi timp de câteva milisecunde.

Fulgerele au tendința de a lovi obiecte înalte, iar atunci când există o rezistență electrică între punctul de atingere al fulgerului și baza obiectului lovit de acesta, de cele mai multe ori se întâmplă distrugeri (daune), deoarece la trecerea curentului electric printr-un obiect acesta întâmpină rezistență eliberând energie, energie disipată sub formă de căldură. Prezența oricărei urme de umiditate, duce la formarea de vapori de apă, la presiuni mari, ce distrug spațiile în care se află (copacii se despică, pietrele se pot sparge), gradul de distrugere depinzănd de rezistențele electrice ale materialelor sau de umiditatea conținută de diferitele părți ale construcției.

Fulgerul poate provoca daune și prin aprinderea elementelor de lemn, prin topirea sau spargerea obiectelor metalice sau prin supraîncărcarea dispozitivelor și rețelelor electrice.

Majoritatea problemelor aduse de fulger pot fi limitate sau chiar îndepărtate prin montarea de conductori cu rezistență redusă între pământ și zonele înalte ale construcției, altfel spus de prevederea unui paratrăznet, corect instalat și pentru care detalii specifice de punere în operă la o clădire istorică trebuie avute în vedere la proiectarea măsurilor de intervenție asupra acesteia.

Cauze botanice, biologice sau microbiologice de degradare

Influențe botanice ca factori de degradare

Iedera, lianele sau alte forme de plante pot provoca pagube dacă le este permis să crească în mod liber. Iedera este una din cele mai dăunătoare, putând duce la dezintegrarea zidăriei sau chiar prăbușirea acesteia.

Trebuie ținut cont de plantele agățătoare, pentru care nu există elemente de susținere separate de structură, plante care pot aduce stricăciuni indirecte structurilor de rezistentă prin blocarea sau ruperea jgheburilor și burlanelor de scurgere a apelor de pe acoperiș. La îndepărtarea acestora de pe elementele de zidărie trebuie tinut cont de aderența mare a acestor plante la pereții de care se agață, îndepărtarea realizându-se oricum în două etape: întâi se taie la rădăcină planta iar îndepărtarea ei se face numai după ce aceasta s-a uscat (la uscare se reduce aderenta la pereți), apoi rădăcinile se tratează cu ierbicide astfel încât acestea să nu mai crească din nou.

Rădăcinile de arbori și arbuști pot provoca blocaje în scurgerea apelor de ploaie, ducând în cazuri extreme chiar la distrugerea canalizarilor (prin spargerea sau blocarea lor), cu toate efectele ulterioare pe care le produc.

Rădăcinile unor plante pot pătrunde în mici fisuri ale pietrelor. Procesul lor de creștere provoacă presiuni care tind să lărgească fisurile inițiale, favorizănd pătrunderea apei.

În solurile argiloase, pomii (în special plopii) pot conduce la reducerea umidității din sol până la nivele la care contracția acestuia să producă tasări de fundații și ulterioare fisuri și crăpături în pereții clădirilor.

Bacteriile și lichenii pot provoca degradări ale materialelor de construcție prin producerea de acizi ce reacționează cu materialele pe care acestea cresc sau se depun. De exemplu, bacteriile producătoare de sulfați ce cresc pe piatră, ca și mușchii și lichenii ce produc acizi conduc atacul chimic asupra elementelor de construcție.

Algele, mușchii și lichenii ce cresc pe cărămidă sau piatră sunt puncte în care se acumulează humus ce devine la rândul lui bază pentru plante mai mari (ce pot dăuna și ele la rândul lor). Se adaugă creșterea umidității și posibila înfundare a porilor ce duce în cazul unui înghet la degradarea materialelor cu rezistențe mici.

Algele se pot dezvolta în apa penetrată în materialele poroase, în condiții de temperatură și umiditate atmosferică ridicate. În timpul ciclului de evaporare, dacă nu există altă sursă de umezeală, algele mor, dar sporii depuși de ele permit dezvoltarea de noi alge imediat ce se crează din nou condiții adecvate de umiditate.

Unele micro-organisme se dezvoltă rapid în cazul în care aerul are o umiditate relativă de peste 65%, iar răspândirea lor este stimulată de prezența luminii. O eliminare a acestora presupune localizarea și îndepărtarea sursei de umiditate ce le ajută în dezvoltare.

Există o mare varietate de alge, cele ce apar pe piatră, cărămidă sau beton sunt pulberi sau filamente verzi, roșii sau maro, aderența lor depinzând de condițiile de umiditate (umiditate fără de care nu există alge) precum și de lumina soarelui de la care își iau majoritatea energiei de supraviețuire.

Lichenii sunt o combinație de alge și ciuperci ce se pot reproduce pe suprafețe umede și reci, dar parte din corpul vegetativ (tal) poate pătrunde în porozitățile pietrei și produce micro-formațiuni, determinând în consecință creșterea porozității și micro-fisurare. Aceștia produc acid oxalic ce grabește degradarea elementelor de zidărie prin atacul acid pe care îl produc, dar și încetinesc procesele de uscare după ploaie.

Mușchii au nevoie de o suprafață aspră și umedă, pe care praful sau murdăria se poate aduna, ei putîndu-se dezvolta acolo unde există depozite de humus sau acumulări de reziduuri organice produse de bacterii, animale sau vegetale, și unde odată stabiliți tind să rețină umezeala la suprafața de sprijin. Prezența mușchilor se asociază existenței, cel puțin temporare, a apei, a cărei evaporare o împiedică prin ecranul format.

Infestarea cu mușchi și licheni este impresionantă dar puțin dăunătoare. Aceasta devine dăunătoare prin capacitatea acestor vegetale de a transporta și păstra umiditatea și în zone uscate. Mușchii și lichenii se dezvoltă de obicei în zonele umede ale zidurilor exterioare și pe acoperișurile expuse spre nord. Dauna majoră se manifestă la marginea zonei acoperite unde sunt posibile frecvente alternări umed-uscat ce determină eroziuni similare celor produse de umiditatea ascensională.

Îndepărtarea algelor, mușchilor sau a lichenilor se face prin spălări cu substanțe toxice. Algele și lichenii în stare incipientă pot fi îndepărtați prin stergere cu amoniac, dar culturile dezvoltate se îndepărtează prin pulverizare de formol, dar zidăriile pot fi pulverizate cu soluții de marcă sau mai clasice (apă de zinc, etc.). După îndepărtarea plantelor de pe suprafețe, acestea trebuie periate și chiar răzuite cu atenție pentru a îndepărta complet orice urme, fiind important să se îndepărteze rădăcinile sau orice urme de humus sau să fie umplute orice goluri în care s-ar putea instala plantele din nou.

Ciupercile și mucegaiurile nu necesită lumina soarelui pentru creștere, ele depinzând de mai multe cerințe de bază pentru înmulțire și creștere (alimentarea cu apă și oxigen, temperatura potrivită, un substrat pe care să crească, spațiu de creștere sau sursa de spori). Astfel, o încălzire continuă, o bună circulație a aerului (este uneori suficientă schimbarea poziției mobilierului și / sau amplificarea schimburilor de aer), o eliminarea a umidității sau a apei duce la prevenirea efectelor pe care le produc ciupercile sau mucegaiurile.

Ciupercile pot acționa și prin procese mecanice asupra substratului pătrunzând în structura materialelor unde determină degradări profunde și grave. Ciupercile sunt implicate în procese de biodegradare datorită bogatului echipament enzimatic de care dispun și care le permite să se dezvolte pe numeroase produse organice pe care le folosesc pentru nutriție, prin descompunerea substratelor din care își procură carbonul necesar sau degradează materiale ce conțin compuși de natură proteică pentru asigurarea surselor de azot.

Mucegaiurile apar în încăperi umede și neventilate, cu condiția unui minim de căldură și umiditate relativ constante. Funcție de conținutul de umiditate există mai multe specii de mucegaiuri. Substanțele nutritive pe care se dezvoltă mucegaiurile sunt materiale pământoase, ca varul sau ipsosul, sau materialele organice ca hârtia, lemnul, cleiul, pielea, etc.

Insectele ca factor de degradare

Materialele organice (în principal lemnul) sunt vulnerabile la atacul insectelor. Acestea pot provoca pagube mari prin slăbirea elementelor structurale, și de multe ori sunt mai periculoase decât ciupercile. Foarte importantă este identificarea insectelor astfel încât evaluarea daunelor și a măsurilor ce trebuie luate să fie cât mai corecte. Eradicarea acestora este simplificată deoarece mai multe specii răspund aproape toate la același tratament chimic.

Identificarea tipului de insecte urmează de regulă următoarea procedură, care răspunzânde practic la următoarele întrebări: ce tip de lemn este atacat?, ce dimensiune are gaura de intrare?, cum arată praful din jurul gaurii?, ce fel de deteriorare a avut loc?. Praful din jurul găurilor și găurile cu aspect curat pot indica o activitate continuă a insectelor.

Există multe variante de intervenție împotriva insectelor, mai toxice sau mai puțin toxice, de cele mai multe ori cu metode adaptate la nivelul și amploarea distrugerii și bineînteles la tipul insectelor ce realizează atacul.

Animalele sau păsările ca factor de degradare

Pericolul datorat dăunatorilor (animale sau păsări) din interiorul unei clădiri depinde de locația acesteia, de funcțiunile pe care le adăpostește sau de detaliile de construcție aferente acesteia. Riscul este foarte ridicat la clădiri de adăpostesc alimente (în magazine alimentare sau în depozite), în zone de depozitare sau preparare a produselor alimentare sau în restaurante, riscul fiind la un nivel mediu în clădiri agricole sau în clădiri de locuinte sau birouri, iar în clădirile în care igiena și curățenia sunt păstrate în mod curent riscul de infecție cu dăunători este considerat redus.

Soarecii pot trece prin orificii cu diametru de circa 6mm când sunt pui, iar șobolanii tineri trec prin găuri cu diametru de 9mm. Aceștia sunt foarte buni cățărători și pot săpa pe distanțe lungi pe orizontală (mai ales în lungul conductelor sau a cablurilor îngropate sau în soluri cu duritate redusă). Totodată șobolanii pot provoca incendii prin rosul cablurilor electrice pentru care au o mare afinitate, prin scurt-circuitele pe care le pot provoca.

Porumbeii pot fi împiedicați să pătrundă în interiorul podurilor dacă grilajele de la goluri sau ferestre au ochiuri mai mici de 4cm, iar pentru vrăbii ochiurile trebuie să fie mai mici de 2cm. Păsările, și în special porumbeii, pot deteriora sau, mai bine zis, pot desfigura fațadele clădirilor, iar excrementele lor, pene sau chiar păsări moarte pot bloca scurgerea apelor de ploaie pe jgheaburi sau burlane. Excrementele de pasări sau lilieci sau de insecte sunt alcaline sau acide și provoacă descompunerea la suprafață a pereților, dar infestarea adusă de păsări cuprinde și infestarea cu gândaci sau păduchi.

Câinii și pisicile pot deteriora o clădire prin urină sau prin fecale, care pot infesta o clădire mai ales atunci când aceasta este abandonată și “ocupată” de acestia.

În general, toate geamurile sau golurile trebuie menținute în stare bună de funcționare, precum și o atentă detaliere a elementelor de acoperiș pentru a preveni pătrunderea dăunătorilor. Se recomandă să se țină cont de etanșările conductelor și a golurilor de instalații, prevederea de izolanți la baza ușilor sau de închizătoare-amortizoare pentru acestea.

Prevenirea daunelor date de animale și păsări are nevoie de vigilență și inspecții periodice pentru ca acestea să fie eficace.

Cauze de degradare produse de om

Degradarea produsă indirect de om este complexă și are implicații largi în conservarea clădirilor istorice, problemele fiind foarte complicate și cu influențe puternice din punct de vedere economic sau mai ales industrial.

Producția industrială, împreună cu generarea de electricitate este cauza principală a poluării atmosferice (care la rândul ei generează probleme oricărei activități umane), precum și traficul greu ce generează vibrații, care la rândul lor slăbesc structura de rezistență a oricărei clădiri.

Vibrațiile ca factor de degradare

Vibrațiile sunt dificil de măsurat, iar chiar dacă sunt mici ca intensitate pot afecta în timp o clădire care este într-o condiție proastă, fiind deja afectată de alti factori dăunători. Este totodată dificil de obținut dovada daunelor datorită unui anumit incident, precum și de distins între daunele produse de vibrații și îmbătrânirea inevitabilă a unei clădiri. Oricum, „poluarea” cu vibrații accelerează îmbătrânirea unei construcții proporțional cu intensitatea acesteia, daunele produse fiind de cele mai multe ori ireversibile și foarte greu de intervenit sau reparat.

Există standarde privind nivelul vibrațiilor permise, sau acceptate a acționa asupra clădirilor noi, în acestea nefiind însă prevăzute nivele de permisivitate cu privire la clădirile existente. În standardul german DIN, există o condiție pentru clădirile istorice, condiție ce reduce nivelul vibrațiilor permise la 1/5 din valoarea acceptată pentru clădirile noi. Totuși, aceste standarde nu țin cont de efectul cumulativ al vibrațiilor pe termen lung și de aceea unii autori consideră necesar un nivel al vibrațiilor permise la clădirile istorice de 1/100 din cele permise la clădirile noi.

Efectele observate la clădiri din cauza vibrațiilor sunt variate, ele putând fi consemnate după cum urmează (și fără pretenția de a le cuprinde pe toate): tavanele realizate din șipci tencuite sunt vulnerabile la vibrații (mai ales la cele produse de echipamente pentru realizat piloți); de asemenea orice placare a pereților cu tencuieli ce se pot desprinde de stratul suport; compactarea terenurilor (mai ales în cazul celor nisipoase) cu efecte asupra infratructurilor și suprastructurilor datorită tasărilor inegale.

Neregularități la nivelul drumurilor de circa 2cm provoacă viteze de vârf ale undelor de 5mm/sec. La acest nivel se apreciază că degradări minore se pot produce la o clădire normală, dar că la jumatate din nivelul de mai sus, vibrațiile devin „enervante” pentru locatari. Frecvențele vibrațiilor se situează de regulă într-un interval cuprins între 1 și 45Hz, cele peste 15Hz fiind audibile.

Institutul pentru Studiul Materialelor și Structurilor din Olanda propune pentru limita inferioară a fisurării tencuielilor o viteză limita de 2mm/sec., iar pentru efecte asupra structurilor o viteză de 5mm/sec. Standardul german DIN 4150 propune ca viteze limită pentru clădiri rezidențiale în bune condiții o valoare de 10mm/sec., iar pentru clădiri istorice o viteză de 5 ori mai mică, și anume de 2mm/sec. [2.3]

Totuși cifrele prezentate mai sus sunt pentru construcții obișnuite și nu țin cont de efectele pe termen lung datorate oboselii și îmbătrânirii accelerate.

Vibrațiile date de realizarea piloților (la clădiri adiacente sau în imediata vecinatate) sunt una din cauzele frecvente de degradare a clădirilor vechi, mai ales dacă acestea au fundații slabe sau pereți fisurați. Piloții forați sunt de cele mai multe ori cei ce dau cele mai mici probleme, iar cele mai mari daune sunt produse, funcție și de condițiile de teren, de piloții cu bulbi la bază. Pentru protecția clădirilor istorice se recomandă o supraveghere atentă a execuției și oprirea oricăror operații la apariția de vibrații, chiar cu modificarea ulterioară a soluțiilor de execuție astfel încât să nu mai apară vibrații în clădirile învecinate.

Protejarea clădirilor de vibrațiile induse, în principal de trafic, se poate realiza, de exemplu, prin realizarea de șanțuri (cu adâncime ce depinde de frecvențe, de vitezele undelor, etc., adâncime ce depășește de multe ori 5m) sau montarea de straturi absorbante în alcătuirea drumurilor, precum și reducerea vitezei de circulație și a masei maxime transportate.

Apa subterană ca factor de degradare

Captarea apei subterane poate avea efecte atât la nivel de cartier cât și la nivel de clădire individuală. Astfel, la nivel macro (sau atfel spus la nivel de cartier sau ansamblu de clădiri) captarea apei subterane la nivel industrial poate duce la “scufundarea” sau coborârea nivelului terenului. S-au constatat tasări ale terenului de până la 20cm datorită reducerii nivelului apei subterane, precum și faptul că clădirile “mai grele” se tasează mai mult, iar cele ce au încărcări diferențiate la talpa de fundație duc la tasări inegale cu efecte în elementele structurale.

Modificarea nivelului apelor subterane (prin reducerea acestuia) duce de cele mai multe ori la scăderea capacitații portante a terenului. Fluctuațiile nivelului apelor subterane datorate captării acestora pot duce, de exemplu, la degradarea ireversibila a construcțiilor fundate pe piloți de lemn, piloți de lemn ce pot putrezi și produce astfel tasări incontrolabile din punct de vedere structural.

Un alt exemplu de perturbare a nivelului apelor subterane (și implicit a clădirilor din zonă) este și realizarea canalizarilor de mari dimensiuni sau a tunelurilor de metrou. Este cunoscut că realizarea fundațiilor de adâncime sau a pereților tunelurilor de metrou poate duce la modificarea circulației apelor subterane prin întreruperea curgerii acestora. Astfel, de o parte a pereților mulați se ajunge la o creștere a nivelului apelor subterane, iar de cealaltă parte a pereților mulați (a tunelului de la metrou de exemplu, sau a infrastructurii clădirilor cu mai multe subsoluri) se ajunge la o scădere a nivelului apelor subterane. Aceste situații pot avea implicații considerabile ce decurg din modificarea nivelului apelor subterane. Irigarea extinsă pe suprafețe mari din agricultură poate fi și ea una din cauzele ce produce creșterea nivelului apelor subterane.

Nu este de neglijat una din cele mai frecvente cauze de modificare a nivelului apelor subterane sau a umidității terenului de fundare (cu consecințele ce decurg din aceasta – reducerea capacității portante) și anume curgerea sau spargerea sistemelor de canalizare, sau preluarea defectuasă a apelor pluviale.

Prin modificarea umidității terenului de fundare, mai ales la pamânturile sensibile la acest fenomen, se pot produce tasări mari, adeseori bruște și foarte periculoase pentru rezistența și stabilitatea clădirii. Astfel, de exemplu la pamânturile macroporice (loessuri) pentru care prezența apei de infiltrație duce practic la pierderea a capacității portante, structurile de zidărie (și nu numai) nu-și pot păstra integritatea structurală, evidențiind de cele mai multe ori degradări fizice extinse (fisuri, dislocări).

În cazul terenurilor de fundare alcătuite din pământuri argiloase sensibile la umezire (cu contracții sau umflări mari) chiar și modificarea umiditații ambientale, sezoniere (de la vară la iarnă, de la un anotimp ploios sau mai uscat) duce de la deformații-deplasări ale terenului atât pe verticală cât și în plan orizontal. În structurile amplasate pe astfel de terenuri se produc frecvent degradări fizice (fisuri) ce se pot deschide și închide alternant funcție de gradul de umiditate din teren sau, altfel spus, funcție de etapa de umflare sau contracție a pământului.

Poluarea atmosferei ca factor de degradare

Poluarea atmosferei este rezultatul producției industriale, a activităților comerciale, a încălzirii sau a traficului, iar controlul acesteia este o măsură importantă a prevenirii degradărilor la clădirile istorice.

Există trei mari categorii de poluanți în atmosferă: praful și nisipul fin, ce sunt emise în atmosferă în principal prin coșuri industriale; fum sau particule foarte fine de solide ce prin coagulare formează funingine; diverse gaze, dintre care cele mai importante sunt dioxidul de carbon și dioxidul de sulf.

Poluanții atmosferici ajung la suprafața construcțiilor pe două căi principale: prin dizolvarea în apa de ploaie ce cade pe suprafața construcției sau prin reacție directă cu materialele ce alcătuiesc construcția în sine. Prima variantă este cunoscută ca depunere umedă, iar a doua varianta este cunoscuta ca depunere uscată. Deosebirea dintre cele două tipuri de agresiuni, uscată sau umedă, este importantă, agresiunea umedă având loc doar când plouă sau ninge, pe când agresiunea uscată datorită poluanților atmosferici se desfăsoara practic continuu. Ca importanță fiecare dintre cele două tipuri de agresivitați trebuie judecată funcție de situațiile particulare ale poziției construcțiilor față de acesti poluanți.

Trebuie subliniat că din moment ce carbonatul de calciu este solubil în acizi (mai corect ar fi că reacționeaza cu acizii), majoritatea poluanților sunt factori de degradare pentru zidării (pentru mortarele de var în special). Astfel, chiar și ploaia sau aerul nepoluat pot duce la degradări datorită acidului carbonic rezultat în mod natural (prin prezența dioxidului de carbon), acid ce este capabil să dizolve carbonatul de calciu.

Dioxidul de carbon apare în general în mod natural, ca produs al respirației tuturor fiintelor vii, dar și ca produs al arderilor combustibililor. Este de subliniat că, cantitatea de dioxid de carbon din atmosfera comparativ cu cantitatea de dioxid de sulf este mult mai mare (de circa 600 de ori) în cazul unei poluări atmosferice importante (de exemplu atunci cand se înregistreaza așa numitul „smog”).

Dioxidul de carbon, în combinație cu apa se transformă în acid carbonic ce poate dizolva carbonatul de calciu transformându-l în bicarbonat de calciu Ca(HCO3) ce este solubil în apă. Ploaia acidă ce contine acidul carbonic format natural prezintă un pH cu valoarea 5.6 în zone cu poluare redusa, dar aceasta (ploaia acidă) poate prezenta o valoare extrema pH de 4 în zone puternic poluate (vezi orașele mari), cu valori des întâlnite ale pH de 4.6. Este de subliniat ca puterea acidului cu pH 4 este de circa 25 de ori mai mare decât a acidului cu valoarea pH 5.6, aceasta datorită prezenței dioxidului de sulf din zonele puternic poluate (marile orașe) ce genereaza acid sulfuric mult mai puternic decât acidul carbonic, chiar în concentrații mici ale acestuia.

Se știe ca ploaia acidă atacă elementele de construcție neprotejate, dar există puține cunostințe despre mecanismele reale de degradare datorită ploii acide, despre influența climatică asupra acestor procese de degradare sau despre anumiți poluanți ce pot funcționa ca și catalizatori pentru alți poluanți.

Dioxidul de sulf apare în principal ca produs al activității umane (ca rezultat al arderii combustibililor, mai ales a motorinei și benzinei sau a cărbunilor), dar o cantitate importantă apare și din cauze naturale (activitatea vulcanică este principalul generator de dioxid de sulf, dar și unele bacterii genereaza dioxid de sulf), densitatea acestuia depinzând foarte mult de locație (în localitate sau în afara localitaților mari, la marginea sau înspre centrul acestora).

O seama de alți poluanți atmosferici, cu importanță mai mare sau mai mică, ce pot fi trecuți în revistă sunt: ozonul, monoxidul de carbon, dioxidul de azot, diverse cloruri, asbestul, mercurul sau policlorura de vinil, iar lista poate continua.

Principalele procese de degradare a materialelor

Fenomenele de degradare ale materiei, manifestate la nivelul suprafeței de contact cu mediul ambiant, constituie un prim indicator al stării de conservare sau degradare.

Frecvent, diverse procese fizice, chimice și biologice sunt prezente concomitent iar uneori sunt legate între ele într-o succesiune cauzală, având o evoluție specifică funcție de proprietățile fizice și chimice ale materiei și de diferiți factori de mediu.

Relațiile între diverși agenți agresivi sunt complexe, încât deseori nu este posibilă stabillirea unui responsabil principal pentru degradarea materialelor, umiditatea fiind un principal factor generator și favorizant al alterării acestora, în strânsă legatură cu caracteristicile de porozitate ale materialelor puse în operă.

Principalele procese fizice (în mare parte prezentate anterior) ce contribuie la degradarea materialelor sunt rezumate mai jos:

dilatări și contracții succesive ale masei afectate de variațiile termice, generatoare de tensiuni interne;

acțiuni mecanice ale apei care prin schimbarea stării de agregare (îngheț, evaporare) generează tensiuni ce produc desprinderi, dezagregări superficiale, porozități, fracturi;

acțiuni mecanice din cristalizarea sărurilor în soluție apoasă, care prin mărirea de volum asociată procesului, induc tensiuni ce produc degradări similare celor din îngheț;

acțiunea abrazivă a vântului, care transportând pulberi, produce erodarea progresivă a suprafețelor expuse;

uzura fizică, normală sau prematură, din condițiile de exploatare, normale sau neraționale;

îmbătrânirea naturală, care produce modificarea lentă a structurii și a anumitor proprietăți a materialelor.

Procesele fizice sunt în mod special periculoase când sunt asociate unor procese de natură chimică.

Procese chimice de degradare

Procesele chimice de degradare au la bază reacții chimice între compușii prezenți în materialele puse în operă, în apă și în diverși compuși poluanți conținuți în apă sau în atmosferă, reacții care conduc la formarea de săruri, cu caracteristici și efecte diverse. Spre exemplu, în cazul zidăriilor ca procese chimice de degradare se pot enumera: modificări de solubilitate, mod de cristalizare, culoare, modificări de volum cu efecte similare înghețului, modificări de rezistență mecanică.

O caracteristică fundamentală a sărurilor, cu implicații în lucrările de asanare, este higroscopicitatea, respectiv capacitatea unor săruri de a absorbi vaporii atmosferici și ai transforma în apă, explicându-se astfel prezența umidității în condițiile unei protecții hidrofuge optime.

Influența sulfaților asupra elementelor de zidărie

Prezența sulfaților în zidării este legată de ascensiunea capilară a apelor subterane, atmosfera poluată, vecinătatea mării, prezența unor microorganisme capabile să metabolizeze sulful în sulfați, sau compoziția materialelor puse în operă.

Degradarea tipică produsă de aceste săruri este eroziunea datorită eflorescențelor produse prin cristalizare cu creștere de volum.

Sulfații sunt deosebit de periculoși datorită capacității lor de a cristaliza cu diverse cantități de apă, ceea ce produce modificări de volum variabile în funcție de umiditatea relativă, și deci variații de tensiuni în interiorul zidului sau a tencuielii afectate. Spre exemplu, în cazul sulfatului de sodiu o umiditate relativă a aerului de 75% determină o creștere de volum de până la 40%.

Prezența sulfaților este ușor identificabilă prin simptomele tipice: dezagregare superficială (friabilitate) a materialului, desprinderi de zugraveli și tencuieli, coroziune superficială. Totodată nu întotdeauna zonele afectate prezintă semne de umiditate, întrucât apa care favorizează procesul chimic este eliminată prin evaporare.

Influența clorurilor asupra elementelor de zidărie

Clorurile sunt prezente în special în zonele marine sub formă de clorură de sodiu. Apa și sarea transportate prin ascensiunea capilară și de vântul marin, condensând rapid la contactul cu zidăria.

Clorurile sunt foarte dăunătoare dacă sunt prezente în apa folosită la mortare. În combinație cu alte săruri clorurile devin higroscopice, având astfel o mare capacitate de absorție a apei și vaporilor.

Pentru cristalizare, clorurile au nevoie de o umiditate relativă foarte scăzută. În consecință sunt rare daunele cauzate de aceste săruri prin variații de volum.

Influența carbonaților asupra elementelor de zidărie

Carbonatarea este un fenomen prin care substanțele pierd hidrogenul și oxigenul îmbogățindu-se cu carbon. Acest proces are loc prin acțiunea anhidridei carbonice (dioxid de carbon), un exemplu tipic fiind priza mortarului de var gras.

Daunele majore provocate în construcții de alterarea carbonaților sunt manifestările de tip carstic ca urmare a spălării bicarbonatului de calciu format din transformarea carbonatului de calciu prin acțiunea apei și anhidridei carbonice, deci a acidului carbonic.

Influența nitraților și nitriților asupra elementelor de zidărie

În general nitrații și nitriții sunt săruri higroscopice și sunt foarte solubile în apă (excepție face salnitrul – nitratul de potasiu).

Prezența nitraților este în mod obișnuit legată de fenomene de descompunere a materialelor organice sau de folosirea acidului nitric ca fertilizant, prezent în sol sub formă de nitrat de sodiu.

Nitratul de calciu are capacitatea de a absorbi mari cantități de apă și vapori. Astfel, în stare solubilă poate cristaliza la o temperatură de 25°C și o umiditate relativă de circa 50% producând agresiuni asupra componentelor zidăriei traversate de nitratul de calciu.

Tabelul 2.1 – Tipuri de săruri și degradările produse de acestea. [3.6]

Alterări vizibile – Caracteristicile generale ale eflorescențelor și crustelor negre

Eflorescențele se prezintă ca pete albicioase, cristaline sau amorfe, deseori localizate în zone uscate, protejate de ploaie, unde evaporarea facilitată ajută formarea de depozite cristaline. Eflorescențele se formează la contactul cu umiditatea ascensională din teren sau cea provenită din infiltrații directe din exterior.

Când apa provine din teren, ea tinde să migreze către suprafața liberă a peretelui, uscată de vânt sau soare. În aceste condiții se manifesta două fenomene: depozitarea prin evaporare a cristalelor saline pe suprafață și obturarea capilarelor superficiale. Se produce astfel o crustă superficială localizată la baza zidăriei. Această crustă împiedică evaporarea aportului succesiv de umiditate din teren, evaporare ce are loc prin intermediul capilarelor situate la un nivel imediat următor. În consecință, se formează noi cristale mai mari în spatele celor precedente, acestea din urmă fiind împinse spre exterior. Crusta inițială se desprinde de suprafață inițiind fenomenul de dezagregare ce continuă în mod analog.

Procesul descris este caracteristic formării de eflorescențe pe baza umidității care circulă prin capilaritate urmând un traseu caracterizat printr-un unic sens, de la intrare la ieșirea către exterior sau interior.

Eflorescențe nu trebuie confundate cu vălurile superficiale albicioase de carbonat de calciu care se formează pe suprafața exterioară a zidăriilor ca urmare a unui fenomen diferit de cel descris mai sus. Formarea acestor văluri se datorează unei circulații a umidității în dublu sens, respectiv la intrare și ieșire prin aceeași parte. Acest proces poate avea loc numai deasupra terenului și pe fața externă a zidului și este legat de acțiunea ploii conținând anhidridă carbonică (bioxid de carbon) asupra carbonatului de calciu din pietrele calcaroase dar mai ales din mortare. Uscarea suprafeței după ploaie provoacă reîntoarcerea apei către aceeași suprafață de această dată saturată de sarea de calciu formată. Eliminarea apei și a unui exces de bioxid de carbon determină depunerea carbonatului de calciu sub formă de văl superficial. Fenomenul tinde să se stabilizeze, întrucât stratul format reduce porozitatea superficială a zidăriei obturând progresiv porii capilari și împiedicând o succesivă pătrundere a apei de ploaie.

Crustele sunt în general pelicule subțiri (0.5-3.0mm), compuse din straturi suprapuse de carbon, cristale de ipsos, cuarț, calcit microcristalin, pulberi, compuși bituminoși și feroși. Formarea lor este strâns legată pe de o parte de conținutul în ipsos al suportului atacat, ipsos format prin procesul chimic arătat mai sus și legat de prezența în atmosferă a anhidridei sulfurice, și pe de altă parte de fenomenele termo-higrometrice (condens) produse în zone de umbră termică, ce nu sunt expuse direct ploii.

Culoarea crustelor variază de la gri la negru. Se pot prezenta ca stratificații de pulberi sau ca straturi neregulate a căror grosime poate uneori ajunge la 2cm, determinând degradări grave ca: o creștere a porozității, fisuri consecutive, fracturi și căderi de material.

Degradarea zidăriilor din piatră

Caracteristici și procese de degradare specifice pietrei din alcătuirea zidăriilor de piatră

Folosirea pietrei caracterizează frecvent cele mai vechi construcții de locuit din anumite regiuni ale țării. De proveniență locală (inclusiv din construcții anterioare), pietrele (cioplite sau brute) sunt utilizate cu precădere la realizarea masei zidăriilor, dar și a unor elemente structurale locale sau ca material de finisaj. Uneori se întâlnesc zidării mixte din piatră + cărămidă sau piatră brută + piatră cioplită.

Pietrele folosite curent în Romania sunt cele calcaroase (în diverse sortimente) și cele silicioase (gresii, granituri, conglomerate).

Zidăriile tradiționale din piatră au de cele mai multe ori paramente tencuite, și sunt alcătuite din pietre de natură și dimensiuni diferite, legate cu mortare de var, de obicei hidraulic, și nisip grăunțos. Uneori pietrele sunt relativ omogene ca natură și dimensiuni, alteori zidăriile sunt heterogene sau devin heterogene în urma unor intervenții ulterioare.

Pietrele folosite provin din roci cu origine, compoziție mineralogică și structură foarte variate, și prezintă caracteristici și comportamente diferite. Identificarea tipului de piatră (chiar și aproximativă) este în general posibilă printr-un examen vizual privind culoarea, textura și structura pietrelor, ceea ce permite încadrarea într-una sau în alta dintre categoriile de roci descrise în manualele de specialitate, cu respectivele caracteristici fizice, chimice și mecanice. În cazul unor dubii, și pentru determinări de precizie privind diverse caracteristici (de compoziție, structură, textură) sunt necesare prelevări de probe și analize de laborator ale acestora.

Procesele de degradare ale pietrelor sunt foarte complexe, depinzînd pe de o parte de caracteristicile fizico-chimice și mineralogice specifice fiecărui tip de piatră, și pe de altă parte de natura, intensitatea și frecvența factorilor agresivi și posibilele interacțiuni ale acestora.

Mult timp s-a considerat că principalii factori agresivi implicați în procesele de degradare sunt cei de natură fizică (variații de temperatură, îngheț, etc.). Studii recente tind să acorde prioritate explicării fenomenelor de degradare pe baza acțiunilor de natură chimică și chiar biologică. Astfel în cadrul pietrei se disting trei grupe mari de acțiuni generatoare de degradări: acțiuni fizice (variații termice, de umiditate, acțiuni mecanice, acțiuni eoliene), acțiuni chimice (alterări ale silicaților, carbonaților, mineralelor de fier), acțiuni biologice (macro și micro-organisme).

Acțini fizice de degradare a pietrei din alcătuirea zidăriilor de piatră

Variațiile de temperatură

Orice variație de temperatură (cicluri sezoniere și diurne) produce micro-variații dimensionale ale cristalelor, cu valori diferite în diferite direcții (cu excepția celor care conțin cristale în sistemul cubic).

Dacă temperatura se menține între limitele admise de rețeaua cristalină, mișcările induse nu produc propriu-zis o degradare, dar periodicitatea acestora poate determina, de exemplu, o anumită porozitate în materiale neporoase. Prin variații termice de mai mare amplitudine, dilatările și contracțiile induse pot depăși limitele admise de legăturile din anumite rețele cristaline și genera astfel dezagregări locale.

Frecvent pietrele sunt compuse din minerale diverse, cu comportament termic diferit. Dilatările diferite ale diferitelor cristale generează tensiuni ce pot conduce la efecte de decoeziune. De exemplu este cazul diferitei cantități de căldură absorbită de particulele de culoare inchisă față de particulele de culoare deschisă, sau de coeficienți de dilatare diferiți. Astfel de caracteristici pot induce tensiuni importante chiar la variații de temperatură de câteva grade.

Înghețul – ca efecte asupra pietrei din zidării

Pietrele care prezintă o anumită porozitate pot absorbi, prin îmbibare sau higroscopicitate, o cantitate de apă care poate satura complet interstițiile goale.

Chiar și pietrele foarte compacte pot prezenta fisuri superficiale sau profunde, în care apa poate pătrunde cu ușurință. În plus, suprafețele externe prezintă inevitabil discontinuități în măsură să rețină molecule de apă.

Când temperatura coboară se produc două efecte: piatra tinde să se contracte, în timp ce apa conținută se solidifică mărindu-și volumul cu circa 10%, producînd o presine de circa 165daN/cmp. Cele două presiuni se însumează putând genera tensiuni interne, local chiar foarte ridicate, care produc dezagregarea mineralului respectiv.

În cazul pietrelor gelive (cele mai expuse la acțiunea înghețului) se pot verifica două efecte distincte: o acțiune superficială care provoacă fragmentarea suprafeței externe ce apare erodată și dezagregată în mod neregulat dar care lasă structura internă a materialului aproape nealterată, și o a doua acțiune, câteodată caracterizată prin efecte invizibile în stratul superficial, dar capabilă să diminueze coeziunea întregii mase și să producă o reducere a rezistenței mecanice (peste 15%).

Este foarte dificila estimarea gelivității unei pietre. În general aceasta este legată de trei caracteristici: tipul de porozitate, slabă rezistență la compresiune și întindere, slabă coeziune a materialului, care totuși nu pot fi considerați indicatori siguri. Astfel travertinul este o piatra foarte poroasă dar nu este gelivă, în timp ce unele conglomerate foarte compacte sunt gelive.

Se tinde să se excludă posibilitatea ca gelivitatea singură să poată produce dezintegrarea pietrelor, în special a celor dure și compacte, cum ar fi graniturile.

Cristalizarea sărurilor – ca efecte asupra pietrei din zidării

Sub atac acid, carbonații care se gasesc în compoziția pietrelor, conduc la formarea de soluții saline. Formațiuni saline se pot găsi în porozitățile pietrelor și din alte surse: transportul de săruri din teren de către apa capilară, contactul cu aerul marin, substanțe chimice prezente în alte materiale de contact.

Dintre numeroasele săruri solubile în apă, cele care prezintă interes în cazul de față sunt sulfatul de calciu, sulfatul de magneziu, clorura de sodiu și sulfatul de potasiu.

Formarea de cristale saline prin evaporarea apei în apropierea stratului superficial este însoțită frecvent de creștere de volum care generează tensiuni similare celor din îngheț. Frecvența fenomenului depinde de ciclurile de îmbibare și evaporare. Acestea depind de variațiile a numeroși factori: caracteristicile materialelor (porozitatea și compactitatea pietrei), variațiile condițiilor de umezire (diverse forme de îmbibare sau absorbție higroscopică) și de variațiile condițiilor care influențează evaporarea superficială (temperatura, umiditatea relativă, ventilarea).

Acțiuni eoliene – ca efecte asupra pietrei din zidării

În raport cu viteza, direcția și turbulențele produse de obstacolele întâlnite, vântul desfășoară în principal o acțiune de transport, accelerare și distribuție neomogenă a ploii și prafului pe suprafețele expuse.

Ca purtător de molecule de apă, este un factor de amplificare a efectelor apei. Astfel, viteza vântului poate amplifica volumul și presiunea fluxului hidric în faza de îmbibare. Funcție de direcție, poate determina udarea unor porțiuni în mod obișnuit protejate.

Acțiunea vântului accelerează ciclurile de evaporare, ceea ce, în faza de uscare, intensifică migrația umezelii de la exterior spre interior.

Ca purtător de pulberi și particole solide, vântul exercită o acțiune abrazivă asupra stratului extern, producînd și amplificînd discontinuități superficiale care permit alte atacuri și procese degenerative.

Acțiunea vântului contribuie la îndepărtarea porțiunilor de materie care au suferit deja procese degenerative, dezagregându-se, dar au rămas temporar pe loc. Acest fapt reduce funcția protectivă a straturilor externe, chiar degradate, față de cele interne, expunând factorilor agresivi alte porțiuni de materie.

În aer se află frecvent pulberi anorganice sau organice, molecule de hidrocarburi nearse, particole carbonice etc. care tind să se depoziteze.

Acumularea lor, în asociere cu apele meteorice, poate provoca diverse efecte, distribuite neomogen și care alterează aspectul suprafetelor exterioare. În plus, pulberile pot conține săruri sau substanțe acide a căror depozitare, împreună cu apa de ploaie, poate provoca atacuri acide succesive. În cazul când pulberile conțin particole organice, acestea pot genera micro-organisme de diverse tipuri, fiind cauza unor atacuri biologice.

Acțiuni chimice – ca efecte asupra pietrei din zidării

Chiar și în prezența unor acțiuni fizice, principalii factori generatori ai proceselor de dezintegrare și descompunere par a fi cei de natură chimică.

Marea majoritate a pietrelor folosite în construcții sunt compuse din carbonați sau silicați. Fiecare dintre aceste grupe de compusi face obiectul unor reacții chimice care pot determina transformări.

Alterarea silicaților din alcătuirea pietrelor de zidărie

Mineralele constituite în principal din silicați sunt destul de numeroase (roci eruptive, unele roci sedimentare) și diferă prin compoziția chimică și conformarea rețelei cristaline, fiecare putând avea un comportament propriu la acțiuni agresive. Toate însă pot fi degradate prin efectul unui atac chimic de tip acid.

Procesul de alterare la nivelul rețelei cristaline pare să fie cauzat de sustituirea anumitor ioni pozitivi (sodiu, potasiu, etc.) cu ioni pozitivi de hidrogen care prin raportul mare sarcină / masă ar provoca distrugerea rețelei.

Mineralele prezente în respectivele roci se transformă succesiv în diverse minerale de alterare, până la minerale argiloase, în finalul procesului. În aceste procese lente, pietrele tind să piardă alcalii și oxizii de siliciu, în favoarea oxizilor de fier și aluminiu.

Compușii finali, argiloși, au o mare putere de îmbibare și în urma absorbției de apă suferă o importantă creștere de volum. Astfel, orice particulă alterată a rocii poate prin dilatare genera tensiuni interne capabile să producă dezagregarea materialului, să provoace pătrunderea apei și uneori chiar dezintegrarea.

Procesele sunt accelerate dacă apa (ploaie, vapori, ceată) este acidă, conținând anhidridă carbonică, andidridă sulfuroasă și sulfurică în concentrații diverse, mai mari în zonele urbane și industriale. Cu cât concentrația de anhidride în atmosferă este mai mare (prin poluare) și condițiile de umezeală mai frecvente, cu atât gravitatea atacului acid este mai mare.

Alterarea carbonaților din alcătuirea pietrelor de zidărie

Rocile calcaroase sunt compuse în principal din carbonat de calciu. Sunt roci sedimentare ce conțin carbonați în procente variabile.

Și carbonații suferă atacuri chimice de tip acid, în aceleași condiții de mediu descrise pentru alterarea silicaților. Diferite sunt însă procesele chimice care se pot dezvolta.

Calcarele compacte suferă atacul acid în suprafață. În urma unei ploi acide sau a condensării de vapori conținând anhidridă carbonică sau sulfurică, stratul de molecule de apă în contact direct cu materialul poate fi caracterizat de o miscare relativ lentă sau turbulentă și accelerată, funcție de tipul precipitațiilor, viteza vântului, expunerea și conformarea suprafețelor.

În cazul absenței acestei mișcări sau al unor mișcări laminare mai lente (când atacul acid are ca suport ceața sau vaporii condensați pe suprafețe ce nu sunt expuse ploii) sărurile solubile nu sunt deplasate și pot recristaliza la suprafață. Se formează cruste („cruste negre”) compuse din cristale de sulfat de calciu (50-70%), cristale de bicarbonat de calciu și particole carbonice. Aceste cruste au o structură relativ compactă și stabilă.

Dacă inițial procesul de transformare a carbonaților în săruri solubile interesează numai stratul superficial, cristalele de ipsos (sulfați de calciu) mai solubile ca cele de calcit, sunt ulterior dizolvate de pelicula superficială de apă de ploaie formând porozități și canale microscopice care expun noi molecule de carbonat acțiunii acide și cresc grosimea crustei. Procesul de atac chimic tinde astfel să se dezvolte în porozități minuscule, mărindu-le și extinzăndu-le.

În cazul unei pietre foarte compacte, procesul se desfășoară foarte lent în faza inițială, dar tinde să se accelereze odată cu creșterea porozității superficiale provocată de el însuși.

Această acțiune poate fi însoțită și de alți factori. Spre exemplu, în cazul anumitor calcare compacte ale căror cristale de calcit prezintă o dilatare termică majoră și în condițiile unor variații termice repetate, tensiunile interne provocate cresc porozitatea superficială favorizând dezvoltarea lentă a atcurilor chimice.

Când suprafața pietrei este expusă acțiunii ploii batante sau unor fluxuri hidrice rapide și turbulente, se produce îmbibarea cu soluție acidă, procesul de producere al sărurilor se activează și generează un strat de ipsos și calcit ca și în cazul anterior. Aceștia însă fiind solubili, sunt spălați de prelingerea fluxului hidric și nu au condiții să recristalizeze. La oprirea fluxului de apă un strat a fost îndepărtat, dar rămâne un altul foarte subțire, îmbibat cu apă, ce recristalizează în forme cu granulație mult mai fină decât a cristalelor originale, facilitând acțiunea succesivă de formare a sărurilor și îndepărtarea acestora.

În aceste cazuri se formează zone de culoare deschisă, erodate și cu rugozități neregulate, indicând o degradare superficială ce poate fi la fel de gravă ca cea semnalată de crustele negre.

Acțiunea particolelor carbonice asupra pietrelor din zidării

Conform unor studii recente, prezența în atmosfera mediilor urbane a particulelor carbonice rezultate din combustii are un rol foarte important în procesele de sulfatare a pietrelor calcaroase. Se pare că aceste particole acționează ca niște catalizatori în oxidarea catalitică a anhidridei sulfuroase, produsă în prezența acestora în suspensie apoasă și independent de aciditatea soluției.

În pietrele calcaroase poroase apa pătrunde și atacul se poate produce mai în profunzime. Atacul acid face carbonatul de calciu să devină solubil și să fie îndepărtat cu apa, crescând porozitatea pietrei și făcând-o mai expusă atacurilor succesive.

Dacă piatra este expusă spălării, se produce o îndepărtare progresivă de material rezultând aspectul de suprafață erodată.

Dacă piatra nu este expusă spălării, atacul acid se produce prin absorbție higroscopică, transformarea în profunzime a carbonaților depinzînd de apa internă. Aceasta tinde să migreze spre exterior și să se evapore la suprafață, unde sărurile precipită și cristalizează în pori producând prin creșterea de volum, dezagregarea locală a pietrei și formând cruste fragile. Acestea la rândul lor fac obiectul acțiunilor fizice până la dezagregarea lor completă, expunând un nou strat deja poros și predispus la noi dar inevitabile atacuri.

Alterări și pete datorate mineralelor de fier asupra pietrelor din zidării

Pete sau prelingeri, dar și alterări mai profunde ale carbonaților se pot manifesta prin oxidarea piritei sau dizolvarea sideritului ce pot fi prezente în mici cantități. Simptomatologia cea mai evidentă este o alterare de culoare ce poate afecta pietre calcaroase expuse atmosferei, la exteriorul și la interiorul construcției, alterarea putând ajunge la profunzimi variabile.

Sulfura de fier (pirita) oxidează în contact cu aerul producând sulfat de fier care, la rândul său, prin hidroliză crează condițiile de aciditate pentru atacarea carbonatului de calciu formând sulfat de calciu solubil și carbonat de fier. Acesta tinde să se transforme în hidroxid de fier solubil în apă care determină schimbarea de culoare.

Acțiuni biologice asupra pietrelor din zidării

Multe alterări ale pietrelor calcaroase sunt legate, după unii autori, de forme microbiene, tiobacilii, capabili a se dezvolta în medii anorganice. Degradarea calcarelor în prezența tiobacililor poartă denumirea de “maladie în plăci” întrucât părțile alterate se prezintă sub forma unor plăci desprinse și în curs de dezagregare sub care se găsește pulbere de sulfat de calciu rezultat din transformarea carbonatului, transformare care se pare a fi cauzată de mediul acid produs de bacterii sulfuroase.

Atacuri acide asupra rocilor calcaroase pot fi provocate de excremente acide depuse de păsări.

Caracteristici și procese de degradare specifice cărămiziilor din alcătuirea zidăriilor.

Funcție de compoziția argilelor utilizate și de modul de producere, cărămizile au caracteristici diferite și comportament diferit față de procesele de degradare. Aceste procese depind de caracteristicile de porozitate, determinante pentru capacitatea de absorbție a apei, ca și de prezența sărurilor și altor compuși solubili, al căror principal vehicul îl constituie apa și care generează procese chimice însoțite de acțiuni fizice și mecanice.

Porozitatea cărămizilor este foarte variabilă și depinde de compoziția argilei, de modul de prelucrare (epurare, modelare, uscare) și în mod special de temperatura arderii, principalul factor care influențează dimensiunea și distribuția porilor. Cărămizile bine arse au culoare intensă roșu-vânăt, la lovire produc un sunet clar și au un număr mare de pori mici.

Funcție de zona geografică și din cauza unor deficiențe în prelucrarea materiei prime, în compoziția argilelor utilizate la producerea cărămizilor pot exista, în afara bisilicatului de aluminiu hidratat ca principală componentă și alte substanțe: fier, magneziu, calciu, mangan, granule de calcar, sulfați, substanțe organice, etc., cu efecte diverse asupra comportări în timp a cărămizilor.

Funcție de conținutul argilei, în cărămizi se pot găsi după ardere sulfați de calciu și alte săruri solubile care produc eflorescențe și fenomene de dezagregare.

Ponderea componentelor pe bază de fier poate avea ca efect modificarea colorației.

Dacă argila conține granule de calcar, prin ardere acesta se transformă în var nestins. Prin hidratare ulterioară, aceste particule cresc în volum și produc fracturi în cărămizi.

Prezența substanțelor organice în argilă conduce la cărămizi puțin rezistente și foarte poroase.

Procesele de degradare a cărămizilor dau naștere la fenomene diverse, de la simple alterări cromatice până la reduceri de rezistență mecanică, fragmentări, dezagregări sau dezintegrări de material.

În afară de factorii de degradare congenitali menționați mai sus, aceste procese au la bază în principal acțiuni fizico-mecanice și reacții chimice, legate de prezența apei și a sărurilor solubile (provenite din compoziția materialelor puse în operă sau din mediul ambiant și transportate de apă către suprafețele de evaporare), ca și de interacțiuni între diversele materiale ce intervin în alcătuirea constructivă.

Acțiuni fizice în procese de degradare specifice cărămizii

Formarea cristalelor de gheață ca și cristalizarea sărurilor în soluție apoasă în interiorul materialului induc, prin creșterile de volum pe care le implică, tensiuni importante în masa cărămizii, producând microfisuri și desprinderi superficiale ale materialului sub formă de așchii mărunte sau solzi.

În general, prezența sărurilor solubile este legată de compoziția solului (sulfați și nitrați), de atmosfera poluată și de apa de ploaie conținând uneori concentrații ridicate de anhidridă carbonică și anhidridă sulfurică și sulfuroasă, de compoziția cărămizilor, ca și de contactul cu apă sau aer marin, ceea ce, prin diverse reacții chimice, poate conduce la formarea de sulfați de magneziu, calciu și sodiu, cu respectivele consecințe privind procesele de degradare amintite.

Prezența sărurilor în soluție apoasă produce efecte diferite funcție de tipul de sare, concentrație și caracteristicile porilor în care se dezvoltă procesele de recristalizare. Efectele cele mai grave, compatibile cu cele produse de îngheț, sunt provocate de sulfatul de magneziu, a cărui cristalizare se produce cu o creștere mare de volum, generând exfolieri superficiale sub formă de solzi. Deasemenea cristalizarea sulfatului de sodiu, cu volume și forme diverse funcție de temperatura și umiditatea mediului, produce tensiuni în măsură să determine dezagregări superficiale ale materialului.

Dacă evaporarea are loc pe fața cărămizilor, se produc eflorescențe saline în bandă continuă de-a lungul liniei de separație între zidăria umedă și cea uscată sau sub formă de pete locale.

Eflorescențele saline au manifestări diferite funcție de tipul de sare, ce poate fi recunoscut pe baza unui examen in-situ funcție de aderența la fața cărămizii, solubilitatea în apă sau acid clorhidric, miros, reactivitate chimică la acid clorhidric, astfel:

Sulfații de sodiu și potasiu produc formațiuni de aderență slabă, aspect pulverulent, moi la contact tactil, ramificate, cu mici ace și flori cristaline, foarte solubile în apă și cu miros sărat.

Sulfatul de magneziu produce eflorescențe cu aceleași caracteristici de mai sus, dar cu miros amar.

Sulfatul de calciu produce formațiuni foarte aderente la suprafața cărămizii, insolubile în apă, fără miros și inerte la acid clorhidric.

Carbonatul de calciu produce eflorescențe de forma unui văl aderent și ușor, insolubile în apă și care dezvoltă efervescență mare cu acidul clorhidric.

Dacă din diverse motive cristalizarea sărurilor are loc imediat sub suprafață, se produce o eroziune superficială numită cripto-eflorescență și dacă fenomenul continuă, poate duce la dezagregarea cărămizilor.

Un fenomen tipic de degradare cauzată de cristalizarea sărurilor este eroziunea alveolară, un timp atribuită acțiunii mecanice a pulberilor purtate de vânt. Studii recente atribuie acțiunii eoliene doar efectul de accelerare a evaporării nu numai în suprafață ci și în interiorul porilor superficiali, generându-se un flux hidric accentuat dinspre interior spre exterior. În zona de evaporare se formează importante depozite de săruri cristalizate a căror presiune asupra stratului superficial al cărămizii generează fracturi în formă de cratere. Aceste cavități cresc suprafața de evaporare și efectul vântului, ceea ce duce la creșterea progresivă a dezagregării.

Acțiuni chimice în procese de degradare specifice cărămizii

Cărămizile, ca și mortarul care le leagă, pot fi atacate de ape acide. Fenomenul, ce conduce la formarea de săruri solubile, este legat în principal de prezența nitraților conținuți în fertilizanți și a sulfatului de magneziu, calciu și sodiu datorită fixării anhidridei sulfurice din atmosfera poluată.

Alterări permanente de culoare pot rezultă din prezența sulfatului feros (care reacționează cu carbonatul de calciu din mortar producând carbonat și hidroxid de fier solubil) sau, mai rar din descompunerea unor compuși ai sodiului și potasiului care dau o colorație galbenă sau verde-gălbui. Prezența acestor săruri solubile poate induce alterări și la nivelul tencuielilor prin migrație lichidă și evaporare superficială.

Caracteristici și procese de degradare specifice mortarelor din alcătuirea zidăriilor.

Mortarele folosite la zidăriile tradiționale sunt în general mortare de var gras și var hidraulic, a căror calitate și durabilitate depinde de dozaj, de corectitudinea preparării liantului, dar mai ales de calitatea nisipului și a apei întrebuințate la preparare.

Lianții utilizați la realizarea mortarelor pentru zidării:

Varul se obține prin arderea pietrei de calcar, rocă sedimentară compusă din carbonat de calciu și cantități variabile de impurități (carbonat de magneziu, argilă, silice, oxizi de fier). În stare naturală, calcarul se prezintă sub aspecte extrem de variate datorate stării de cristalizare și impurităților, cel mai bun var de tencuială fiind cel obținut din pietrele calcaroase prezente în albia râurilor.

Varul aerian, se obține în mod curent din calcar compact, cu granule cristaline foarte mici, invizibile cu ochiul liber. Pentru a nu fi afectate proprietățile lui de liant, procentul de impurități trebuie să fie sub 5%. Varul gras (alb) se obține din calcarele cele mai pure. Cu cât structura cristalină e mai mică, cu atât varul stins rezultă mai plastic și cu atât se amestecă mai bine cu materialul inert. Prin arderea pietrei de calcar se obține varul nestins. Prin stingerea acestuia în apă, cu degajare de căldură și mărire de volumului de 2-3 ori rezultă pasta de var (soluție saturată de hidroxid de calciu) ce face priză lentă, prin carbonatare, în prezența bioxidului de carbon din aer.

Varul hidraulic (negru), se obtine din calcare marnoase (calcare cu conținut mare de argilă, respectiv oxizi de siliciu și aluminiu, care constitue așa numiții factori de hidraulicitate) care se ard, se pisează și se sting prin stropire. Priza și întărirea consecutivă se produc prin hidratare și formare a silicaților, mai întâi coloidali și apoi cristalini. Componența principală o reprezintă silicatul de calciu hidratat. Își menține calitățile mecanice în mediu umed. Varurile hidraulice provenite din calcare cu un conținut de argilă de peste 30% (marne calcaroase) se numesc cimenturi naturale.

Materiale din componența mortarelor, altele decât lianții

Sunt produse naturale sau artificiale cu o granulatie suficient de fină ce intră în compoziția mortarelor alături de liant și apă. Unele sunt inerte, altele pot reacționa lent cu varul. Materialele cel mai des folosite sunt nisipul, pozzolana, trassul, praful de piatră sau marmură și cărămida pisată. Acestea trebuie să fie constituite din granule rezistente și nefriabile, să nu provină din roci descompuse sau din gips și să nu conțină impurități organice sau argiloase.

Granulometria materialelor de umplutură este foarte importantă, influențând direct cantitatea de liant din mortar; diversele diametre trebuie astfel alese încât suprafața materialului ce trebuie acoperită de var să fie cât mai mică, încât contracția la uscare să fie redusă.

Nisipul – ca material din componența mortarelor

Trebuie să fie nisip silicios de râu sau de carieră; nisipul marin este de evitat, pe cât posibil. Granulele nu trebuie să fie rotunde, ci să prezinte suprafață rugoasă în măsură să sporească aderența și, în consecință, rezistența mortarului întărit.

Este întotdeauna util să se procedeze la o spălare prealabilă a nisipului (precauție ce nu e necesară în cazul pozzolanei, prafului de piatră sau de cărămidă).

Nisipul poate determina în timp degradări diferite, funcție de compoziția sa:

– eflorescențe sau dezagregări ale mortarului prin descompuneri de substanțe dacă nisipul conține particule de pămant sau argilă, săruri (nisip marin nespălat bine), depozite organice;

– dezagregări ale mortarului prin alterări chimice dacă nisipul este bogat în feldspați, mică sau silicați solubili.

Pozzolana – ca material din componența mortarelor

Este o rocă clasică de origine vulcanică, de culoare brun – roșcată sau gri – închis. Partea vitroasă a pozzolanei, formată din răcirea bruscă a magmei pulverizate în timpul erupțiilor vulcanice explozive, este constituită în principal din silice și alumină, cu cantități mici de fier, magneziu, calciu și alcali. Prin amestecul pulberii de pozzolană se obține un mortar hidraulic de foarte bună calitate.

Tufurile de pozzolană sunt roci compacte și semi-compacte care se formează sub acțiunea apelor termale asupra solurilor vulcanice de tip pozzolană și care conțin silicat de aluminiu hidratat.

La grupul pozzolanelor trebuie adăugate depozitele silicioase produse prin acumularea scheletelor de diatomee sau a reziduurilor de roci care au suferit o spălare intensivă cu ape acide ce au eliminat oxizii solubili.

Praful de piatră, de marmură și de cărămidă nu ridică probleme în ceea ce priveste rezistența mortarului atâta timp cât se respectă proporția cu liantul și granulometria potrivită.

Apa – ca element din componența (rețeta) mortarelor

Dacă apa în soluție conține săruri (cloruri, sulfați) sau impurități organice, se pot produce întârzieri ale prizei mortarului, accelerări ale prizei (prin prezența calciului sau a magneziului) sau eflorescențe saline.

Mortarele – pentru zidării și tencuieli

Trebuie să se întărească, să adere la materialul elementelor legate și să prezinte o rezistență corespunzătoare la solicitările mecanice. Fiind compuse din liant, materiale de umplutură și apă, durabilitatea lor depinde de calitătile materialelor folosite și de corectitudinea și precizia dozajului componentelor, ca și de temperatura și condițiile de punere în operă.

Aderența mortarelor crește în general cu cantitatea de liant și depinde de cantitatea de apă din amestec și de tipul suportului, iar impermeabilitatea variază proporțional cu cantitatea de liant și depinde de dozajul apei în amestec.

Mortarele de var gras

Mortarele de var gras constituite din amestecul de var stins, material de umplutură și puțină apă, sunt cele mai vechi și cel mai des utilizate în construcțiile tradiționale. În cadrul amestecului, pasta de var reprezintă în general 30-45% din volumul materialului de umplutură. Excesul de pastă de var produce un mortar insuficient de poros și puțin permeabil la vapori, iar în timp fisurează.

Aceste defecte sunt legate de consecințele dozajului asupra procesului de întărire, care cuprinde două faze: prima, de întărire parțială, prin evaporarea apei de amestec; a doua, de întărire lentă și definitivă, datorită carbonatării hidroxidului de calciu în prezența anhidridei carbonice din aer. Dacă mortarul este puțin poros, carbonatarea se produce lent și dificil; dacă mortarul este excesiv de poros și după carbonatare, are o rezistența redusă la solicitări mecanice.

În cursul carbonatării se formează o soluție suprasaturată de carbonat de calciu ce precipită sub formă de cristale alungite foarte mici, unite între ele de o puternică rezistență prin frecare ce le leagă cu granulele de nisip din mortar. Este deci indispensabilă prezenta unei cantități suficiente de apă pentru a permite formarea soluției suprasaturate de carbonat de calciu; din acest motiv, zidăria trebuie bine umezită în prealabil, pentru a nu absorbi prea multă apă din tencuială.

O uscare prea rapidă a mortarului determină o priză defectuoasă a tencuielii, fenomen ce se produce atunci când locul este prea cald și ventilat, iar zidurile insuficient umezite.

Alte defecte sunt legate de prezenta de granule de var nehidratat în mortar, care, prin ulterioara lor hidratare cu creștere de volum, determină în tencuieli dezagregări ale mortarului spre exterior (“împuscături”).

Mortarele folosite curent pentru zidării au în general următorul dozaj la 1 mc de amestec: var stins 0,25-0,40 mc; nisip 0,85-1,00mc; apă 0,10 -0,20 mc.

În diferite dozaje, mortarele de var aerian se întălnesc utilizate la:

– fundații uscate: var stins și nisip graunțos, în raport 1/3;

– zidării în elevație: aceeași compoziție, cu dozaj 1/2.5;

– arce, bolți, etc. aceeași compoziție, cu dozaj 1/2;

– fundații în terenuri umede și tencuieli rustice: var stins și nisip fin, în raport 1/1.5;

– tencuieli la tavane pe șipci și trestie (cu adaos de câlți) sau pe rabiț, cu dozaj 1/1 – 1/2, (eventual cu adaos de ciment, cca 80-100kg/mc nisip);

– umputuri între grinzi peste alicarie, cu dozaj 1/4 – 1/5.

Mortarele hidraulice

Sunt mortare de var al căror material de umplutură conține substanțe cu proprietăți hidraulice, de tipul oxizilor de siliciu și aluminiu; sunt cunoscute în istorie sub denumirea de var sau ciment roman.

Substanțele conținând oxizi de siliciu și aluminiu pot reacționa, în prezența apei, cu hidroxidul de calciu, producând lianți care se întăresc în timp, constituiți în principal în silicați de calciu hidratat si foarte asemănători celor obtinuți prin hidratarea cimentului Portland dar cu proprietăți mecanice mai slabe. Se pot cita în această categorie mortarele cu pozzolana, trass, pământ de Santorin. Materialele de acest tip sunt utilizate imediat dupa extragerea din cariere și eliminarea granulelor mai mari de 3-4 mm care s-ar comporta ca niște corpuri inerte. Dozajul variază de la 1/2 la 1/3.5; actualmente dozajul 1/3 fiind considerat optim. Excesul de apa si o temperatură prea scazută determină o reducere a rezistenței mecanice. Daca priza se poate face în apă sau într-un mediu foarte umed, rezistența mecanică crește. Uscarea prea rapidă conduce la un mortar foarte friabil.

La clădirile vechi se întâlnesc frecvent mortare cu spărturi mai mult sau mai puțin mărunte de argilă arsă, care aveau reputația de a aceelera priza, a crește rezistența mecanică și a îmbunătăți comportarea la umezeală a mortarului.

Mortarele de var hidraulic natural

Mortarele de var hidraulic natural sunt amestecuri de var hidraulic obținut din calcare cu conținut mare de argila, nisip și apă.

Fenomenele de întărire ale acestor mortare sunt explicate de diverse teorii. Întărirea pare să fie legată de prezența în liant a doi compuși: silicatul bicalcic 2CaO*SiO2 și aluminatul monocalcic CaO*Al2O3, activi din punct de vedere hidraulic. Hidratarea acestor compuși generează procese foarte complexe ce conduc la întărirea masei, principala componentă a produsului final fiind silicatul de calciu hidratat.

Mortarele hidraulice pot prezenta inconveniente și defecte legate de liant, de agregate, de îngheț și de diverse forme de coroziune (sulfați, apa, anhidridă carbonică).

În construcțiile vechi, cel mai frecvent, sunt utilizate la:

– zidării de fundație: var hidraulic și nisip, în raport 1/3;

– tencuieli exterioare ca strat suport, la arce, bolți, cu dozaj 1/2;

– lucrări speciale și în prezența apei, cu dozaje 2/3 – 3/4.

Mortarele de ipsos

Eventual se prepară cu lapte de var gras în loc de apă și puțin clei topit în apă pentru întărzierea prizei; aceste mortare se folosesc numai în mediu uscat, la ornamente și plafoane.

Mortarele bastarde

Sunt diverse tipuri de mortare în a căror compoziție sunt prezente ca liant amestecuri de var și ipsos, var aerian și hidraulic, var hidraulic și ciment, cu diverse dozaje ale componentelor liantului și în raport cu nisipul.

Calitățile mortarelor de var

Mortarele pe bază de var au două mari calități: elasticitate și porozitate.

Elasticitatea permite mortarului să amortizeze efectele deplasărilor relative ale elementelor legate într-o zidărie pe ansamblu ductilă. În acest sens un mortarul este perfect adaptat la strategia constructivă tradițională care produce clădiri deformabile (cu fundații – și ele din zidărie cu mortar de var – nu întotdeauna așezate pe teren bun, omogen, deci susceptibile de tasări inegale și cu slaba rigiditate transversală si longitudinală, cu planșee elastice din grinzi de lemn simplu rezemate, cu șarpantă fără triangulații).

Porozitatea mortarului permite schimburile naturale de vapori interior-exterior prin zidăria de contur și conferă mortarului capacitatea de a restitui mediului ambient umiditatea absorbită.

Porozitatea mortarelor este totodată cea care determină capacitatea lor de absortie și trebuie observată cu atenție întrucât, în anumite cazuri, de ea depinde amploarea fenomenului de ascensiune capilară (cazul zidăriilor din pietre dure, compacte).

Procese de degradare a mortarelor

Procese fizice de degradare a mortarelor

Ca și în cazul altor materiale poroase, principalele procese fizice de degradare a mortarelor tradiționale sunt legate de înghetul apei și cristalizarea sărurilor.

Cristalizarea sărurilor prin evaporarea apei în apropierea stratului superficial este însoțită frecvent de creștere de volum care genereaza tensiuni interne similare celor din înghet și, în consecință dizlocari si dezgregări ale mortarului.

Săruri solubile se pot găsi în mortar provenind din teren prin transportul efectuat de apa de ascensiune capilară, din contactul cu aer marin sau din contactul cu substanțe chimice conținute în alte materiale în contact (v. interactiune carămizi – mortare). Soluții saline rezultă și în urma atacului acid asupra carbonatului de calciu conținut în mortar sau în pietrele calcaroase legate de acesta.

Procese chimice de degradare a mortarelor

Apele de ploaie și cele freatice acide, ridicate în zidărie prin ascensiune capilară, pot dizolva în timp varul, mortarul transformandu-se practic în nisip. În condiții obișnuite, este vorba de procese extrem de lente, accelerate însă când fundația este udată în mod permanent sau regulat cu consecințe traduse printr-o umiditate mare și întreținută a zidăriei.

În condiții de poluare atmosferică, apa acidă (ploaie, ceață, condens) absorbită de mortarul poros conduce la transformarea carbonatului de calciu în compuși solubili (calcit sau ipsos) dizolvați și transportați de apă de ploaie, având ca efect friabilizarea tencuielilor și a mortarelor din rosturi expuse; dacă suprafața este supusă acțiunii de spălare a ploii, se produce o îndepărtare progresivă a materialului.

Dacă atacul acid se produce prin absorție capilară în profunzimea zidului, apa interna tinde să migreze către suprafața de evaporare transportând sărurile de calciu în soluție. Recristalizarea acestor săruri este marcată de cruste fragile la fața cărămizilor și tencuielilor, ce vor face în continuare obiectul acțiunilor fizice până la dezagregare. În acest caz fenomenul este însoțit de friabilizarea mortarului în masa zidăriei prin transportul progresiv către exterior al varului transformat, prin atac acid, in bicarbonat solubil.

Un atac acid asupra mortarelor este frecvent observat în canalele de fum, pe partea rece a acestora, în condițiile de umezeală produse prin condens și în legătură cu compușii sulfului prezenți în gazele rezultate din arderea combustibilului.

Interancțiunea cărămizi – mortare- ca proces chimic de degradare

În condiții de umezeală (mediu umed sau prin higroscopicitate) sulfații prezenți în cărămizi pot reacționa cu mortarul, în special cu aluminatul tricalcic 3CaO.Al2O3 prezent în ciment și în varul hidraulic hidratat, rezultând sulf aluminat de calciu 3CaO.Al2O3.CaSO4.H2O. Reacția are loc cu creștere de volum, provocând tensiuni interne puternice si dezagregarea mortarului. Creșterea de volum produsă în mortarul din rosturi are efecte asupra zidariei în ansamblu, însumarea dilatărilor rosturilor izolate putând cauza mișcari orizontale și verticale ale întregii mase de zidărie.

Efectele rezistenței mortarelor asupra zidăriilor de cărămidă în procesele de degradare

Rezultatele obținute de cercetări în domeniu arată că diferențe mari de rezistență între diferite mortare (funcție de dozaje și tipul liantului folosit) nu au efecte la fel de mari asupra rezistenței zidăriei, aceasta depinzând în principal de rezistența mecanică a elementelor legate. În schimb, multe fisuri în zidărie pot fi determinate de folosirea unor mortare cu rezistențe incomparabil mai mari decât cea a elementelor legate (cazul mortarelor de ciment asociate unor cărămizi slabe și mai ales îmbătrânite de timp).

Într-o alta ordine de idei, mortarele cele mai rezistente sunt în general cele mai impermeabile, ceea ce reduce posibilitățile de migrare a apei cu săruri solubile; acest fenomen este insoțit de mari eflorescente pe fețele cărămizilor întrucât impermeabilizarea rosturilor face ca evaporarea să fie limitată la aceste suprafețe.

Particularități ale zidăriilor de piatră – în raport cu degradarea acestora

Plasticitatea mortarului de var asociată formei frecvent rotunjite a pietrelor conferă zidăriilor o remarcabilă deformabilitate și stabilitate internă (ductilitate), mortarul jucând rolul unui cuzinet ușor deformabil ce repartizează sarcinile între pietre, permițând ușoare deplasări relative ale acestora către noi forme de echilibru. La apariția unor eforturi locale mai mari din solicitări accidentale, zidul iși conservă coerența prin deformarea mortarului și reașezarea pietrelor sub forma unui arc de descărcare, temporar sau definitiv stabil, atâta timp cât rotirile relative ale pietrelor și eforturile de poansonare nu depășesc rezistența mortarului. Când eforturile de poansonare depăsesc rezistența mortarului, pietrele ajung în contact direct iar dezordinile se pot amplifica, până la rupere.

În cazul zidăriilor cu rosturi mari rezistența la compresiune a ansamblului este dată de mortarul de var, mai puțin rezistent ca pietrele; în cazul rosturilor subțiri rezistența la compresiune a zidului tinde către cea a pietrei.

Când mortarul este îmbibat cu apă plasticitatea sa crește sensibil, în timp ce rezistența sa scade. Zidăriile tradiționale obișnuite sunt cu atât mai sensibile și degradate cu cât sunt udate în mod regulat, prin defecțiuni ale dispozitivelor de protecție împotriva ploii și /sau prin ascensiune capilară din teren.

Porozitatea mortarului fiind superioară celei a pietrelor, evaporarea cea mai importantă are loc la nivelul mortarului iar desenul eflorescențelor reproduce sensibil structura zidăriei.

În zidăriile heterogene constituite din pietre cu porozități diferite, se pot observa la nivelul tencuielii pe fața exterioară “spectre” de umezeală în dreptul pietrelor poroase, spectre permanente sau sezoniere funcție de proveniența apei.

Efectul compresiunilor asupra mortarelor de var.

Examinând partea superioară și inferioară a unui zid vechi se pot observa variații de compactitate a mortarului: friabil la partea superioara, compact și dur la partea inferioara a zidului și în fundatii. Supunând unei probe de umezire eșantioane din același mortar prelevate de la partea superioară și respectiv inferioară a zidului, se poate observa că mortarul de la partea inferioară are o capacitate de absorbție redusă ca și cum volumul spațiilor interstițiale dintre componentele sale s-ar fi redus în timp, sub efectul compresiunilor cu intensitate constantă.

Această observație este în concordanță cu teoria consolidării materialelor plastice prin eliminarea apei sub efectul unei puneri sub sarcină suficient de lente încât conținutul de apă să se poată adapta variațiilor de compresiune. Această compresiune dezvoltă o presiune de consolidare ale carei efecte asupra mortarelor de var pare foarte importantă și insuficient cunoscută. Când această presiune de consolidare este aplicată timp îndelungat (de ordinul secolelor), este posibil, ca ea să producă, ireversibil sau nu, o creștere semnificativă a rezistenței mecanice și o reducere a permeabilității mortarelor de var.

Verificarea acestei ipoteze – de un evident interes practic în cazul reabilitării – ar explica totodată rezistența legendară a “cimenturilor” romane (în care varul nu era întotdeauna amestecat cu pozzolane).

Ipoteza poate fi pusă în legătură cu noțiunea de “contracție hidraulică sub sarcină” care în mod obișnuit nu ține cont de efectele unei posibile presiuni de consolidare.

Efectele presiunii de consolidare se manifestă și asupra terenului de fundare, sub talpa de fundație solul fiind relativ mai uscat si mai compact decât de o parte și de alta a peretelui de infrastructură.

Creșterea rezistenței mecanice prin fenomenul menționat este confirmată de foarte buna stare de conservare a unor zidării vechi; reducerea de permeabilitate a fost observată în cursul demolării unor clădiri vechi constatându-se că umiditatea din ascensiune capilară nu a afectat direct și nu a degradat decât zona superficială a zidăriilor al căror miez a ramas relativ uscat (mortar mai alb decât la periferie), mortarul din zona centrală fiind supus contracțiilor și “fretat” de elementele legate.

Particularități ale tencuililor exterioare

Tencuiala exterioară constituie “suprafața de sacrificiu” ce protejează zidăria de agresivitatea mediului, fiind supusă unor condiții de lucru foarte severe: expunere la ploaie și vânt, variații de temperatură, mișcării ale zidăriei suport, acțiuni chimice și biologice, etc.

Desprinderea și sfărâmarea tencuielilor exterioare lasă expusă ambientului agresiv zidaria suport generând degradarea acesteia, cu atât mai gravă cu cât expunerea se prelungește mai mult în timp prin întârzierea intervențiilor reparatorii.

Calitatea și durabilitatea unei tencuieli depind de compoziția sa (liant, nisip, apa) dar și de procedeele de execuție care determină aderența la suport, rezistența mecanică, contracțiile, gradul optim de impermeabilitate precum și caracteristicile de uniformitate și aspect.

Cele mai frecvent folosite la construcțiile tradiționale sunt tencuielile de var gras, cu dozaje 1/2,5-1/3 și puțină apă, executate în general în trei straturi, dozajul liantului (și deci riscul contracțiilor) reducându-se spre exterior.

Primul strat are rolul de a asigura aderența la suport, este cel mai gras – ceea ce implică contracții importante – și de aceea se execută cel mai subtire (3-5 mm), fiind totodată necesar un timp de pauză pentru producerea contracțiilor înaintea aplicării stratului urmator; are în general o suprafață rugoasă care compensează mai slaba aderență a stratului succesiv.

Al doilea strat este stratul de bază (grund), cu rolul de a corecta planeitatea suportului și a asigura rezistența la apă; conține mai puțin liant și are o grosime de 15-20mm.

Al treilea strat (3-5mm) este cel de finisaj (tinci), definind prin textură aspectul exterior. Conține puțin liant și agregate de granulometrii diferite funcție de efectul urmărit. Buna comportare la apă poate fi ameliorată cu spoieli de var, cu vopsitorii, în general de tip mineral pe baza de var.

Dupa carbonatare, acest tip de tencuială devine stabil la apă. Permeabilitatea ridicată permite o uscare rapidă iar în timp asigură schimburile de vapori interior-exterior. Este foarte deformabilă și ca atare suportă bine variațiile termice și solicitările mecanice. Rezistența mecanică și cea la agenți exteriori sunt ameliorate prin adaosuri de tras, pozzolană sau praf de caramidă; anumite probleme de aderentă (pe pietre netede) pot fi rezolvate cu mici adaosuri de ciment Portland. Este o tencuială durabilă și permite o întreținere usoară, dar calitatea sa depinde mult de experiența celui care o execută, experiență din păcate pierdută odată cu răspândirea tencuielilor moderne, ceea ce crează dificultăți în activitatea de renovare și întreținere.

În a doua jumătate a secolului XIX a fost folosit frecvent ca liant varul hidraulic, iar dupa 1900 cimentul Portland, tencuiala respectivă fiind în general compusă tot din trei straturi de grosimi similare celor de mai sus, dozajul de liant și contracțiile reducându-se spre exterior. Stratul de aderentă are în general o suprafață foarte rugoasă care compensează aderența redusă a celui de-al doilea strat. Dacă este bine realizat stratul exterior capătă un aspect compact fără fisuri evidente. Tencuielile cu suprafețe rugoase evidențiază mai puțin fisurile, mai vizibile și neplăcute în cazul tencuielilor netede sau cu granulație fina. Pe de altă parte însă, tencuielile cu relief mare și rugoase rețin pulberi și impurități, favorizând formarea de pete datorită fluxului diferit de apă meteorică.

Tencuielile hidraulice prezintă deasemenea o bună permeabilitate la vapori, dovedind în timp foarte buna lor durabilitate chiar în condiții de expunere dificile.

Simtomele de degradare ale tencuielilor exterioare prezintă o cazuistică amplă, putând fi grupate în trei mari categorii: lipsa aderenței la suport sau deficiențe ale acesteia: desprinderi și cădere, umflături; defecte de coeziune: fisuri, crăpături, descoamări, desprinderi de solzi; corodări superficiale, alterări cromatice (cauzate de praf, depozite grase, spălare, atacuri chimice, lumină solară), alterări din eflorescențe saline, mucegaiuri și bacterii.

Efectele apei asupra tencuielilor exterioare (și asupra zidăriilor)

Apa constituie un factor important în degradarea tencuielilor, generând sau favorizând diverse acțiuni agresive: îngheț, cristalizări saline, acțiuni chimice, agresiuni biologice, etc.

O insuficientă protecție împotriva apei, datorită rezolvării deficitare a unor burlane, solbancuri, cornișe, diverse profile, etc. creează condiții de menținere timp îndelungat a tencuielii în stare umedă, făcând-o obiectul unor diverse procese de degradare, pănâ la desprindere.

În cazul unui perete expus apei meteorice sau fluxurilor de umiditate ascendentă, factorii ce determină alterarea sunt în principal fenomenele de cristalizare a sărurilor. Degradarea se prezintă sub formă de coroziune superficială de tip pulverulent / nisipos care determină sfărâmarea și alterarea cromatică a tencuielii, expunând-o îndepărtării prin spălare și atacurilor chimice ale mucegaiurilor și bacteriilor.

După cum s-a mai arătat, multe crăpături, umflături, exfolieri ale tencuielii pot fi determinate de un dozaj eronat, contracții excesive la întărire, aderența insuficientă la suport sau între diferitele straturi ale tencuielii. Fisuri capilare sau întreruperi de continuitate a tencuielii în straturile profunde constituie în timp o cale deschisă de acțiune nocivă a apei.

Cu condiția unei execuții corecte și a unei întrețineri periodice, vechile tencuieli de var-nisip sunt foarte rezistente, în timp ce tencuielile de mortare bastarde, cu conținut de ciment, sunt predispuse la fisurare și deci mai expuse acțiunii înghețului, agresiunilor biologice ale mușchilor și lichenilor, etc.

Eventualele înlocuiri ale stratului de finisaj pe bază de lianți minerali cu mortare pe bază de lianți polimerici impermeabili, reduc pătrunderea apei dar înrăutățesc durabilitatea tencuielii întrucât apa care totuși reușește să pătrundă sau cea provenită din condens intern este eliminată dificil.

În cazul tencuielilor impermeabile pe bază de ciment, cu predispoziție către fisurare ducând la formarea unei micro-rețele de capilaritate, apa se poate infiltra și rămâne o vreme între tencuială și cărămizi; reacția sulfaților din cărămizi cu aluminatul tricalcic din tencuială cu mortar de ciment are condiții sa se dezvolte, mărirea de volum ce o însoțește producând importante crăpături și desprinderi de tencuială. O desprindere a tencuielii de sub 0,2mm determină producerea fenomenului de ascensiune capilară între suprafețele paralele și deci asigurarea condițiilor de umezeală pentru generarea în continuare a reacțiilor de mai sus, precum și a altor fenomene degenerative favorizate de umezeală.

În plus, în fața tentației impermeabilizării suprafețelor exterioare nu trebuie uitat că, dacă suprafețele orizontale trebuie să tindă firesc către o căt mai mare impermeabilitate (conform normativelor de performanță), rolul de “filtru” între mediul climatic exterior și microclimatul interior este incredințat aproape exclusiv închiderilor perimetrale care trebuie să prezinte caracteristici de bariere permeabile. Ca atare, intervenția de reabilitare cea mai corectă din acest punct de vedere, care nu afectează comportamentul fizic al sistemului, este o tencuială pe cât posibil similară celei vechi îndepărtate.

Particularități ale tencuililor interioare

Tencuielile interioare tradiționale, pe bază de lianți aerieni, hidraulici sau amestecuri între aceștia, sunt în general realizate în doua straturi, cu diverse dozaje funcție de utilizare.

Alte tipuri de tencuieli au ca material de baza ipsosul, utilizat în formă semihidratată, cu priză foarte rapidă; acesta trebuie amestecat cu alte materiale (cheratină, ciment) pentru întărzierea prizei.

Performanțele cerute în general unei tencuieli interioare sunt: buna aderența și capacitatea de a masca eventuale defecte ale suportului, buna rezistența la lovituri și la frecare, absența contracțiilor la întărire, o anumită capacitate de a “respira”, de a absorbi și a elimina umezeala, în încăperi unde condițiile de umiditate atmosferică sunt frecvente.

Un defect curent al tencuielilor interioare este prezența de crăpături și mici fisuri, în general datorate contracțiilor stratului de bază.

Microfisurile în stratul de finisaj pe bază de ipsos pot decurge din erori de aplicare, absorția excesivă a stratului suport sau o hidratare întărziată.

Desprinderea stratului superficial de suport se poate produce din cauza unei aderențe necorespunzătoare (dilatare prin hidratare întărziată, contracție a suportului, slaba aderență la suporturi cu suprafața lisă, etc.)

Formarea de mici cratere se datorează prezenței de granule de var nestins în mortarul de tencuială.

Eflorescențe pot să apară datorită sărurilor solubile (în general sulfat de sodiu, dar și sulfați și carbonați de potasiu, de calciu și magneziu) conținute în apa sau nisipul din compoziția tencuielii, în componentele zidăriei suport, transportate din teren de apa de ascensiune capilară sau rezultate din diverse procese chimice favorizate de umezeală.

În condiții de umiditate (ascensiune capilară, condens) se pot dezvolta mucegaiuri, cu efecte nocive asupra microclimatului interior.

Pete de rugină pot să apară datorită oxidării elementelor feroase prezente sub tencuială; spre exemplu, tencuielile de ipsos pe plasă de oțel favorizează formare ruginei.

Un caz particular îl reprezintă tencuielile folosite pentru tavane ce acoperă o structură de lemn, realizate de obicei pe șipci și trestie. În aceste cazuri se poate produce desprinderea tencuielii și a suportului său prin corodarea legăturilor din sârmă de otel; alteori desprinderea tencuielii de suport are loc ca urmare a curgerii lente a suportului.

Comportarea sub încărcări a pereților de zidărie și a structurilor formate de aceștia – ilustrații reprezentative

Comportarea pereților la încărcări perpendiculare pe planul acestora.

Comportarea pereților solicitați în afara propriului plan (acțiuni laterale) a fost ilustrată de Rondelet (1802), utilizând modele experimentale realizate din blocuri regulate asociate fără mortar, identificînd astfel trei mecanisme ce duc la colaps, sub încărcări perpendiculare pe planul pereților, modele ce sunt prezentate mai jos.

Primul mecanism identificat de cedare al pereților de zidărie presupune un perete de zidărie independent, nelegat la capete de alte elemente structurale. Efectul forțelor laterale cu care este încărcat acest perete de zidărie perpendicular pe suprafata acestuia este o răsturnare în jurul unei ipotetice articulații cilindrice dispusă la baza peretelui, pe planul de rezemare al zidului pe teren (la fața superioară a “fundației”). Se poate observa că peretele de zidărie, în timpul răsturnării, își menține configurația geometrică inițială comportîndu-se ca un monolit ce se rotește în jurul “articulației” de la bază (vezi figura 2.1).

Al doilea mecanism identificat de cedare al pereților de zidărie presupune un perete de zidărie legat (fixat) la unul din cele două capete (sau laturi verticale), încărcat cu forțe laterale perpendicular pe suprafața acestuia. Efectul forțelor laterale este prabușirea (colapsul) peretelui ce se produce prin răsturnarea zidului în jurul unei ipotetice articulații cilindrice dispuse în lungul unei axe înclinate la circa 45°, axă trasată între baza peretelui dinspre latura verticală legată a acestuia și vârful elementului de zidărie dinspre latura nefixată a peretelui – (vezi figura 2.2).

Al treilea mecanism identificat de cedare al pereților de zidărie, încărcat cu forțe laterale perpendicular pe suprafața acestuia, se referă la un perete de zidărie legat (fixat) la ambele capete (ambele laturi verticale). Efectul forțelor laterale constă într-o prăbușire (colaps) ce se produce prin separarea (formarea) a două porțiuni triunghiulare, obținute prin formarea a trei ipotetice articulații cilindrice, formare de articulații ce este permisă de legăturile de la capetele zidului.

Comportarea pereților la încărcări în planul acestora.

Utilizînd modele experimentale de zidării fără mortar au fost studiate panouri solicitate în planul lor, modelul realizat generând automat prin înclinare progresivă o componentă “orizontală” a greutății proprii, unghiul de înclinare inducând situația limită de colaps. Siguranța (capacitatea de rezistență) unui perete solicitat în planul său este în general mai bună decât în cazul solicitărilor în afara planului (perpendicular pe planul peretelui). S-au observat două posibilități principale de avariere ale pereților în urma încercărilor de laborator, situații prezentate mai jos.

Unul dintre modelele experimentale este cazul pereților lungi și puțin înalți la care mecanismul de avariere se produce prin lunecarea asizelor superioare față de cele inferioare, avarierea realizându-se după un model prezentat în fotografia de mai jos.

În cazul pereților zvelți, cu lungime mică în raport cu înalțimea peretelui, mecanismul de avariere se produce prin răsturnare în jurul unei ipotetice articulații cilindrice înclinate, model de avariare sugerat în fotografiile de mai jos (vezi figura 2.5).

În cazul pereților zvelți (de lungime mică și înalțime mare), se verifică, după condiția de lunecare și cea de răsturnare globală. Acest al doilea mecanism de răsturnare este favorizat de prezența rosturilor verticale dintre blocuri care permit formarea unor „leziuni” înclinate (în scară – în rosturile zidăriei chiar dacă aceasta este realizată fără mortar) și care, pentru un unghi relativ mic, are drept consecință răsturnarea celei mai puțin stabile porțiuni a panoului (răsturnare a panoului sub forma rotirii panoului ca subansamblu al peretelui – vezi figura 2.6).

Totodata mecanismul de cedare al panoului este diferit funcție de dimensiunile acestuia și funcție de modul de țesere al blocurilor ce compun peretele de zidărie. În fotografia de mai jos este prezentat acelasi tip de cedare pentru care dimensiunile panoului influențează modul și tipul de cedare al peretelui.

Scenarii posibile de avariere ale structurilor cu pereți de zidărie – exemple.

Mecanismul de avariere în cazul unui edificiu cu planșee nelegate (vezi figura 2.8.a) de pereții de fațadă și de pereții laterali, duce la desprinderea peretelui de fațadă cu formarea unei articulații cilindrice la bază și cu posibilitatea certă de prăbușire.

Mecanismul de avariere în cazul unui edificiu cu planșee legate de pereții de fațadă (vezi figura 2.8.b) și de pereții laterali (vezi ancorele de pe fatadă) duce la formarea de fisuri parabolice în pereții laterali.

Mecanismul de cedare a pereților de fațadă (vezi figura 2.9) este favorizat de împingerea perpendicular pe planul peretelui dată de elementele de rezistență ale acoperișului (șarpantei). Cedarea pereților se produce prin formarea de articulații cilindrice la baza acestora.

Mecanismul de cedare a pereților de fațadă este accentuat de prezența golurilor din aceștia, precum și de împingerea dată de elementele de rezistență ale șarpantei. Cedarea pereților se produce prin formarea de articulații cilindrice, la baza acestora, deasupra prinderii în dreptul planșeului intermediar (vezi figurile 2.10).

Mecanismul de cedare a pereților de fațadă se produce prin formarea de articulații cilindrice, la baza acestora, în principal datorită cedării terenului de fundare, precum și datorită lipsei de ancoraj dată de pereții laterali, de planșeul intermediar sau de elementele șarpantei (vezi figurile 2.11).

Mecanismul de cedare a pereților de fațadă este favorizat de împingerile (necompensate) sistemelor de boltire prezente atât la un nivel intermediar cât și la partea superioară a clădirii (vezi figurile 2.12).

În desenele de mai sus (figurile 2.13) sunt prezentate două variante de degradări ale pereților de fațadă datorită compresiunilor ce se dezvoltă în acestia din efectul de răsturnare generală din forțe orizontale. În primul desen (figura 2.13.a), degradarea peretelui se produce din “exfolierea” stratului exterior a peretelui dintr-o posibilă voalare a acestuia. În al doilea desen (figura 2.13.b) se evidențiază formarea de fisuri verticale datorită compresiunilor ce se dezvoltă în perete, intermediar neexistând elemente din planșeu care să împiedice deformațiile orizontale ale peretelui.

În desenul de mai sus (figura 2.14.a) este prezentată degradarea peretelui de fronton, datorită împingerii date de șarpantă în cazul forțelor orizontale ce apar în cazul unui cutremur major, degradare ce poate duce la răsturnarea peretelui accentuată de prezența golurilor de fereastră din fațadă.

În desenul de mai sus (figura 2.14.b), este prezentată tipologia degradărilor pereților de zidărie cu comportare de tip “șpalet” (solicitare preponderentă fiind forța tăietoare) la care fisurile formate “trasează” X în pereți, la solicitări orizontale alternante din timpul seismelor.

În desenele de mai sus (figurile 2.15) sunt sunt prezentate trei situații în care conformarea deficitară a clădirilor duce de cele mai multe ori la degradări accentuate în timpul cutremurelor de pământ.

Scenarii posibile de avariere ale structurilor cu pereți de zidărie – datorită cedării terenului de fundare

Fig. 2.16 – Mecanism cedare structurală datorită terenului de fundare

Mecanismul de cedare a construcției este de multe ori influențat de natura terenului de fundare pe care aceasta este așezată, precum și de comportarea acestui teren în timp și sub influența factorilor externi (degradarea data de apa de infiltrații, de exemplu).

Cedarea terenului de fundare, a suportului peretelui structural din zidărie, duce într-o primă fază, la formarea unei fisuri înclinate cu formă parabolică precum și a unei articulații cilindrice la baza acestuia în jurul căreia zona de perete sub care terenul a cedat se rotește (vezi figura 2.17.a). A doua fază constă în distrugerea articulației de la baza peretelui în jurul căreia acesta s-a rotit, distrugere obținută prin dislocarea pracțic a peretelui și rotirea în sens învers a zonei de perete desprinse (vezi figura 2,17.b).

În desenele de mai sus este reprezentat efectul cedării terenului de fundare vizibil într-un perete de fațadă. Atunci când cedarea terenului este înspre una din fațadele laterale (figura 2.18.a) se identifică fisuri înclinate ce marchează cedarea colțului clădirii. Atunci când cedarea terenului se produce în zona centrală a clădirii, în peretele de fațadă se identifică fisuri înclinate ce converg spre zona centrală.

În desenele de mai sus (figurile 2.19) este prezentată punerea în evidență a fisurilor în pereți de fațadă a cedării terenului de fundare în zona laterală a clădirii (figura 2.19.a) sau evidențierea fisurilor în cazul cedării terenului într-o zonă centrală a clădirii (figura 2.19.b).

În desenul de mai sus (figura 2.20) este prezentată punerea în evidență a fisurilor în pereți de fațadă de la demisolul construcției datorită cedării terenului de fundare într-o zonă centrala a clădirii – fisurile converg formând o parabolă aproape perfectă.

Datorită cedării terenului de fundare, prin deplasarea acestuia pe orizontală (de exemplu din efectele date de o alunecare de teren), se formează fisuri verticale cu deschiderea maximă la partea inferioară a construcției (figura 2.21.a).

Dacă cedarea terenului de produce în zona unei extremități a clădirii spre exterior, aceasta având un nivel în plus fată de restul clădirii, se produce rotirea și deschiderea fisurilor spre partea superioară a construcției, cu separarea-rostuirea naturală a acesteia (figura 2.21.b).

Concluziile Capitolului 2

Degradarea unui element constructiv al unei clădiri este schimbarea, deteriorarea sau alterarea stării sale inițiale, fiind răspunsul materiei la trecerea timpului, în principal la acțiunea diferiților agenți de degradare, fizici, chimici sau chiar biologici. Analiza acestor degradări este deosebit de complexă, dar în același timp interesantă și constituie de fapt singura posibilitate de a le cunoaste și de a le remedia, precum și de a le evita în proiectarea, execuția și exploatarea noilor construcții.

În cele de mai sus au fost prezentate clasificări ale cauzelor și fenomenelor de degradare, la nivel de ansamblu structural, fără a avea pretenția ca au fost atinse toate cauzele posibile a fi întâlnite în patologia clădirilor. Pentru majoritatea dintre acestea au fost prezentate și explicații cu privire la motivele pentru care acestea sunt privite ca și cauze de “degradare” sau de reducere a caracteristicilor fizico-mecanice a materialelor și structurilor de rezistență, realizate în principal din zidărie.

Totodată sunt studiate, prin descriere succintă, principalele procese de degradare ale materialelor ce compun structurile din zidărie, procese de degradare chimice sau fizice. Sunt descrise influențele sulfaților, a clorurilor sau a carbonaților, a nitraților sau a diferitelor sărurilor, influențe produse asupra elementelor de zidărie cu o descriere succintă a efectelor asupra acestora.

Apoi sunt descrise, pe scurt, procese de degradare ale zidăriilor din piatră, procese fizice sau chimice, precum și procesele caracteristice de degradare a zidăriilor din cărămidă.

Se descriu procesele ce intervin în degradarea materialelor ce compun zidăriile, și anume procese de degradarea a mortarelor, procese fizice cât și chimice de degradare, atât pentru mortarele utilizate la zidirea propriu-zisă cat și pentru mortarele pentru tencuieli interioare sau exterioare.

Se prezintă, în ultimul subcapitol, comportarea sub încărcări a pereților de zidărie, comportare descrisă succint și ilustrată sub forma unor schite sau fotografii sugestive. Sunt prezentate și principalele degradări (tipuri, trasee sau forme de fisuri) ce apar în pereții de zidărie atunci când terenul de fundare suferă procese de degradare (scăderea capacității portante, tasări, etc.)

Se poate desprinde din cele prezentate ideea prin care o diagnoza completă și cât mai apropiată de realitate a degradărilor pe care le suferă orice clădire, indiferent de tipul și conformarea structurală, implică o gamă largă de cunoștinte și discipline, de multe ori putând fi acoperite doar de o echipă de experți în mai multe domenii conexe, între care ingineria structurală este unul din domeniile principale.

O altă idee ce se poate desprinde din studiul prezentat este aceea că apa este factorul cel mai important în degradarea construcțiilor de orice tip. Astfel apa este unul din factorii declanșatori ai degradării calității și a capacității portante ale terenurilor, apa este unul dintre catalizatorii reacțiilor chimice ce declanșează o seamă întreagă de procese chimice, apa este principalul transportator de săruri ce duce la degradarea zidăriilor. Se pot enumera o mulțime de astfel de argumente pentru a susține încă o dată ca apa este unul din principalii factori ce influențează degradarea și durabilitatea structurală a clădirilor.

Nu trebuie subestimat și un factor mai puțin obiectiv și anume neîntreținerea construcțiilor de către proprietari, omul fiind privit aici ca un puternic factor potențial de degradare a clădirilor, factor de degradare ce poate exprimat prin lipsa de întreținere de orice fel sau chiar abandon.

Degradarea clădirilor, în particular a structurii de rezistență a acestora, este un fenomen complex, dificil de descifrat și care de multe ori se poate studia numai de către o echipă de specialiști din domenii diverse. Construcțiile trebuie privite asemeni unui „organism” viu ce evoluează în timp sub influența factorilor înconjurători sau de mediu. Studiul degradărilor oferă ingineriei structurale (si nu numai) soluții ce pot fi utilizate ca atare sau sugerează variante de detalii potrivite a fi folosite în proiectarea construcțiilor noi.

Concepte și metode de intervenție pe clădirile monument istoric

Introducere

Cunoașterea tendințelor sau a direcțiilor de urmat în cadrul reabilitărilor structurilor pentru clădiri istorice trebuie să fie una din preocupărilor pricipale ale inginerilor ce intervin pe astfel de clădiri. De multe ori însă, nu numai necunoașterea specificului intervenției pe clădirile vechi, dar și legislația în vigoare nedaptată la direcțiile moderne de intervenție, sau chiar lipsa acesteia, conduce de multe ori la măsuri ce distrug de fapt ideea de clădire monument istoric ce trebuie și se dorește a fi protejată.

Există pe plan internațional organizații ale căror membri au ca obiectiv protecția și conservarea și punerea în valoare a patrimoniului construit. Una din cele mai importante dintre acestea este ICOMOS – International Council on Monuments and Sites – ce are și în România o filială activă, însă nu cu prea mulți membri în țara noastră.

Cu prilejul uneia din comferințele internaționale ale ICOMOS, în anul 1965, la al II-lea Congres Internațional al Arhitecților și Tehnicienilor Clădirilor Istorice, s-au enunțat direcții principale pe care specialiștii ce intervin pe clădirile istorice trebuie să le respecte în munca pe care o desfășoară. Documentul adoptat la acest Congres, “Carta de la Veneția” este considerat cel mai influent document internațional de conservare, fiind totodată unul din cele mai cunoscute. Carta codifică standardele acceptate pe plan internațional, de practică pentru conservare a arhitecturii și siturilor. Aceasta stabilește principiile de conservare bazate pe conceptul de autenticitate și importanța menținerii contextului istoric și fizic al unui sit sau al unei clădiri. Carta declară că monumentele trebuie să fie conservate nu numai ca opere de artă, dar și ca dovezi istorice. De asemenea, stabilește principiile de conservare referitoare la restaurarea clădirilor cu componente din diferite perioade istorice.

Oricare ar fi metoda de intervenție adoptată sau soluțiile propuse de către expertul ce coordonează măsurile aplicate asupra unui monument istoric, acestea respectă de cele mai multe ori prevederile recomandate în asemenea situații, urmărind direcțiile principale ale intervenției pe astfel de construcții.

În cele ce urmează sunt prezentate direcțiile din Carta de la Veneția, o interpretare a etapelor de lucru în intervenția pe monumente istorice, dar și diverse metode de investigare, de calcul sau de lucru cu astfel de structuri cu importanță istorică.

“Carta de la Veneția” – document ICOMOS

„Carta de la Veneția” este structurată pe trei părți bine definite. Astfel în prima parte sunt prezentate principii de intervenție asupra clădirilor monument istoric, în a doua parte este descrisă etapa de cercetare și diagnoză a unei clădiri istorice, iar în a treia parte sunt sugerate idei de remediere și control ce trebuie aplicate prin realizarea corespunzătoare a proeictelor de intervenție. Mai jos sunt prezentate sub forma unui extras-rezumat interpretat părți din acest document.

În prima parte a “Cartei de la Veneția” sunt enunțate principii ce se vor avea în vedere la intervenția pe un monument istoric:

– Conservarea, consolidarea și restaurarea patrimoniului necesită o abordare multidisciplinară.

– Valoarea și autenticitatea patrimoniului arhitectural nu poate fi evaluată folosind criterii fixe pentru că respectul datorat fiecarei culturi necesită ca patrimoniul său fizic să fie judecat în contextul cultural din care face parte.

– Valoarea fiecărei clădiri istorice nu constă numai în elementele componente luate individual, ci și în integritatea tuturor componentelor ce îl alcătuiesc ca un produs unic al tehnologiei de construcție specifice timpului și locului. Astfel îndepărtarea structurii interioare ce susține doar o fațadă nu satisface criteriile de conservare a acesteia.

– Orice schimbare potențială a funcțiunilor trebuie să țină cont de toate cerințele privind conservarea și siguranța.

– Orice intervenție la o structură istorică trebuie coordonată ținând cont de contextul restaurării și conservării întregii clădiri.

– Particularitatea structurilor de patrimoniu, cu istoria lor complexă, necesită organizarea de studii și analize în trepte, similare cu cele utilizate în medicină. Anamneza, diagnoza, tratament și control, corespund în acest domeniu cu identificarea cauzelor de deteriorare și degradare, alegerea de măsuri și controlul eficienței intervențiilor de remediere. Pentru a fi eficient din punct de vedere costuri și pentru a asigura un minim impact asupra patrimoniul arhitectural este de multe ori adecvat să se repete acești pași într-un proces iterativ.

– Nici o acțiune nu ar trebui să fie efectuată fără constatarea beneficiului probabil și a prejudiciului adus asupra patrimoniului arhitectural. În cazul în care sunt necesare, pentru a evita măsuri urgente de salvare împotriva unui colaps iminent, măsurile minimale luate trebuie să evite modificari permanente ale elementelor ce se dorește a fi conservate.

În a doua parte a “Cartei de la Veneția” sunt prezentate două etape, cercetarea și diagnoza, ce țin de etapele pregătitoare necesare luării de măsuri în vederea intervenției pe un monument istoric.

În privința cercetării ca etapă de investigare sunt de subliniat următoarele aspecte:

– de cele mai multe ori, o echipă multidisciplinară aleasă în funcție de tipul și amploarea problemelor de abordat, ar trebui să lucreze împreună chiar de la început – adică de la o vizită inițială pe amplasament dar și la pregătirea programului de investigații. Astfel, la începutul etapei de cercetare este nevoie de o analiză a informațiilor și datelor ușor accesibile, și numai după aceea dacă necesar se elaborează un plan mai cuprinzător de activități adecvate pentru problemele structurale;

– o înțelegere completă a comportamentului structural și a caracteristicilor materialului este esențială pentru orice proiect de conservare și restaurare;

– siturile arheologice prezintă probleme specifice, deoarece structurile trebuie să fie stabilizate în timpul săpăturilor, atunci când cunoașterea nu este încă completă. Răspunsurile structurii unei clădiri redescoperite ar putea fi complet diferite de cele ale unei clădiri expuse (neacoperite). Soluții structurale urgente luate la fața locului sunt necesare pentru a stabiliza structura care este în curs de excavare (descoperire), dar soluțiile trebuie să respecte forma și funcțiunile clădirii ca un întreg.

Diagnoza, ca etapa de investigare, se recomandă să cuprindă următoarele direcții de cercetat de experți:

– diagnoza se bazează pe informații istorice, și abordări calitative și cantitative. Abordarea calitativă se bazează pe observarea directă a degradărilor structurale sau a materialelor, precum și pe cercetarea istorică și arheologică, în timp ce abordarea cantitativă necesită teste structurale sau pe materiale, monitorizare și analiză structurală;

– înainte de a lua o decizie cu privire la intervențiile structurale este indispensabil a se determina cauzele de deteriorare și degradare, și apoi a se evalua nivelul actual de siguranță structurală;

– evaluarea siguranței, care urmează diagnozei, apare în cazul în care decizia privind o posibilă intervenție este stabilită, și trebuie să fie coordonată cu analiza calitativă și cantitativă;

– de multe ori aplicarea acelorași nivele de siguranță utilizate în proiectarea de clădiri noi necesită măsuri excesive, dacă nu imposibile. În aceste cazuri alte metode justificate în mod corespunzător pot permite abordări diferite pentru siguranță;

– toate informațiile stânse, diagnoza, inclusiv evaluarea siguranței și orice decizie privind intervențiile trebuie sa se concretizeze într-un raport explicativ (expertiza tehnică).

În a treia parte a “Cartei de la Veneția” sunt prezentate tot două etape, măsuri de remediere și control, ce țin de etapele pregătitoare necesare luării de măsuri în vederea intervenției pe un monument istoric și chiar vis a vis de intervenția ca atare.

Astfel sunt recomandate următoarele direcții:

– terapia aplicată asupra clădirii ar trebui să abordeze cauzele profunde, mai degrabă decât simptomele;

– o întreținere adecvată poate limita sau amâna necesitatea ulterioară a unei intervenții;

– evaluarea siguranței și o înțelegere a semnificației istorice și culturale a structurii ar trebui să fie baza pentru măsuri de conservare și consolidare;

– nu trebuie luate măsuri fără să se demonstreze că acestea sunt indispensabile;

– fiecare intervenție ar trebui să fie proporțională cu obiectivele privind siguranța, păstrând intervenția la minimul necesar pentru a garanta siguranța, durabilitatea și o cât mai mică deteriorare a valorilor de patrimoniu;

– proiectarea oricărei intervenții trebuie să se bazeze pe o înțelegere deplină a tipurilor de acțiuni (forțe, acceleratii, deformații etc), care au produs deteriorări sau degradări, precum și a încărcărilor posibile care vor acționa în viitor;

– alegerea între tehnici tradiționale sau mai noi ar trebui să fie determinată de la caz la caz, acordându-se prioritate celor care sunt cel mai puțin invazive și cele mai compatibile cu valorile de patrimoniu, în conformitate cu nevoia de siguranță și durabilitate;

– atunci când există dificultatea de a evalua atât nivelul de siguranță cât și posibilele beneficii ale unei intervenții se sugerează "o metodă de observare", adică o abordare progresivă, începând cu un nivel minim de intervenție, cu posibilitatea adoptării de măsuri ulterioare suplimentare sau de corecție a soluției inițiale;

– în cazul în care este posibil, orice măsuri adoptate ar trebui să fie "reversibile", astfel încât să poată fi îndepărtate și înlocuite cu alte măsuri mai adecvate, dacă noi cunoștințe sunt dobândite. În cazul în care nu sunt complet reversibile, intervențiile nu trebuie să compromită intervenții ulterioare;

– caracteristicile materialelor folosite în lucrări de restaurare (în special materialele noi), precum și compatibilitatea acestora cu materialele existente ar trebui să fie pe deplin stabilită. Aceasta trebuie să includă efectele pe termen lung, astfel încât efectele secundare nedorite să fie evitate;

– calitățile distinctive ale structurii și mediul său, care derivă din forma sa originală și din orice eventuale modificări ulterioare importante, nu ar trebui să fie alterate în cursul intervenției;

– fiecare intervenție ar trebui, pe cât posibil, să respecte conceptul original și tehnicile de construcție, valoarea istorică a structurii precum și a dovezile istorice pe care le furnizează;

– intervenția ar trebui să fie rezultatul unui plan integrat care acordă importanța cuvenită diferitelor aspecte ale arhitecturii, structurii, funcțiunii și instalațiilor clădirii;

– eliminarea sau modificarea oricărui material istoric sau cu caracteristici arhitecturale distinctive ar trebui să fie evitată ori de câte ori este posibil;

– reparațiile sunt întotdeauna de preferat înlocuirii;

– când anumite imperfecțiuni și modificări au devenit parte din istoria structurii, ele ar trebui să fie menținute cu condiția ca acestea să nu compromită cerințele de siguranță;

– demontarea și reasamblarea ar trebui să fie efectuată numai atunci când este necesar funcție de natura materialelor și structură, și/sau atunci când conservarea prin alte mijloace este mai dăunătoare;

– măsurile de intervenție care sunt cvasi-imposibil de controlat în timpul execuției nu ar trebui să fie permise. Orice propunere de intervenție trebuie să fie însoțită de un program de monitorizare și control care trebuie efectuat, pe cât posibil, în timp ce lucrarea este în desfășurare;

– toate activitățile de control și monitorizare trebuie să fie documentate și păstrate ca parte a istoriei structurii.

Fiecare dintre măsurile recomandate mai sus în cadrul Cartei de la Veneția are o mai mare sau mai mică importanță, dar nici una dintre ele nu ar trebui ignorată sau neglijată de echipa de experți atunci când se intrevine pe o clădire monument istoric.

Etape în prosesul de restaurare

În procesul de restaurare, un proces multidisciplinar cu competențe diverse, problemele structurale ce pot impune o intervenție sunt probabil cele care afectează cel mai mult construcția asupra careia se intervine.

Problemele de rezolvat ale inginerului structurist într-un proces de restaurare fac parte dintr-un domeniu destul de diferit de cel al construcțiilor nou proiectate, un domeniu special care a început să fie fundamentat teoretic. Din păcate, aceste fundamente sunt încă prea puțin cunoscute și aplicate de către numeroșii îngineri structuriști implicați în activități de conservarea – restaurarea clădirilor monument istoric.

În restaurarea structurală, în unele cazuri, inginerii trebuie să investigheze construcții la care în urma încărcărilor în anumite zone, materialele și-au depășit limitele de elasticitate, aflându-se într-o nouă stare de echilibru post-elastic, atinsă prin leziuni specifice (deformații sau fisuri).

Depașind etapele de constatare a “leziunilor” structurii, studiul acestora vizează stabilirea cauzelor ce au modificat echilibrul încărcări – materiale, evaluând siguranța structurală în situația nouă, justificând deciziile și întervențiile ce vor fi luate.

Astfel, se pot defini trei etape propriu-zise, cu conținut și obiective specifice, etape ce trebuie urmărite cu strictețe în procesul de restaurare.

Într-o primă etapă are loc analiza construcției, respectiv strângerea de informații legate de detaliile constructive, de istoricul clădirii, de solicitările și starea de degradare sau de avariere. Tot în această primă etapă se formulează ipotezele de lucru și se trasează viitoarele etape de lucru.

A doua etapă, diagnoza, constă în prelucrarea informațiilor din prima etapă în scopul stabilirii cauzelor perturbatoare, precum și evaluarea siguranței sau a modului de intervenție asupra structurii.

A treia etapă, constă în intervenția sau “terapia” propriu-zisă, adică stabilirea tehnologiilor de intervenție, realizarea proiectului de execuție, urmărirea și controlul acesteia.

Totuși practica intervențiilor pe construcțiile existente a arătat că o serie importantă de informații, necesare unei decizii corecte în proiectare, sunt obținute numai după deschiderea șantierului, existând uneori o alternanță a etapelor de analiză și diagnoză. Astfel, în practică prima etapă, analiza, trebuie considerată un proces deschis care să permită dezvoltarea intervenției în pasi succesivi funcție de informațiile obținute din santier.

În paragrafele ce urmează sunt caracterizate în amănunt cele trei faze operative specificate mai sus.

Analiza

Analiza critică

Analiza critică constă în strângerea de date obținute direct, în mod empiric, sau obținute indirect din documente existente sau din analize realizate cu alt prilej. Obiectul analizei critice este obținerea de informații inițiale privind construcția (amplasament, materiale utilizate, tehnici de construcție, concepție structurală etc.) precum și date legate de istoria construcției sau de starea de degradare în elementele ce pot influența comportamentul structural și pot furniza date utile privind mecanismul specific de degradare sau avariere.

Analiza critică formulează o primă evaluare a construcției, având un puternic caracter interpretativ al simptomelor complexe ce au afectat construcția, precizând și investigațiile necesare pentru o diagnoză cât mai corectă.

Analiza amplasamentului

Analiza amplasamentului este o etapă ce se întâlnește în aceeași formă inclusiv la construcțiile noi. Astfel sunt investigate eventuale acțiuni date de construcțiile sau de vegetația învecinată, sunt investigate morfologia și caracteristicile fizico-mecanice ale terenului de fundare prin realizarea unui studiu geotehnic, eventual și geoelectric, inclusiv cu stabilirea adâncimii și a fluctuațiilor apelor freatice sau din teren, fiind investigate și caracteristicile privind seismicitatea zonei.

Analiza istorică

Analiza istorică a construcției în cadrul restaurării structurale trebuie să existe în toate etapele de intervenție. Analiza istorică constă în studiul documentelor în care este descris istoricul acesteia (orice documente de arhivă relevante pentru structură, planuri mai vechi sau chiar cele originale, diverse documentații din timpul vieții construcției) precum și observarea directă, la fața locului, a oricăror modificări sau consolidări structurale sau influențe ale unor evenimente trecute (cutremure, incendii, etc.).

Analiza concepției structurale

Analiza concepției structurale de ansamblu se realizează pe baza releveului geometric având ca scop punerea în evidență a componentelor structurale și a eventualelor sensibilități ale acestora. Astfel sunt evidențiate scheme statice și de încărcări, traseul cel mai probabil al încărcărilor, asimetrii sau proeminențe, rapoarte plin / gol, discontinuități structurale, deschideri excesiv de mari, diverse intervenții, lipsa corespondențelor între elementele structurale de la diverse niveluri etc. Totodată releveul geometric face posibil un calcul privind deplasările structurii sub diverse încărcări, dar și posibile variații în timp ale geometriei structurale.

Analiza tehnologică

Analiza tehnologică este prezentată asemănător unui releveu descriptiv, cuprinzând caracterizarea structurii, prin descrierea elementelor structurale din infrastructura – fundații, din suprastructură – elemente verticale de tip pereți sau stâlpi, elemente orizontale folosite la planșee, sau elementele structurale ce alcătuiesc închiderea superioară a clădirii, dar și materialele utilizate, procedeele folosite la construcție, tipul și modul de îmbinare al elementelor structurale, modul de funcționare al acestora sau unele vicii de conformare sau alcătuire.

Releveul descriptiv trebuie comparat cu informațiile date de documentele de epocă sau de construcțiile din aceeași perioadă sau de tratate de arhitectură, analizând tehnicile folosite în perioada în care construcția a fost ridicată. Cunoașterea tehnologiei din perioada de construcție poate fi folosită drept criteriu de clasificare prin asemanări sau deosebiri cu structura analizată.

Analiza stării de degradare a construcției

Analiza stării de degradare constă, în primul rând, în inventarierea degradărilor structurale vizibile, a fisurilor sau a elementelor structurale cu deformații evidente, cu specificarea locului, a intinderii și tipului acestora, a elementelor afectate, concretizată prin întocmirea unui releveu de avarii și a fotografiilor martor. Reprezentarea grafică a degradărilor, suprapusă peste reprezentarea în plan a construcției poate da imaginea gradului de degradare a acesteia.

În cadrul releveului trebuie să se țină cont și să fie inventariate și degradările elementelor nestructurale care, prin colaps, pot produce accidente (ornamente, frontoane, timpane etc.).

Tot la realizarea releveului de avarii se indică investigațiile experimentale necesare, precum și locul unde acestea trebuie realizate.

Analiza experimentală

Analiza experimentală constă în investigațiile instrumentale, distructive sau nedistructive, care furnizează date privind caracteristicile de material, gradul sau nivelul degradării, având ca scop ușurarea identificării cauzelor mecanismului de avariere, având un rol important în evaluarea siguranței construcției.

La construcțiile cu structura din zidărie determinarea stării de eforturi din diferitele elemente structurale utilizând variate modele de calcul este foarte dificilă. Când totuși acest lucru este posibil, se poate realiza pe modelul original, dar în situația reală avariile ce produc redistribuții de eforturi pot modifica substanțial starea de tensiuni obținută pe baza modelului inițial.

În cazul unei zidării degradate, problemele urmărite într-o investigație pot fi grupate astfel: probleme cu caracter static și probleme cu caracter higrotermic. Problemele cu caracter static constau în verificarea comportamentului structural al zidăriei. Pentru rezolvarea acestui tip de probleme sunt necesare date despre tipul de zidărie (din punct de vedere geometric și constructiv), compoziția și starea materialelor componente, gradul de degradare sau fisurare al zidăriei, despre încărcările care acționează și distribuția eforturilor în elementul studiat, sau despre modului de elasticitate al zidăriei. Problemele cu caracter higrotermic constau în general în determinarea umidității zidăriilor. Practic problemele enumerate mai sus sunt foarte legate, între ele și contribuie la degradarea zidăriilor și implicit a comportării structurale, fiind investigate prin metode distructive sau non-distructive, in situ sau în laborator.

În laborator se pot determina pe probe prelevate rezistențele materialelor, diverse caracteristici fizico-chimice, precum și conținutul de umiditate. Trebuie subliniat că investigațiile sunt de multe ori localizate și relativ limitate și neoferind un grad suficient de încredere datorită metodelor de prelevare a probelor (în marea majoritate sunt probe “tulburate”).

Investigațiile la fața locului constau în verificarea dinamicii avariilor constatate, determinarea umidității zidăriei sau determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale zidăriei.

Verificarea dinamicii avariilor deosebește două situații: una în care avarile sunt stabilizate, clădirea gasindu-și o stare nouă de echilibru, iar cea de a doua în care leziunile sunt progresive clădirea fiind în căutarea unei noi stări de echilibru. Dinamica fisurilor poate fi stabilită destul de simplu folosind un ocular, urmărind gradul de înnegrire a interiorului fisurii spre mijloc sau spre capetele ei, sau prin monitorizarea acesteia cu diverse aparate specifice (martori de ipsos, de sticlă, distanțometre sau diverse alte sisteme, etc.).

Determinarea in situ a caracteristicilor zidăriilor este importantă atunci când degradarea zidăriei este prea accentuată iar prelevarea probelor netulburate este dificilă.

Sistemele de încercare dinamice, pentru determinarea in situ a caracteristicilor zidăriilor, ce impun introducerea de vibrații sunt nerecomandabile unor structuri deja avariate.

Există și determinări realizate pe zidării folosind prese plate hidraulice, variantă des utilizată în alte țări (Italia, Franța) și deloc în țara noastră. Acest tip de încercări permit determinarea stării de tensiune din zona în care se face încercarea, precum și a rezistenței la rupere și a modulului de elasticitate pentru zidărie.

Pentru probleme se ordin static mai există și metode de investigare cu ultrasunete sau endoscopice, iar pentru probleme de natură higrotermică există ca metode de investigare termografia și termohigrometria.

Investigațiile cu ultrasunete sunt rapide, ne-distructive și pot fi realizate pe zone intinse din clădire sau chiar pe întreaga clădire, fiind astfel posibile informații asupra zidăriilor. Se identifică cu această ocazie și punctele în care trebuie efectuate suplimentar și alte investigații, de exemplu cele endoscopice.

Investigațiile endoscopice constau într-un examen vizual al interiorului zidăriei prin goluri forate cu diametru de circa 20mm. Acest tip de investigații dau informații privind eventualele goluri sau cavități, morfologia zidăriei, starea de conservare a materialelor și eventualele anomalii ale acestora, dar permit și realizarea unui releveu al stratificației și grosimilor fiecărui strat component al zidăriei.

Investigarile termografice constau în realizarea unor imagini cu distribuția umidității la suprafața zidăriei (prin trasarea unor izoterme) și evaluarea cantitativă la suprafața zidului în diverse puncte cu corespondență în izotermele trasate anterior. Rezultatul investigațiilor este obținerea distribuției umidității pe secțiunea transversală a zidăriei sub formă de date cantitative și imagini termografice cu distribuția umidității în termeni calitativi, obținând astfel o imagine de ansamblu asupra zidului investigat.

Diagnoza

Obiectivele principale ale diagnozei performanțelor structurale ale unei construcții sunt: stabilirea cauzelor avariilor, evaluarea siguranței în stadiul actual și decizia privind oportunitatea, urgența și modul de intervenție. Lipsa acestor etape din diagnoză face ca soluțiile prezentate să fie arbitrare și de cele mai multe ori supradimensionate, acoperind în acest fel lipsa cunoașterii la stabilirea deciziilor.

Deciziile luate în urma diagnozei trebuie să răspundă clar la următoarele întrebări: se intervine asupra construcției? – da sau nu; când se intervine? – imediat sau în faze succesive sau în fază unică; unde se intervine? – intervenție locală sau globală; cum se intervine? – conservare, ameliorare, adaptare la norme sau demolare.

Răspunsul final al diagnozei constă în definirea conținutului intervenției. Aceasta rezultă din identificarea într-o prima etapă a cauzelor avariilor în funcție de efectele specifice observate și de rezultatele investigațiilor efectuate (analitice sau experimentale). Astfel, intervenția are ca scop eliminarea cauzelor degradărilor și apoi remedierea acestora prin aducerea structurii la un nivel cât mai apropiat de starea inițială (prin metode corespunzătoare tipului degradărilor și caracteristicilor construcției).

Cauzele avariilor

Se poate formula o apreciere inițială a cauzelor de avariere prin trecerea în revistă a observațiilor facute asupra construcției în urma verificărilor și a investigațiilor realizate, însă datorită complexității cauzelor cu acțiuni simultane, experiența specialistului implicat este deosebit de importantă.

Sarcina specialistului ce trebuie să aprecieze starea structurii este dificilă, având în general la dispoziție informații despre efecte (prezentate în releveul de avarii), în legătură cu cauzele ce le-au produs, dar pentru care relația inversă cauză – efect nu funcționează întotdeauna.

Prezența avariilor într-o structură indică o nouă stare de echilibru atinsă atunci când una sau mai multe cauze perturbatoare strică echilibrul eforturilor interioare iar capacitatea de rezistență a materialelor este depășită. Avariilor prezente sub forma de deformații plastice (cedări la bază, striviri, flambaj, împingeri orizontale în elemente verticale, deformarea sistemelor de boltire, etc.) le corespund manifestări vizibile specifice și care pot constitui un criteriu de diagnostic.

Există o regulă care spune că orice avarie este legată de un tip de solicitare prin relații de interdependență, precum este legat orice efect de cauza sa. Astfel pentru o formă de echilibru post-elastic sunt stabilite degradări tipice (caracteristice); pe de altă parte fiind cunoscute degradările poate fi stabilit tipul de solicitare corespunzător și se poate presupune care este originea cauzelor perturbatoare, dar trebuie ținut cont și că o anumită deformație plastică (de exemplu) poate avea diferite cauze ce acționează independent sau împreună.

Principalele cauze de avariere ale construcțiilor existente pot fi: cauzele congenitale, folosirea necorespunzătore a construcției, degradarea materialelor de construcție, interacțiunea cu terenul și acțiunile exceptionale (catastrofe naturale).

Cauzele congenitale

Cauzele congenitale sunt destul de greu de identificat mai ales că efectele sunt observate de regulă după mult timp de la realizarea construcției, iar de multe ori se petrec odată cu alte cauze (de exemplu: degradarea materialelor sau cedarea terenului).

Realizarea elementelor structurale aproape de limita lor de rezistență poate duce ca în urma unor mici modificări ale capacității portante să se producă colapsul acestora. Un exemplu este cel al structurilor în arc sau boltite cărora le lipsesc elementele orizontale pentru preluarea împingerilor orizontale și care inițial își susțineau încărcările verticale sau împingerile orizontale; astfel de structuri pot ieși din lucru dacă încărcările cresc sau se reduce capacitatea portantă.

Un alt exemplu de cauză congenitală este o soluție întâlnită frecvent la zidurile realizate din materiale diferite, cu deformabilitate diferită pentru fiecare strat, și care poate duce la concentrări de eforturi cu consecințe grave – striviri în unele zone, neașteptate prvind dimensiunile zidăriei.

Un exemplu de cauză congenitală des întâlnită este realizarea necorespunzătoare a fundațiilor, prea puțin adânci, și care are consecințe negative după ce apar modificări minime ale caracteristicilor terenului de fundare.

Este recomandat să se facă comparații între concepția generală și de detaliu a clădirii și practica constructivă din zonă sau din perioada de construcție, punându-se astfel în evidență eventuale anomalii sau lipsă de similitudini.

Utilizarea necorespunzătoare a construcțiilor

La clădirile vechi, chiar o modificare mică a distribuției de încărcări sau valorii încărcărilor poate duce uneori la avarii importante. Astfel modificarea încărcărilor utile prin depozitarea de materiale grele, sau eliminarea unor elemente structurale (tiranți sau pereți structurali), majorări de goluri, practicări de goluri noi, redeschideri de goluri sau închideri de goluri cu materiale de altă calitate poate conduce la degradări grave ale structurii de rezistență.

Tot ca utilizare necorespunzătoare poate fi catalogată și lipsa de întreținere a construcției și lăsarea acesteia sub influența factorilor de mediu. Aici pot intra nerepararea elementelor de acoperire ce permite infiltrarea apelor meteorice, neîncălzirea pe perioade lungi ale încăperilor cu creșterea umidității interioare cu consecințele corespunzătoare, sau neîndepărtarea dăunătorilor, iar lista poate continua cu orice elemente ce privesc neîntreținerea.

Degradarea materialelor

Degradarea zidăriilor este un fenomen complex, cu manifestări multiple având la bază diverse fenomene fizice, chimice sau chiar biologice. Fenomenele naturale de degradare au la origine factori de mediu diverși, ce acționează permanent, periodic sau accidental, de multe ori acționind mai mulți factori concomitent (de exemplu umiditatea aerului, agenți chimici atmosferici, diferențele de temperatură, acțiunea vântului etc.).

Reducerea treptată a capacității portante datorată degradării materialelor poate duce la declanșarea unei degradări structurale în avalanșă, din ce în ce mai accentuată.

Interacțiunea construcției cu terenul

Terenul este considerat în general ca suport pentru clădire, dar poate fi privit ca făcînd parte din construcție. Astfel, terenul de fundare este unul dintre cele mai complexe materiale din construcții datorită varietății mari a tipurilor de teren, cu mai multe tipuri de straturi având grosimi diferite și neregulate, dar și datorită dificultății modelării analitice. Trebuie adăugat rolul apei care prin prezența ei poate schimba comportamentul terenului de fundare.

Atunci când au ca rezultat deplasarea întregii structuri, deformațiile terenului nu duc la avarii vizibile, dar pot duce la reducerea funcționalității, modificînd totodată și starea de echilibru și implicit comportamentul static. Atunci când deformațiile terenului sunt diferențiate, se modifică substanțial starea de tensiuni astfel încât în unele puncte acestea ajung să depășească capacitatea materialului apărând avarii, care atrag modificări ale schemei statice inițiale spre o nouă stare de echilibru.

Principalele tipuri de cedări ale terenului de fundare sunt: translația pe verticală, translația pe orizontală și rotația. Fiecăreia dintre cele trei tipuri de cedări le sunt asociate anumite tipuri de avarii recunoscute după modul de cedare.

Deformațiile (cedarea) terenului de fundare pot fi provocate de diverse fenomene: neuniformitatea caracteristicilor terenului, variația încărcărilor, variații ale umidității terenului sau efecte dinamice.

Acțiunile catastrofale

Acțiunile ce pot fi catalogate ca fiind catastrofale sunt, în primul rând, cele date de mișcările seismice, dar pot fi incluse aici de asemenea vântul cu componentele de rafală, exploziile și chiar inundațiile sau alunecările de teren.

Comportarea unei clădiri la acțiunile catastrofale (în principal la cea seismică) depinde de mai multi factori (în general aceeași pentru toate tipurile de construcții): tipul structural și dispoziția spațială a maselor, dimensiunile geometrice pe verticală sau orizontală, dispunerea zidurilor și procentul de goluri din acestea, calitatea materialelor și a execuției, amplasamentul construcției, natura terenului de fundare și tipul infrastructurii.

Acțiunile catastrofale se produc, de regulă, cu oarecare periodicitate, suprapunându-se peste starea de tensiune existentă produsă de încărcările permanente, și care în cazul construcțiilor concepute preponderent gravitațional, nu pot fi preluate decât cu riscul avarierii.

Evaluarea nivelului de asigurare seismică

Vulnerabilitatea construcției și hazardul seismic al amplasamentului determină comportarea structurii la acțiuni seismice. Se definește vulnerabilitatea clădirii ca fiind nivelul pagubelor probabile a se produce în timpul unui cutremur cu o intensitate dată, iar hazardul seismic al amplasamentului este probabilitatea ca un eveniment de o intensitate dată să se producă într-un anumit loc.

Accelerațiile maxime ale terenului în cazul unui cutremur și perioada de revenire a acestuia pentru un anumit amplasament se estimează statistic cu un grad de aproximare, valorile obținute fiind cu atât mai mari cu cât perioada luată în calcul este mai mare. Astfel perioada de revenire de circa 100 de ani este considerată a fi suficientă pentru proiectarea unei intervenții structurale la o construcție istorică, creșterea acestei perioade putând duce la măsuri excesive ce ar putea să nu reziste (dureze) pe perioada considerată, fiind totodată preferabile măsuri ce nu elimină posibile intervenții ulterioare.

În Normele de proiectare antiseismică sunt prezentate hărți de zonare seismică a căror valoare asupra unor amplasamente este redusă, deoarece valorile furnizate de acestea elimină de regulă valorile extreme. Dar în situația structurilor istorice ceea ce se dorește a fi conservat este caracteristica de exceptia a acestora, de extremă. Astfel se poate considera o abordare metodică prin care folosind surse documentare locale să fie identificată intensitatea maximă resimțită pe amplsament și care să fie aleasă ca valoare de referință în locul valorilor stabilite probabilistic împreună cu o valoare pentru perioada de revenire ipotetică dată de normele pentru clădirile noi. În consecință se impune realizarea de hărți seismice ce să pună în evidență amplasamente cu valori culturale importante și care cuprind caracteristicile specifice privind hazardul seismic ale acestor zone.

Metode de evaluare

Unul din obiectivele unei diagnoze este evaluarea nivelului de siguranță a structurii de rezistență în situația actuală sau într-o situație nou proiectată, dar poate fi și compararea gradului de siguranță actual cu cel din situația inițială oferind astfel un indice al degradării performanțelor structurale.

Atunci când încărcările aplicate asupra structurii de rezistență nu se schimbă (neschimbând, de exemplu, funcțiunile încăperilor) aceasta și-a demonstrat în timp performanțele sale și orice măsuri luate au în principiu în vedere cresterea gradului de siguranță. Dar sunt situații când se schimbă substanțial încărcările sau apar modificări în structură, iar în aceste cazuri evaluarea siguranței este, de regulă, mult mai dificilă datorită modificărilor schemelor statice existente sau datorită dificultăților de evaluare exactă a caracteristicilor de material sau a geometriei structurale.

Evaluarea calitativă

Evaluarea calitativă constă în interpretarea datelor rezultate din analizele critice și experimentale realizate anterior, iar în unele situații se pot folosi și procedee rapide de calcul. Un factor important în evaluare, dar și în interpretarea datelor rezultate, este experiența și conștiinciozitatea specialistului care face aceste evaluari.

Există o metodă de evaluare rapidă a unei construcții folosind o analiză cu indicatori ce permit descrierea sintetică a avariilor și poate sugera gradul de siguranță al construcției. Cea mai nouă metodă de evaluare din legislația românească este cea prezentată în ultima variantă a Normativului P100-3/2008, metodă prezentată mai jos.

Metoda de evaluare a stării de degradare constă în acordarea unui punctaj pentru fiecare element structural în funcție de gradul de avariere și de extinderea acesteia.

Evaluarea calitativă preliminară se realizează ținând cont de caracteristicile generale ale clădirii și de starea generală de afectare a acesteia datorită diferitelor acțiuni (seism sau orice alte încărcări).

Valoarea coeficientului R1 se stabilește pornind de la caracteristicile generale ale clădirii, coeficient ce cuantifică din punct de vedere calitativ alcătuirea clădirii (pentru clădiri realizate din elemente de zidărie neînrămată – situația cvasi-întâlnită la clădirile istorice). Valoarea acestuia este dată în Normativul P100-3 / 2008 (tabel D.1a, pag. 85).

Tabel 3.1 – Coeficient R1 [3.13]

Valoarea coeficientului R2 pentru evaluarea calitativă preliminară se cuantifică conform unui tabel din același normativ, Normativul P100-3 / 2008 (tabel D.2, pag. 86). Astfel se evaluează starea generală de avariere a clădirii notându-se funcție de punctajele din tabel, tipul și gravitatea avariilor elementelor verticale sau orizontale.

Tabel 3.2 – Coeficient R2 [3.13]

Valoarea indicatorului R2 ce arată gradul de avariere seismică a clădirii se determină prin suma avariilor elementelor verticale și elementelor orizontale, R2 = Av + Ah .

Tipurile de avarii caracteristice din pereții de zidărie de care se ține cont în evaluarea calitativă preliminară sunt următoarele: fisuri verticale, înclinate sau în X în parapeți, buiandrugi, și arce deasupra golurilor, fisuri inclinate și/sau în X în spaleții dintre două goluri alăturate, fisuri orizontale la extremitățile șpaleților sau zdrobirea zidăriei provocată de concentrarea eforturilor de compresiune, fisuri sau crăpături la intersecția pereților, degradări ale zidăriei în dreptul elementelor orizontale pe care reazemă planșeele, dar și orice alt tip de degradare pe care expertul tehnic îl consideră concludent și important.

Severitatea degradărilor elementelor structurale verticale definite mai sus, în ideea caracterizării conform tabelului prezentat se face după prima coloană a acestuia. Astfel sunt avarii nesemnificative, moderate, grave sau foarte grave.

Există în cadrul normativului P100-3/2008 și sugestii pentru caracterizarea degradărilor. Pentru avariile nesemnificative sunt prezentate următoarele exemple de degradare: pentru pereții structurali, fisurile orizontale subțiri la bază și eventuale fisuri diagonale foarte subțiri; la spaleții dintre goluri, fisurile foarte subțiri sau mortarul sfărâmat în rosturi la capete, fisuri discontinui, foarte subțiri, fără deplasări ale zidăriei, sau fisuri înclinate subțiri în mai puțin de 5% din asize.

În cadrul degradărilor moderate sunt prezentate următoarele exemple de degradare: la pereții structurali fisuri orizontale sau desprinderi de mortar la bază, având deplasări mai mici de 5mm în planul de fisurare, fisuri înclinate ce pornesc de la bază și se întind pe câteva rânduri de zidărie sau fisuri în zonele superioare ale peretelui; în spaleții dintre goluri, fisuri fine sau mortar strivit în rosturi orizontale spre capetele șpaletului, fisuri orizontale cu deplasare în lungul fisurii cu deschiderea fisurilor verticale nu mai mult de 5mm, cu ruperi în scară în mai puțin de 5% din asize, cu fisuri diagonale deschise mai puțin de 5mm iar cărămizile nu sunt zdrobite spre extremități.

În cadrul degradărilor grave: la pereții structurali fisuri în rost orizontal cu deschidere mai mare de 10mm, sau fisuri înclinate extinse sau deschise la partea superioară mai mult de 10mm; la spaleții dintre goluri, fisuri subțiri sau mortar spart în rosturile orizontale de la extremități sau aproape de acestea, ieșirea din plan sau deplasări verticale, cărămizi zdrobite, fisuri diagonale cu deschidere mai mare de 6mm, fisuri orizontale cu deplasare în lungul fisurii cu deschiderea fisurilor verticale nu mai mult de 10-12mm, cu ruperi în scară în mai mult de 5% din asize. Totodată structura se consideră ca are avarii grave atunci când este îndeplinită una din următoarele două condiții: capacitatea de rezistență a perețiilor cu avarii grave este mai mare decât 25% din capacitatea de rezistență totală a structurii pe oricare din direcții la un etaj, sau numărul spaleților cu avarii grave este mai mare decât 25% din numărul spaleților la un etaj pe oricare din direcții.

În cazul degradărilor foarte grave, la pereții structurali există riscul de pierdere a capacității portante, sunt deplasări ale zidăriei importante cu cărămizi alunecate de pe cele zidite sau chiar căzute la margini, cu secțiunea de la bază cu dezintegrări spre margini. La spaleții dintre goluri, sunt evidențiate deplasări mari în plan, zdrobirea extinsă a cărămizilor la margini, deplasări mari în lungul fisurilor inclinate sau în scară, deplasări sau rotiri importante în lungul planurilor de fisurare, ruperea cărămizilor în majoritatea asizelor. Totodată structura se consideră ca are avarii foarte grave atunci când este îndeplinită una din următoarele două condiții: capacitatea de rezistență a perețiilor cu avarii foarte grave este mai mare decât 15% din capacitatea de rezistență totală a structurii pe oricare din direcții la un etaj, sau numărul spaleților cu avarii foarte grave este mai mare decât 15% din numărul spaleților la un etaj pe oricare din direcții.

Evaluarea calitativă preliminară se realizează conform normativului P100-3/2008 pentru metodologia de nivel 1 de evaluare a clădirilor din zidărie, metodologie ce se aplică la clădirile de zidărie nearmată, cu regularitate în plan și elevație, cu planșee ce asigură rolul de saibă rigidă, și care au regim de înălțime mai mic de P+2E în zonele seismice cu ag = 0,12g, sau care au regim de înălțime mai mic de P+4E în zonele seismice cu ag = 0,08g.

Cum o bună parte a zonelor seismice din țara noastră au accelerații ale terenului mai mari decât 0,12g, la clădirile de zidărie trebuie să fie aplicate metodologii de nivel 2 sau 3, conform P100-3/2008, ceea ce înseamnă că evaluările calitative preliminare trebuie înlocuite cu evaluări calitative detaliate.

Evaluarea calitativă detaliată se face ținând cont de regulile de alcătuire structurală presum și de amploarea fenomenului de degradare a construcției. Evaluarea făcută prin notare de către expertul în structura de rezistență tine cont de următoarele zece criterii, conform P100-3/2008:

criteriul calității sistemului structural: se ține cont de conlucrarea spațială a elementelor structurale (care la rândul ei depinde de tipul și modul de legătură dintre pereții de pe direcțiile principale ale construcției precum și de legăturile dintre pereți și planșee) dar și de alcătuirea structurală cu arii de zidărie suficiente și aproximativ egale pe cele două direcții;

criteriul calității zidăriei: se ține cont de calitatea elementelor structurale, de modul de țesere al elementelor zidăriei, de regularitatea grosimii rosturilor și de modul de umplere a acestora, altfel spus de calitatea materialelor din care este realizată zidăria și de calitatea punerii în operă a acesteia (raportată la legislația în vigoare);

criteriul privind tipul planșeelor: se ține cont de rigiditatea planșeelor în planul lor și de legăturile planșeelor cu elementele structurale verticale;

criteriul privind configurația clădirii în plan: se ține cont de compactitatea și simetria structurală și geometrică în plan a construcției (raportul între lungimile laturilor, existența retragerilor sau intrândurilor în plan);

criteriul privind configurația clădirii în elevație: se ține cont de uniformitatea geometrică și structurală în elevație punând în evidență proeminențe, discontinuități, retrageri succesive;

criteriul privind distanțele între pereții structurali: se ține cont de distanța între pereți, cu cât aceștia sunt mai deși cu atât punctajul obținut de structură va fi mai mare;

criteriul privind elementele structurale ce dau împingeri laterale: se ține cont de existența arcelor, a bolților, a cupolelor, a șarpantelor cu sau fără elemente ce preiau sau limitează împingerile laterale;

criteriul privind tipul terenului de fundare și al fundațiilor: se ține cont de natura terenului de fundare, de stabilitatea acestuia, de posibilitatea de a prelua încărcările transmise de fundații, de deformațiile și tasările diferențiate existente sau posibile, etc;

criteriul privind eventuale interacțiuni cu clădiri adiacente: se ține cont de prezența la calcan a unei alte clădiri, de riscul ca aceasta să se ciocnească de clădirea investigată (altfel spus de dimensiunea rostului dintre clădiri), de posibilitatea de cădere de componente ale clădirilor de la calcane, de regimul de înălțime a acestora;

criteriul privind elementele nestructurale existente în alcătuirea clădirii: se ține cont de prezența unor elemente nestructurale, sau de lipsa lor, și care prezintă risc de prăbușire sau au un risc ridicat de priedere a stabilității.

Notarea fiecărui criteriu se face acordând punctaje astfel: pentru un criteriu îndeplinit se acordă 10 puncte, pentru neîndeplinire minoră se acordă între 8 și 10 puncte, pentru neîndeplinire moderată se acordă între 4 si 8 puncte, iar pentru o neîndeplinire majoră se acordă între 0 și 4 puncte.

În cazul analizei calitative detaliate valoarea coeficientului R1 se calculează prin însumarea punctajelor acordate conform fiecărui criteriu prezentat mai sus (conform P100-3/2008), maximul fiind 100 de puncte pentru clădirea „perfectă”.

În cazul analizei calitative detaliate valoarea coeficientului R2 se calculează cu suma avariilor elementelor verticale și elementelor orizontale, R2 = Av + Ah , formulă identică ca în cazul metodologiei de evaluare de grad 1; ceea ce se modifică este modul de evaluare al avariilor elementelor verticale sau orizontale pentru care există un tabel pentru această evaluare.

Tabel 3.3 – Coeficient R2 [3.13]

Evaluarea analitică

Metodele de calcul ce au ca rezultat starea de tensiune sau deformație din orice punct al unei structuri sunt de multe ori laborioase, ele nejustificându-se decât în cazuri deosebite. Folosirea acestora în cazul construcțiilor vechi este greoaie și problematică deoarece există în marea majoritate a cazurilor dificultăți în definirea exactă a geometriei structurale, există incertitudini privind tipul legăturilor din structură, sau incertitudini privind caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor sau chiar față de distribuția încărcărilor. Este de subliniat nici atenția la alegerea schemelor de calcul și a coeficienților utilizati, și aceea privind atenția la interpretarea rezultatelor ce se obțin.

Este de subliniat deasemenea că trebuie găsit un echilibru între modelul structural și simplitatea acestuia și încrederea în rezultatele astfel furnizate, fiind foarte importantă de asemenea întelegerea funcționării structurii și coordonarea răspunsului așteptat cu cel obținut din modelul de calcul.

Principalele probleme la calculul analitic al structurilor construcțiilor din zidărie existentă sunt: stabilirea exactă a caracteristicilor fizico-mecanie ale materialelor ce au nivele diferite de degradare, îmbătrânire sau omogenitate în masa structurii, caracteristicile nefiind apropiate de schemele liniare teoretice, dar și stabilirea cvasi-imposibilă a unor scheme simplificate care să cuprindă caracteristicile de tipologie și morfologie a elementelor structurale. Din aceste motive amploarea și tipul intervențiilor au de multe ori la bază analize pe modele simplificate sau aproximative.

Se poate sublinia că materialele folosite la construcțiile istorice au caracteristici ce variază funcție de zonă, de perioada de construcție, de compoziția mineralogică sau de procesul de producție rezultând un număr practic nelimitat de tipuri de variante, de multe ori diferite de cele prezentate în standardele actuale, se recomandă ca stabilirea proprietăților materialelor să se facă doar in situ.

Chiar dacă se caută să se obțină informații cât mai exacte legate de caracteristicile fizice, chimice sau mecanice ale materialelor originale se întâmpină de regulă dificultăți deosebite. Aceste dificultăți constau în lipsa de omogenitate sau uniformitate comparativ cu o structură nouă, sau dificultăți privind variațiile importante ale proprietăților materialelor constituente, dar și dificultăți privind metodele de testare sau experimentare.

Modelele realizate pentru calculul structural trebuie să demonstreze că mecanismele structurale sunt corect înțelese de către expert. Astfel modelele de calcul cu legături rigide între elemente, cu modelări în ansambluri de tip cutie sunt nepotrivite pentru clădirile vechi din zidărie, acestea având un mod de comportare specific, cu zone din ansamblu care dezvoltă mecanisme independente de rezistență ce trebuie verificate fiecare în parte. Se întâmplă ca în urma calculelor pe modele neconforme cu realitatea (prin utilizarea de ipoteze neadevărate pentru structurile de zidărie vechi, neconforme cu sau neconformate după reguli existente în prezent în normele de proiectare) structurile de zidărie să rezulte că nu au suficientă capacitate de rezistență deși acestea au trecut prin mai multe cutremure majore, concluzia calculelor fiind adeseori necesitatea unor intervenții excesive.

O concluzie ce se poate trage este că la realizarea modelelor de calcul structural, ipotezele simplificatoare sunt utilizate ca instrumente de ajutor în luarea de decizii de această dată cu caracter informativ (obținînd ordinul de mărime). O altă cerință constă în confruntarea modelului de calcul, a ipotezelor de la baza acestuia, cu situația reală din teren în scopul verificării modelului, un bun criteriu de verificare fiind compararea rezultatelor cu studiul privind comportarea structurală la seismele precedente. Sunt totodată situații în care modelul de calcul structural permite definirea unui grad de siguranță pe baza legăturilor de tip cauză – efect.

O idee importantă este aceea că structurile de zidărie peste care au trecut seisme cu intensitate mare și au rezistat chiar cu prețul unor avarii, prezintă capacități de rezistență ce nu sunt întotdeauna confirmate de verificarea prin calcul, acestea fiind descoperite la o astfel de evaluare; apare așadar necesară întrebarea dacă prin calcul se pot evalua corect capacitățile de rezistență ale unei clădiri vechi din zidărie.

Oricum, verificările prin calcul pot justifica deciziile de intervenție, atunci când acestea sunt strâns legate de structura studiată, dar trebuie subliniată importanța verificării “naturale” a comportării structurii la seismele deja produse în comparație cu seismele probabile luate în considerare de verificările analitice.

Decizia de intervenție este o procedură decizională a expertului tehnic, fiind rezultatul și având la bază o serie de elemente ca: identificarea mecanismelor specifice de rezistență, studiul efectelor seismelor asupra tipului structural (cu identificarea tehnicilor constructive și tipurilor structurale cu bună comportare) sau analiza modelelor de calcul.

Una din concluziile ce rezultă din evaluarea analitică prin calcul (dar împreună cu evaluarea calitativă) este încadrarea clădirii într-o clasă de risc seismic, care este la rândul ei o măsură a efectelor probabile a se produce în cazul unui cutremur caracteristic pentru amplasamentul construcției.

În normativul P100-3/2008 sunt definite patru clase de de risc seismic, în care se vor încadra toate clădirile investigate, și anume:

– clasa de risc 1, Rs I, în care sunt încadrate clădirile cu risc ridicat de prăbușire la cutremurul de proiectare corespunzător stării limite ultime;

– clasa de risc 2, Rs II, în care sunt încadrate clădirile ce pot suferi degradări structurale majore dar la care pierderea stabilității este puțin probabilă în cazul cutremurului de proiectare corespunzător stării limite ultime;

– clasa de risc 3, Rs III, în care sunt încadrate clădirile ce pot prezenta degradări structurale ce nu afectează siguranța structurală dar la care degradările nestructurale pot fi semnificative, în cazul cutremurului de proiectare corespunzător stării limite ultime;

– clasa de risc 4, Rs IV, în care sunt încadrate clădirile cu un răspuns seismic asteptat similar cu cel obținut de o construcție nouă proiectată după prescripțiile în vigoare la cutremurul de proiectare corespunzător stării limite ultime.

Trebuie avut în vedere că încadrarea corectă într-o clasă de risc depinde de interpretarea datelor furnizate de analizele realizate, care la rândul lor depind de mulți factori ce definesc acțiunea seismică viitoare, dar depinde și de comportarea unor construcții similare la acțiuni seismice. Apoi este de subliniat importanța, în cazul unei evaluari cantitative cât mai exacte, a unei documentări detaliate privind intensitatea seismelor locale ce tin cont de caracteristicile zonei, nu neapărat de o hartă de macrozonare prezentată în normativ, riscul fiind de sub- sau supra-evaluare a rezultatelor analizelor efectuate.

O importanță deosebită în evaluarea riscului seismic o are încadrarea, conform normativului P100-3/2008 tabelul 4.2, în clasele de importanță a clădirilor a “clădirilor din patrimoniu național” în clasa a doua de importanță, neprevazănd articole sau prevederi specifice clădirilor din această categorie. Astfel, prin această încadrare, se periclitează ideea de construcție monument deoarece prin supraevaluarea acțiunilor se ajunge la o subevaluare a clasei de risc și implict se amenință valoarea ce se dorește a fi conservată prin intervenții excesive asupra acestuia ce distrug chiar valoarea de patrimoniu. Se ajunge în situația în care expertul tehnic trebuie să ia o decizie privind tipul de intervenție, de cât de extinsă va fi aceasta sau de cât urgentă este. Decizia expertului depinde acum de experiența lui, de pregătirea acestuia, de înțelegerea corectă a construcției, de puterea de a lua decizii sau judecăți personale, și nu în ultimul rând de dorința de a lua decizii în raport cu valoarea istorică construcției și de comportarea acesteia în regim seismic.

Există astfel un paragraf (Bernard M.Feilden, Conservation of Historic Buildings, Architectural Press, Oxford 1996) prin care se subliniază că aplicarea fără judecată, în mod mecanic a normativelor și codurilor de proiectare, duce de multe ori la distrugerea clădirilor istorice, acestea având “de ales între a fi distruse de Coduri sau de următorul cutremur”.

Stabilirea tipului de intervenție

Este cunoscut că intervenția de consolidare presupune modificări ample cu cât intervenția este mai extinsă. Astfel în cazul monumentelor de arhitectură, în urma recomandărilor bine cunoscute pe plan internațional, este indicată reducerea la minumum a intervențiilor, dacă intențiile sunt de conservare a obiectului în esența sa. Se dorește astfel, prin cunoașterea aprofundată a obiectului asupra căruia se intervine dar și a fenomenelor perturbatoare, să se evite lucrările inutile sau chiar dăunătoare, prin stabilirea intervenției ce produce perturbarea minimă și avantajul maxim pentru conservarea obiectului. Sunt de preferat reparațiile în locul înlocuirilor, optând pentru intervenția ce readuc structura la capacitatea inițială sau îi imbunătățesc capacitatea de rezistență fără să-i afecteze schema statică originală.

Tendința actuală în țări cu tradiții în domeniul restaurării este ca intervențiile să fie îndreptate spre o consolidare discretă, în spiritul conceptului de ameliorare (dacă se poate prin intervenții locale) cu tehnici tradiționale, care să remedieze degradările existente cu intenția de a crește performanțele de rezistență și stabilitate fără a modifica schema statică inițială. Sunt însă situații în care degradările sunt atât de extinse sau există defecte inițiale în structură (chiar de conformare), încât conduc spre o intervenție extinsă de reconfigurare statică și de adaptare a structurii la noile norme seismice.

Tipuri de intervenții

Intervențiile avute în vedere trebuie să aibă în vedere în principal varianta minimală ca soluție, variantă ce are ca scop prevenirea colapsului total sau parțial al construcției.

În ordinea mărimii intervenției, se definesc: intervenția de conservare, intervenția de ameliorare și intervenția de adaptare.

Intervenția de conservare are ca obiectiv menținerea și / sau refacerea performanțelor inițiale ale elementelor structurale degradate, folosind tehnici și materiale tradiționale la repararea unor componente structurale.

Intervenția de ameliorare are ca obiectiv îmbunătățirea performanțelor unor elemente structurale izolate și / sau a sistemului structural în ansamblu, dar fără a modifica substanțial comportamentul global. Categoriile de lucrări ce se presupun a fi realizate în cadrul intervențiilor de ameliorare sunt următoarele: consolidarea elementelor folosind tehnici și materiale similare cu cele originale, desfaceri și refaceri locale utilizând tehnici tradiționale, introducerea de elemente auxiliare din materiale noi, înlocuirea unor elemente structurale cu unele similare din materiale tradiționale sau materiale contemporane, demolarea și reconstrucția parțială pe zone restrânse, modificarea alcătuirii planșeelor în vederea reducerii încărcărilor sau modificarea funcțiunilor doar în sensul reducerii încărcărilor utile.

Intervenția de adaptare are ca obiecțiv obținerea unui nivel de asigurare seismică comparabil cu cel stabilit pentru construcțiile noi. Acest tip de intervenție presupune o restructurare globală ce implică realizarea unui nou sistem structural (prin proiectarea unuia practic nou), vechile componente nemaifăcănd parte acesta, situație ce se petrece atunci când construcția este de fapt o ruină sau când se intervine prin demolarea unei părți importante din construcția existentă.

Este de subliniat că pentru restaurarea structurală a clădirilor valoroase din punct de vedere istoric se preferă intervenții de conservare sau de ameliorare și doar excepțional și bine justificat intervenții de adaptare, având ca scop intenția de a păstra cât mai mult din caracteristicile constructive și structurale inițiale. Intenția de a păstra cât mai mult din structurile originale prin intervențiile de conservare sau ameliorare este justificată prin faptul că aceste structuri au o rezistență antiseismică demonstrată de trecerea printr-o serie de cutremure anterioare, rezistență ce nu este de cele mai multe ori demonstrabilă prin calcul dar este demonstrată practic de trecerea timpului.

Proiectarea și execuția intervenției

Alegerea tehnologiei de execuție

Modul de intervenție, materialele ce vor fi folosite și tehnicile de punere în operă în cazul construcțiilor cu valoare istorică ce se dorește a fi protejate trebuie să fie în concordanță cu caracteristicile tehnologice ale structurii de restaurat, caracteristici determinate în etapa de analiză a construcției.

În dorința de a face cea mai bună alegere, folosirea materialelor și tehnicilor tradiționale este cea mai indicată atunci când acest lucru este posibil, neexcluzând însă utilizarea în paralel de materiale și tehnici moderne. Folosirea tehnicilor moderne trebuie demonstrată că este oportună și necesară în raport cu alte tehnici, chiar tradiționale. Oricum alegerea materialelor și tehnicilor utilizate trebuie să țină cont de idea de reversibilitate a intervenției, în acest fel lăsând o posibilitatea unor întervenții ulterioare.

Intervențiile reversibile sunt de preferat pentru că în situația în care se constată că intervenția este gresită, ea poate fi înlocuită fără a produce degradări la elementele originale, sau dacă în viitor apar materiale sau tehnici mai performante acest tip de intervenții să poată fi ușor înlocuite. În categoria tehnici reversibile pot fi încadrate (de exemplu) următoarele lucrări: sprijiniri exterioare de tip contraforți, tiranți la nașterea arcelor, inele la baza cupolelor, bare pretensionate fără liant, tiranți exteriori, cabluri de oțel interioare pentru asocierea pereților de zidărie, sau pentru îmbunătățirea rezistenței, rigidității și ductilității pereților existenți, precum și altele. Aceste intervenții impun restricții puține structurii, reclamând măsuri speciale doar în punctele de legătură cu structura existentă, astfel încât se pot folosi materiale moderne fără restricții.

Din păcate tehnicile reversibile nu pot fi aplicate întotdeauna, sau intervențiile nu pot fi efectuate exclusiv prin tehnici reversibile, chiar dacă intenția sau dorința este să fie folosite numai astfel de tehnici. În practica curentă, din motive de multe ori obiective, intervențiile sunt în general ireversibile mai ales în cazul contrucțiilor din zidărie astfel că intervențiile nu mai pot fi indepărtate fără afectarea elementelor originale. Exemple de tehnici ireversibile des utilizate sunt: injectările cu lapte de ciment, rețeseri (cu cărămizi noi sau refolosite) în dreptul fisurilor cu cimentări de profunzime, completări ale mortarelor din rosturi în adîncime, refaceri parțiale ale paramentelor avariate, cusături armate cu bare pretensionate, consolidări de zidării cu rețele de bare înglobate în mortar de ciment, legături între pietre cu dornuri cimentate, consolidări de pereți din zidărie cu cămăși de beton armat, suprabetonări de bolți și planșee, consolidări de fundați și altele.

În cazul intervențiilor ireversibile, apare problema compatibilității materialelor noi puse în operă cu materialele originale și a durabilității acestora. Compatibilitatea se referă la proprietățile fizice, chimice și mecanice, aici putând să apară și aspecte estetice ale noilor materiale ce trebuie să se integreze în ansamblul ce se dorește a fi conservat. Problema durabilității materialelor noi întroduse constă în aceea că aceste materiale trebuie să își păstreze caracteristicile pe o perioadă cel puțin egală cu a materialelor inițiale, fiind totodată compatibile cu acestea.

De-a lungul timpului, restaurarea structurală a evoluat constant, trecând prin etape contradictorii, în care unele materiale (de exemplu fierul sau chiar betonul) au fost recomandate pentru ca apoi să fie utilizate cu reținere datorită problemelor referitoare atât la durabilitatea acestora (de exemplu tiranții neprotejați corespunzător, se oxidau și ieșeau din lucru, intervenția devenind în acest fel inutilă, sau oxidarea armăturilor din înteriorul betonului la expunerea prelungită de umiditate) cât și la compatibilitatea cu materialele lângă care sunt utilizate. Aceste aspecte au dus la concluzia, mai ales în cazul țărilor cu tradiție în domeniul intervențiilor pe construcții existente potrivit căreia tehnicile tradiționale sunt favorizate în locul tehnicilor moderne, având în vedere că de multe ori s-au constatat efecte negative ale intervențiilor moderne pe măsură ce acestea s-au învechit.

Utilizarea materialelor și tehnicilor tradiționale nu exclude utilizarea materialelor moderne, mai ales că există o preocupare continuă privind eliminarea deficiențelor din utilizarea materialelor noi, astfel încât tehnicile reversibile să poată fi utilizate pe o scară cât mai largă.

Materiale moderne utilizate în restaurare

Materialele avute aici în vedere sunt cimentul, oțelul și rășinile epoxidice, încercând să fie scoase în evidență caracteristicile și limitele utilizării acestora, dar și compatibilitatea acestora cu materialele originale din punctul de vedere al durabilității și reversabilității măsurilor de intervenție.

Cimentul Portland utilizat la lucrări de consolidare

Cimentul, în calitatea sa de component de bază al betoanelor și mortarelor moderne, este unul dintre cele mai folosite materiale la intervențiile pe construcțiile din zidărie, dar care datorită efectelor secundare sau a defectelor apărute în timp, tinde să fie elimimat din practică.

Principalele probleme pe care le ridică utilizarea cimentului la lucrări de consolidare sunt ireversibilitatea intervenției dar și compatibilitatea și durabilitatea acestui tip de intervenție, având în vedere problemele legate de asocierea de două materiale cu caracteristici fizice și mecanice diferite, pe această bază existând recomandarea generală a limitării utilizării cimentului doar la intervenții locale și numai atunci când o altă variantă de intervenție nu există.

Printre dezavantajele utilizării cimetului Portland în consolidări se pot enumera: ireversibilitatea intervenției datorită distrugerilor materialelor originale la înlăturarea cimentului; caracteristici mecanice diferite între materialele originale și ciment: rezistență mai mare a cimentului față de materialele originale, elasticitate și plasticitate redusă comparativ cu mortarele de var; coeficient de dilatare termică mai mare la ciment decât la zidărie, diferențele de temperatură inducând eforturi ce duc în final la desprinderi la interfața ciment – zidărie sau prin fisurare ce amplifică degradările; permeabilitate redusă a cimentului poate duce la creșterea umidității în pereții de zidărie prin condens în strat sau favorizarea capilarității; cimentul formează săruri solubile ce se dizolvă și distrug materialele poroase în care recristalizează; poate crea punți termice ce produce degradări datorită apei de condens.

Cimenturile moderne au caracteristici performante ce se adresează mai ales construcțiilor noi: rezistențe mari, priză rapidă, impermeabilitate, porozitate redusă, durabilitate cât mai extinsă. Aceste caracteristici îmbunătățite ale cimenturilor sunt de multe ori în contradicție cu materialele suport (originale) existente în structurile din zidărie.

De exemplu, durabilitatea cimentului este, la rândul ei, influențată în principal de umiditate, de variațiile de temperatură și de agresivitatea chimică a mediului, factori ce combinați sau independenți (sau mai rău împreună) provoacă degradări ale pietrei de ciment.

Oțelul folosit la lucrări de consolidare

În construcțiile de zidărie fierul a fost folosit de mult timp, acesta având diverse roluri în cadrul acestora, cea mai frecventă utilizare fiind la realizarea tiranților sau la legerea uscată a elementelor de zidărie; se cunosc însă și situații când fierul a fost utilizat în lucrări de consolidare sub formă de tiranți și platbande (la coloane sau cupole avariate).

Proprietățile fierului, dar și modalitățile de punere în operă ale acestuia, îl fac un material foarte bun pentru intervențiile de consolidare, posibilitățile proiectanților fiind de la intervenții locale până la redefinirea completă a structurii unei construcții.

Una din calitățile cele mai importante ale oțelului în restaurare este caracterul privind reversibilitatea intervenției și de marcare a acesteia. Bineînțeles că la aceasta trebuie adăugat și greutatea redusă a elementelor, montajul destul de ușor și rapid, maleabilitate și adaptabilitate ușoară la forma elementelor existente.

Nu este de neglijat aspectul legat de echilibrul pe care trebuie să-l realizeze proiectantul, la utilizarea fierului în consolidare, între vechi și nou pentru a nu compromite integritatea datelor istorice ale construcției dar și posibilitatea asocierii acestuia la diverse tehnici constructive, având în vedere și faptul că se asociază în vederea consolidării două materiale cu caracteristici de deformabilitate și rezistență diferite. Astfel, pentru o intervenție ce presupune o bună conlucrare între structura nouă și cea veche trebuie să se urmărească cu atenție compatibilitatea fizico-mecanică între materiale, o asociere eficientă și grijă privind punerea în lucru a noilor elemente, ținînd totodată cont și de fazele intermediare și de montaj ale acestora în vederea siguranței în lucru sau montaj.

Este de subliniat faptul că utilizînd corect oțelul la consolidări, acesta este unul dintre materialele cele mai potrivite la acest gen de intervenții structurale.

Utilizarea rășinilor sintetice și a fibrelor de carbon la lucrări de consolidare

Rășinile sintetice și fibrele de carbon sunt materiale foarte noi, practic încă neverificate de trecerea timpului sau în cadrul încercărilor de laborator datorită dificultăților privind modelarea îmbătrânirii materialelor montate în șantier (între laborator și șantier fiind o multitudine de factori ce nu practic pot fi cuantificați).

În comparație cu celălalte materiale folosite în consolidări, rășinile sintetice armate cu fibre de carbon (sau sticlă) au avantajul unei intervenții puțin vizibile, cu rezistențe peste medie (mai mari decât ale oțelului), fără riscurile coroziunii prezente la oțeluri, dar și dezavantajul unei permeabilități reduse sau (foarte important) a ireversabilității intervenției, sau limitărilor impuse de lipsa aderențelor și a conlucrării cu materialele existente cu rezistențe mai reduse. Una din marile dificultăți în implementarea acestui tip de intervenție este și costul destul de ridicat al materialelor (rășinile și fibrele de carbon).

Cele mai dese utilizări ale rășinilor sintetice și a fibrelor de carbon sunt cămășuirile de pereți structurali de zidărie, ale arcelor sau bolților din zidărie. Unul din dezavantajele utilizării rășinilor este aplicarea acestora spre exteriorul pereților în câmp continuu, situație în care datorită împiedicării traficului de vapori sau a variațiilor de temperatură se poate ajunge la exfolieri care anulează practic consolidarea cu astfel de materiale.

Tipuri de intervenții

În reabilitarea construcțiilor ce utilizează materiale moderne apar două categorii de intervenții: intervenții de completare și intervenții de consolidare.

Trebuie subliniat că principalele categorii de intervenție din punct de vedere al materialelor și tehnicilor sunt cele aferente intervențiilor reversibile sau ireversibile. Astfel pentru intervențiile reversibile sunt impuse puține condiții sau restricții, dar pentru intervențiile ireversibile apar condiții obligatoriu de respectat: compatibilitatea cu materialele originale și durabilitatea noilor materiale în comparație cu cele originale, condiții ce sunt îndeplinite cu relativă ușurință atunci când sunt folosite materiale tradiționale. Studiul în vederea cunoașterii structurilor tradiționale, a tehnicilor tradiționale de construcție furnizează de multe ori detalii sau indicații utile în vederea obținerii procedeelor optime de intervenție, cu materiale și tehnici similare cu cele tradiționale, optimizate pe baza procesului tehnologic.

Intervenții de completare

Intervențiile de completare constau în alăturarea vechi-nou, fără interacțiuni structurale sau cu modificări ale elementelor constructive și funcționale existente, prin reîntregiri sau completări de elemente structurale sau chiar demolarea structurii interioare cu păstrarea învelișului exterior și reconstrucția completă a interiorului. În acest tip de intervenții este necesar să se păstreze un echilibru între structura nouă și structura veche, astfel încât elementele structurale noi să nu umbrească observarea și percepția corectă a structurii vechi.

Intervenții de consolidare – tipuri și materiale utilizate

În cazul intervențiilor de consolidare se disting două tipuri de intervenții la elementele structurale, și anume: înlocuirile unor componente structurale și respectiv, reutilizările și întăririle elementelor structurale.

Intervențiile ce privesc înlocuiri de elemente structurale se referă la diverse intervenții cu complexități de diferite grade asupra elementelor de infrastructură (fundații), asupra pereților portanți de zidărie, elementelor de tip arc sau boltite, sau asupra acoperișurilor sau planșeelor.

Aceste intervenții de înlocuiri sunt în general simple, fiind destul de des utilizate în practică, pentru ele existînd descrieri complete și clare ale tehnologiei de execuție. Sunt descrise astfel înlocuiri de fundații din zidărie degradată cu fundații noi de beton armat turnate monolit, înlocuiri de pereți de zidărie sau stâlpi de zidărie cu elemente de zidărie cu inimă armată sau cu structuri tip cadru din beton armat sau oțel, înlocuiri de planșee de lemn cu planșee din lemn lamelar încleiat, planșee compozite din lemn și suprabetonări de beton armat, planșee cu grinzi metalice și suprabetonări din beton armat în tablă cutată sau cu planșee de beton armat, înlocuiri de arce sau bolți cu elemente cu aceeași formă din beton sau oțel, iar enumerarea poate continua.

Intervenții de consolidare și reutilizare a elementelor structurale existente sunt practic cele mai multe intervenții ce se realizează pe construcțiile vechi. În continuare sunt prezentate succint principalele tehnici de consolidare ce folosesc materiale considerate moderne. Este adevărat că principalele materiale utilizate sunt cimentul și oțelul, dar atunci când acestea sunt folosite trebuie să se țină cont de criteriile privind compatibilitatea cu materialele existente sau cu obiectivele conservării, cu durabilitatea intervenției dar și cu reversibilitatea acesteia, neuitînd că utilizarea lor să se facă doar dacă materialele tradiționale nu pot duce la obținerea efectului dorit.

Consolidarea infrastructurii, a fundațiilor, trebuie să rezolve problemele apărute în elementele structurale ca urmare unor multitudini de cauze: tasări inegale, alunecări ale terenului de fundare, degradarea materialelor ce alcătuiesc fundațiile sau nerespectarea adâncimii de îngheț. Cea mai folosită variantă de intervenție este cea a subzidirilor din beton simplu sau armat, cu o centura armată la partea superioară sau cu două centuri armate la partea inferioară și superioară. Problema principală a subzidirilor este rostul dintre etapele de realizare a subzidirilor, pe tronsoane cu lungimea de circa 80-100cm, tronsoane având tendința să lucreze independent; pe de altă parte, în rosturi apa tinde să urce prin capilaritate.

O altă variantă de intervenție la fundații, pentru creșterea capacității portante, este îmbrăcarea laterală a fundațiilor cu grinzi tip Vierendel din beton armat cu talpa inferioară lărgită, principalul avantaj fiind eliminarea rosturilor de turnare.

În situația în care fundațiile prezintă degradări sub formă de fisuri sau dislocări, ca măsură de intervenție se pot utiliza injectări completate cu țeseri realizate prin introducere în găuri de bare (dornuri) din oțel, găuri matate cu rășini sintetice sau cu lapte de ciment.

Consolidarea pereților de zidărie apare ca o necesitate, în principal datorită următorilor factori, și nu numai : tasări de reazeme, acțiuni seismice, degradarea materialelor ce alcătuiesc zidăria. Efectele acestor acțiuni sunt fisuri, dislocări sau ruperi locale, asupra cărora se recomandă să se intervină pentru restabilirea continuității prin rețeseri și rezidiri locale, injectări locale sau în masă, țeseri de suprafață sau de profunzime cu bare de oțel.

Rețeserile și rezidirile locale trebuie realizate cu materiale cu caracteristici similare celor din peretele original, atât ca mortare cât și ca elemente ce se zidesc.

Injecțiile locale sau în masă constau în injecția sau impregnarea în zidărie a unor substanțe lichide (mortare clasice sau pe bază de rășini) cu scopul de a obține restabilirea continuității de material și dacă se poate o îmbunătățire a structurii inițiale. Există însă și rețineri cu privire la eficiența acestor procedee. Astfel materialul injectat, datorită proprietăților fizico – mecanice mai bune decât ale materialului de bază crează o zonă de discontinuitate în material, unde diferențele de permeabilitate, de rigiditate sau de dilatare termică pot duce la separarea materialelor, apărînd o nouă avarie. Nu este de neglijat punerea în operă a acestui tip de intervenții ce implică găuri la distanțe regulate ce uneori necesită decopertări sau degradări a unor elemente ce pot fi valoroase, dar și faptul că acest tip de intervenție este ireversibilă datorită injectării de cimenturi sau rășini.

Intervențiile de consolidare prin cusături armate sunt realizate prin coasere la suprafață sau în profunzime. S-a constatat în timp că metoda de coasere a fisurilor la suprafață cu scoabe este ineficientă și a fost abandonată, utilizînd în loc coaserea în profunzime cu bare introduse în găuri forate în pereții de zidărie; pentru conlucrare între pereții găurii și barele de oțel se introduce mortar de ciment expandabil. În unele situații se pot înlocui barele din oțel cu fibre de sticlă sau de carbon în vederea evitării fenomenului de coroziunii și a degradărilor produse de acest fenomen.

Consolidarea pereților de zidărie poate fi realizată cu sâmburi și centuri din beton armat, aceasta fiind una din cele mai folosite metode de consolidare. Această metodă prezintă însă un mare dezavantaj ce apare în timp: separarea celor două materiale (zidărie și beton) având drept cauză nelegarea celor două materiale în mod corespunzător, separare datorită coeficienților de dilatare termică diferiți, datorită diferenței de conductivitate termică și de porozitate ce favorizează condensul la interfața celor două materiale. Astfel, dacă se produce separarea celor două materiale, noua structură nu ajută structura existentă, producând la rândul ei mai degrabă degradări decât consolidare.

Consolidarea pereților de zidărie prin cămășuire, este de asemenea o metodă foarte utilizată în practică. Cămășile pot fi realizate pe fața interioară sau exterioară a pereților sau pe ambele fețe, la interiorul sau exteriorul construcției, desigur numai în situațiile în care această variantă de intervenție este posibilă (imposibilă la pereții pictați). Ca toate metodele și aceasta are dezavantaje datorită barierei greu permeabile la vapori pe care o realizează cămașa, aceasta favorizînd condensul la interfața cămașă – zidărie, fenomen ce poate produce separarea celor două materiale.

Folosirea fără succes în unele cazuri a intervențiilor ce utilizează materiale și tehnici moderne, a dus la creșterea interesului față de tehnicile mai vechi (mai ales acolo unde s-a observat că clădiri reparate cu astfel de tehnici au rezistat cu succes la noi cutremure), în care s-au folosit tehnici și materiale compatibile cu materialele existente și pentru care eficiența și durabilitatea a fost confirmată de trecerea timpului.

Aceste tehnici de consolidare constau, de exemplu, în desfaceri și refaceri ale zidăriilor degradate și ale legăturilor dintre pereți la colțuri cu materiale și tehnici tradiționale, sau înlocuiri ale planșeelor prin grinzi de lemn cu planșee cu grinzi metalice și corpuri ceramice. Acestea sunt de fapt tehnici constructive tradiționale prin care structurile astfel reparate nu pierd din autenticitate, lucrările efectuate putând fi chiar considerate lucrări de întreținere.

Dorința de a asigura compatibilitatea materialelor utilizate la intervenții cu cele originale întâmpină dificultăți datorită imposibilității stabilirii compoziției exacte a mortarelor folosite, iar cerința ca mortarele noi să atingă capacitatea celor existente într-un timp scurt face ca, compoziția acestora să nu fie asemenătoare cu a celei originale.

Mortarul de var cu adaosuri hidraulice folosit intervențiile pe zidăriile istorice este considerat a fi cel mai potrivit datorită compatibilității cu zidăriile existente. Priza lentă și graduală a varului hidraulic, ca și indicele de hidraulicitate conduce la rezistențe mecanice foarte bune, comparabile cu rezistențele cimenturilor moderne. Totodată conținutul de săruri solubile din varul hidraulic este scăzut (sub 10%) și în acest fel fenomenele de dizolvare și recristalizare a sărurilor ce duc la dezagregarea mortarelor nu se produc.

Și alte caracteristici ale varului hidraulic îl fac să fie un material recomandat pentru întervenții pe clădiri existente: suprafața specifică mare conduce la o capacitate de eliminare a apei din amestec sau din din suport (mai ales la construcții ce au avut de suferit din cauza umidității excesive); bazicitatea varului hidraulic ce conferă un comportament pasiv față de elemente metalice înglobate sau rezistență la atacul chimic al eventualilor poluanți; elasticitatea mortarului realizat cu var hidraulic permite să amortizeze parțial deformațiile elementelor dintr-o zidărie pe ansamblu ductilă.

Cele enumerate mai sus fac ca varul hidraulic să fie un material recomandat în intervențiile pe clădiri vechi, pornind de la cercetare până la proiectare sau execuție.

Intervenția asupra construcției

Intervenția asupra construcției se realizează după un proiect general ce stabilește modul și tehnologiile de intervenție, fiind rezultatul unui proces ce cuprinde elemente de arhitectură și de structură, dar și orice alte specialități implicate în restaurarea unei clădiri monument istoric.

După o serie de investigații in situ sau în laborator, expertul inginer structurist elaboreaza, funcție de posibilitățile de realizare, soluțiile de intervenție ce sunt discutate în colectivul ce elaborează întregul proiect și care bineînteles trebuie să respecte nu numai cerințele de rezistență și stabilitate dar și cele referitoare la lucrul pe clădiri istorice.

Pentru a avea un proiect de restaurare corect alcătuit și complet acesta trebuie să conțină și următoarele elemente: studiu istoric al clădirii ce trebuie să pună în evidență transformările suferite de construcție și elementele importante ce trebuie păstrate și puse în evidență în cadrul proiectului de restaurare; studiu privind seismologia amplasamentului; releveul construcției (de arhitectură, structură, instalații, degradări sau elemente ornamentale, etc.), studiu geotehnic ce să cuprindă stratificațiile terenului, considerații privind stabilitatea acestuia sau influența apelor subterane (printr-un studiu geoelectric al terenului); raport privind caracteristicile fizice, chimice sau mecanice ale materialelor din care este realizată structura zidăriilor, raport ce trebuie să se bazeze pe investigații instrumentale; o descriere a avariilor și a tipului degradărilor suferite și un raport (dacă este cazul) care să facă legătura între încărcări și avariile suferite de elementele structurale; proiectul propriu zis ce cuprinde intervențiile prevăzute și care evaluează noile capacități de rezistență obținute în urma intervențiilor structurale. În cadul proiectului există și o parte grafică ce descrie intervenția prin planuri, descrieri și specificații tehnice pentru clarificarea execuției. Acestea nu pot fi realizate fără o conlucrare foarte stânsă între proiectant și expertul tehnic, de multe ori aceștia lucrând în echipă.

Etapa finală a restaurării unei construcții este șantierul, loc în care s-au făcut primele analize și din care s-au strâns informații utilizate în procesul de evaluare și realizare a proiectului, și tot odată locul în care are loc aplicarea (punerea în operă) a soluțiilor de intervenție stabilite. Este de subliniat faptul că datorită caracterului special al lucrărilor de restaurare structurală, odată cu începerea lucrărilor pe șantier nu se încheie practic etapa de proiectare, oricînd fiind posibile modificări pe parcursul execuției în oricare din fazele acesteia. Se impune ca urmărirea și controlul execuției să se realizeze pe întreaga perioadă de timp cât se desfășoară șantierul, în mod special atunci cînd este nevoie să fie făcute corecții sau să se anuleze intervenții ce se pot dovedi ulterior eronate.

Șantierul se încheie cu o recepție ce trebuie să certifice punerea în operă a prevederilor din proiect, în ansamblul său, neavînd în vedere doar aspectele tehnice ale execuției.

Concluzii – direcții de urmărit:

Importanța conservării patrimoniului construit pune în discuție intervențiile ce au loc asupra unor astfel de construcții, intervenții ce nu trebuie realizate improvizat sau prin aplicarea unor norme ce se adresează construcțiilor noi. Chiar dacă protecția vieții utilizatorilor este foarte importantă, acest fapt nu inseamnă neglijarea patrimoniului și subliniază că "orice generație dispune de patrimoniul arhitectural numai cu titlu temporar și este responsabilă de transmiterea lui către generațiile viitoare."

Se impune ca la intervenția pe clădirile de patrimoniu să se cunoască și să fie întelese tipul de structură și tehnicile folosite la construcția acesteia, astfel încât la consolidare să se afecteze cât mai puțin elementele existente.

În țara noastră, totodata este necesară elaborarea de norme specifice intervențiilor pe construcții de patrimoniu. În lipsa unor astfel de reglementări în acest moment aplicarea normelor ce se adresează construcțiilor noi este practic obligatorie și pe acest tip de construcții. Trebuie făcută precizarea că norme detaliate sunt foarte greu de elaborat, dar preluând din experiența altor țări (de exemplu Italia) se pot realiza reglementări adaptabile la multitudinea de situații ce se pot întâlni, la caracteristicile tehnologice sau de amplasament, sugerînd o atitudine de proiectare care să țină cont de specificitatea obiectului, formulate sub forma unei carte a restaurării bazată pe principiile de intervenție recomandate și formulate în documentele internaționale în acest domeniu.

Intervenția structurală în cazul restaurărilor este de cele mai multe ori o operație complexă ce presupune colaborarea cu specialiști și din alte domenii decât ingineria structurilor mai ales în momentul fazelor de investigare și diagnoză. Intervenția propriu zisă asupra construcției necesită o calificare specifică, alta decât cea necesară construcțiilor noi.

Orice intrevenție trebuie să aibă la origine o evaluare a degradărilor cu identificarea cauzelor de producere ale acestora, diagnoza fiind o etapă fără de care orice măsură este neadecvată.

Sistemul structural ai oricărei clădiri existente a trecut prin verificarea în “laborator natural”, verificare ce nu poate fi de multe ori demonstrată stiințific printr-o analiză de calcul modern, ce poate conduce la intervenții extinse, dar care la rândul lor nu pot garanta supraviețuirea în timp a structurii. Astfel, în cazul în care nu sunt prezente degradări grave, conservarea acesteia trebuie să reprezinte direcția de bază a intervenției structurale, iar când degradări grave sunt prezente orice întervenție trebuie justificată printr-o analiză ce să justifice măsurile preconizate.

Hotărârea privind intervenția asupra unei clădiri cu valoare istorică trebuie luată ținînd cont de dorința de conservare, de evidențiere a valorilor estetice sau istorice a acesteia, fără a neglija alegerea materialelor sau a tehnicilor de conservare și consolidare, având tot timpul în vedere păstrarea autenticității obiectului ce se dorește a fi protejat prin materialele și procedeele constructive utilizate (nu copia are valoare ci doar originalul). Prin acest tip de intervenții nu se urmărește obținerea unui grad de asigurare similar cu cel aferent clădirilor noi, intenția principală fiind de conservare și doar excepțional de adaptare la normele actuale, adaptare acceptată doar în situații în care este prevăzută restructurarea globală a construcției.

Determinarea caracteristicilor mecanice ale zidăriilor printr-o metodă nedistructivă, utilizând prese plate hidraulice

Introducere

Dorința de a proteja clădirile monument istoric este din ce în ce mai puternică în cadrul societății actuale, astfel încât cel puțin în cercul experților tehnici care activează în acest domeniu, un instrument care să ajute la evaluarea cât mai corectă și apropiată de realitate a caracteristicilor mecanice ale zidăriei este de mare ajutor. Astfel încercările nedistructive prin care se obțin valorile unor caracteristici mecanice sunt foarte utile experților pentru analizele numerice ce se efctuează în cadrul expertizelor sau pentru validarea rezultatelor acestora, dar și pentru înțelegerea cât mai corectă și completă a comportării acestor clădiri.

În normativul P100-3/2008, în vigoare la această dată, în anexa D în care sunt prezentate detalii privind evaluarea clădirilor de zidărie (subcapitolul D.2.5 Proprietățile materialelor), încercările in-situ asupra pereților de zidărie care ar putea preciza valori exacte ale caracteristicilor mecanice ale acestora nu sunt recomandate a fi utilizate de catre experții tehnici. Acesta este probabil unul din motivele pentru care acest tip de teste nu este nici cunoscut nici utilizat în practica din țara noastră.

În calculul structural realizat pentru evaluarea clădirilor de zidărie este nevoie să se cunoască cât mai exact eforturile din pereții de zidărie și caracteristicile de deformabilitate (modulul de elastisticitate). Testele realizate cu prese plate sunt determinări directe în șantier ale acestor caracteristici, metoda fiind considerata nedistructiva deoarece presupune numai înlăturarea locala a mortarului din rost sau practicarea unui rost în peretele de zidărie cu un disc sau inel diamantat (mai ales în situația zidăriilor din blocuri neregulate). Acest tip de test este considerat nedistructiv deoarece rostul deschis sau realizat prin tăierea cu disc diamantat este de durată temporară și poate fi reparat ușor dupa realizarea încercărilor.

Istoric se poate spune ca presele plate au fost utilizate pentru prima dată în domeniul mecanicii rocilor la determinarea eforturilor unitare în pereții tunelurilor. În anii 1980 au fost dezvoltate încercările ce utilizează prese plate de către cercetătorul italian Paolo Rossi, adaptând presele la elemente de zidarie portanta, toate celălalte metode pornind de la varianta propusă de acesta. Actualmente există în SUA două standarde pentru evaluarea caracteristicilor mecanice folosind prese plate, anume ASTM C 1196-09 și ASTM C1197-09 (publicate inițial în 1991 și republicate în 2009), iar practica europeană respectă standardele RILEM LUM.D.2 si LUM.D.3 publicate pentru prima dată în anii 1990 și deasemeni republicate.

Descrierea echipamentelor folosite în cadrul testelor

Echipamentele principale utilizate în cadrul testelor sunt: una sau două prese plate; un sistem hidraulic ce conține o pompă, furtune ce conectează pompa și presele; un defortmetru (sau mai multe) și repere.

În plan secundar, echipamentele ce ajută la realizarea încercărilor sunt: echipamente de găurit și îndepărtat mortarul de la suprafața zidăriei sau pentru îndepărtat mortarul din rost sau pentru tăiat rostul în zidărie, table cu rol de protectie a preselor, echipamente de achiziționare de date sau generator de curent, și nu în ultimul rând echipamentele de protecție.

Presele plate

Presele plate sunt realizate în principiu din două membrane din oțel (sau din alte materiale precum alama, dar mai rar) sudate pe contur pentru a realiza un “recipient” care ulterior va fi umplut cu ulei sub presiune. Grosimea preselor plate poate varia de la 1 la 6mm în grosime, în timp ce celelalte dimensiuni precum și forma preselor pot varia funcție de tipul de zidărie ce urmează a fi încercată sau după modul de realizare a rostului în care se introduc presele. Totodată, în ASTM este prevăzută cerința ca lățimea preselor în cazul determinării eforturilor unitare să fie de cel puțin o cărămidă dar nu mai puțin de 8 inch (circa 20,5cm), iar în cazul determinării caracteristicilor de deformabilitate lățimea preselor să fie mai mare de două cărămizi (masonry units) sau nu mai puțin de 8 inch. Pentru adâncimea preselor este prevazut ca aceasta să fie cel puțin grosimea unei asize dar nu mai puțin de 3 inch (circa 8cm). În normele europeene este prevăzută o arie a presei plate de cel puțin egală cu a unei cărămizi, iar dacă aceasta este restangulară, lungimea să fie egală cu dublul lățimii.

Presele cu formă rectangulară se folosesc numai pentru pereți de zidărie, în timp ce presele cu formă semiovală se folosesc în cazul pereților de zidărie din piatră brută, sau elementelor structurale realizate din elemente foarte neregulate la care se mărește taietura antrenând un volum majorat de materiale. Oricum se urmărește ca rostul deschis sau format pentru introducerea preselor, să aibă aceeași formă cu a preselor iar acestea să umple cât mai complet acest rost.

În figura 4.1, sunt prezentate câteva tipuri de prese plate, dimensiunile acestora fiind variabile și diferind funcție de furnizor.

Fig. 4.1 – Prese plate hidraulice, vedere plană – forme, dimensiuni.

Sistemul hidraulic

În sistemul hidraulic există în principal o pompă (manuală sau electrică) ce poate furniza o presiune în sistem de maxim 6,9Mpa (1000 psi, conform ASTM). Aceasta trebuie să mențină o presiune constantă pentru o perioadă de minim 5 minute cu o tolerantă de maxim 1% din presiunea maximă. Pompa este deasemeni dotată cu manometru, mecanic sau digital, pentru înregistrarea presiunilor de lucru.

Sistemul hidraulic mai conține, furtunele de legătură dintre pompă și prese; furtunele trebuie să reziste la presiunile ce le funizează pompa, iar sistemele de conectare ale acestora trebuie să fie adecvate presiunilor cu care se lucrează.

Deformetrele

Pentru a înregistra deformațiile în cadrul încercărilor pot fi utilizate deformetre mecanice sau electrice. Acestea trebuie să aibă o precizie de măsurare de 5×10-6m (5 microni) și să poată masura deformații până în 5mm.

Standardul european RILEM cere ca distanța dintre punctele de măsurare (adică dimensiunea aparatului de măsură) să fie de 20cm pentru încercarea de determinare a efortului unitar de compresiune și de 40cm în cazul determinărilor caracteristicilor de deformabilitate. Conform standardului american ASTM distanța între reperele de măsurare trebuie să fie între 0.30 și 0.60 din lățimea presei plate utilizate.

Descrierea încercării cu o singură presă plată în vederea determinării efortului unitar de compresiune din peretele de zidărie.

Acest tip de determinare se bazează pe următoarele ipoteze acceptate: efortul unitar în secțiunea studiată este de compresiune; starea de eforturi în locul de testare este uniformă; eforturile unitare date de presele plate sunt uniforme în zona de contact; zidăria din jurul locului de testare este omogenă; zidăria se deformează simetric față de locul de testare; valoarea efortului unitar din zidărie asigură menținerea aceasteia în zona de comportare elastică.

Principiul încercării constă în descărcarea unei porțiuni de zidărie de eforturile de compresiune ce îî revin și reîncărcarea zidăriei cu un efort controlat prin intermediul preselor plate.

Fig. 4.2 – Etapele încercării pentru determinarea efortului de compresiune din perete

În prima fază se identifică locul sau peretele în care se va realiza încercarea (cu o suprafață de circa 1mp), după care se îndepărtează tencuiala de pe suprafața peretelui și se curăță cu peria de sârmă fără a adânci rosturile. Se stabilește rostul din care se va îndepărta mortarul și se poziționează la suprafața zidăriei martorii metalici (în mod standard câte trei perechi de martori, poziționați cât mai simetric față de rost) distanța de montaj dintre aceștia depinzînd de echipamentele de masură.

Se face prima citire, de reper, după care se îndepărtează mortarul din rostul zidăriei, fapt ce duce la reducerea distanței între repere. Îndepărtarea mortarului din rost se poate face cu o mașină de găurit fără percuție, cu un fierăstrău cu lanț dacă mortarul nu are rezistențe mari (în situația curentă a construcțiilor vechi din zidărie) sau cu mașină cu disc diamantat dacă mortarele sunt cu rezistențe mari, dacă zidăria este neregulată, dacă rostul este foarte gros, sau dacă trebuie tăiate efectiv cărămizile pentru realizarea rostului. Rostul astfel format se măsoară și se înregistrează dimensiunile și forma acestuia.

Se introduce în rostul format anterior presa plată. Este de preferat ca grosimea presei să fie cât mai apropiată de grosimea rostului, iar dacă rostul este mai mare se introduc completări metalice cu aceeași formă cu a presei astfel încăt aceasta să umple golul cât mai complet. După conectarea pompei la presă se încarcă presa cu presiune și implicit zidăria. Creșterea presiunii din presă se face în pasi de circa 100kPa (1bar) sau de circa 25% din presiunea maximă estimată, funcție de standardul de referință. Oricum, timpul de ajungere la presiunea estimată ar trebui să fie aproximativ egal cu timpul necesar realizării rostului în care s-a introdus presa, din dorința de a evita efectele curgerii lente. Presiunea din presă se crește până în mometul în care se înregistrează pe repere distanța măsurată înainte de realizarea rostului. Presiunea astfel obținută prin măsurare la pompă se prelucrază în vederea obținerii efortului unitar de compresiune din peretele de zidărie. După descărcarea preselor se reia încercarea încă o dată pentru confirmarea valorii presiunii înregistrate la atingerea deformației inițiale; depășirea acesteia conduce la invalidarea încercării.

Determinarea efortului unitar de compresiune din perete se face cu formula:

σm = Ka Km pf ( 4.1 )

unde: σm este efortul unitar mediu de compresiune din peretele de zidărie investigat,

pf este presiunea măsurată la presă,

Ka este raportul între aria presei și aria tăieturii (fantei) sau altfel spus aria de contact presă – zidărie estimată, aceasta fiind Ka < 1 (sugestia este ca între presă și tabla pentru protecția acesteia să se introducă o foaie de hârtie și o foaie copiantă (indigo) pentru a obține exact suprafața de contact dintre presă și zidărie),

Km este coeficientul de calibrare, care este funcție de rigiditatea și de caracteristicile constructive ale presei și ale pompei, valoare ce se determină experimental în laborator într-o presă standard, valoare ce este în general cuprinsă între 0.85÷0.95 și este raportul dintre încărcare (raportul dintre forța de compresiune înregistrată la presa din laborator și aria presei) și presiunea aplicată.

Descrierea încercării cu două prese plate în vederea determinării caracteristicilor de deformabilitate și a efortului de compresiune capabil al peretelui de zidărie.

Ipotezele formulate în cazul determinării cu o singură presă plată sunt considerate valabile și în cazul cu două prese, pricipiile de realizare a acestui tip de determinare fiind similare, având de această dată două prese plate. Se mai fac însă următoarele ipoteze: zidăria din zona testată este omogenă; efortul aplicat de prese este uniform și uniaxial în zona de test (între cele două prese plate) efectul lateral fiind neglijat.

Încercarea cu două prese plate constă în poziționarea preselor în două rosturi paralele, una deasupra celeilalte și introducerea de eforturi de compresiune în masivul de zidărie dintre acestea. Prin creșterea presiunii din prese în zidărie se formează aproximativ o stare uniaxială de compresiune. Prin consemnarea presiunii și măsurarea deformațiilor zidăriei dintre prese se poate determina și trasa curba efort-deformație, implicit modului de deformatie longitudinală (Young). În majoritatea situațiilor se poate obține și rezistența maximă la compresiune a zidăriei, dacă sunt acceptate degradarea puternică a acesteia sau dacă această rezistență nu depășește capacitatea de rezistență a preselor plate.

Încercarea cu două prese se realizează de regulă după determinarea efortului unitar din zidărie cu o singură presă. Astfel, pe suprafața curățată de mortar dintre prese se poziționează martorii metalici, în mod standard câte trei perechi de martori, distanța de montaj dintre aceștia depinzînd de echipamentele de măsură. Poziția celui de-al doilea rost din care se va îndepărta mortarul se stabilește astfel încât distanța între presele plate să fie mai mică decât 1,5 ori lățimea preselor. Îndepărtarea mortarului din rost se face la fel ca în situația încercării cu o singură presă plată.

Se introduce în rostul astfel format a doua presă plată și se conectează ansamblul format de cele două prese la pompă și se încarcă cu presiune, de preferat în pași mici. Se fac măsurători ale deformațiilor dintre repere și se înregistrează presiunea măsurată la pompă la fiecare increment al acesteia.

Calculul efortului unitar din peretele de zidărie se face cu aceeași formulă și coeficienți ca în situația determinării efortului unitar de compresiune din perete la testul cu o singură presă plată (vezi subcapitolul anterior).

Se poate calcula valoarea deformației specifice prin raportul dintre deformația înregistrată la fiecare pas de creștere a presiunii și distanța dintre reperele metalice. Se calculează deformația specifică medie pentru fiecare increment al presiunii ca media deformațiilor specifice individuale înregistrate pe mai multe locații ale aceleiași construcții.

Calculul modulului de elasticitate (tangent) E se poate face cu formula:

Et = δσm / δεm ( 4.2 )

unde: Et este modulul de elasticitate tangent,

δσm este variația efortului unitar mediu de compresiune din zidărie,

δεm este variația deformației specifice, corespunzătoare incrementului efortului unitar.

Calculul modulului de elasticitate secant se poate face cu formula:

Et = σm / εm ( 4.3 )

unde: Et este modulul de elasticitate secant,

σm este variația efortului unitar mediu de compresiune din zidărie de la zero până în punctul în care se face calculul,

εm este variația deformației specifice, de la zero până în punctul în care se face calculul.

Precizia încercărilor cu prese plate hidraulice

Încercările pentru determinarea efortului unitar în pereții de zidărie au un coeficient de variație pentru rezultate până la 20% (conform ASTM 1196 – 04 [2]) și sunt recomandate minim trei teste realizate în aceeași construcție. Se recomandă ca rezultatele testelor să fie corelate cu alte date pentru a crește precizia acestor determinări a efortul unitar de compresiune din peretele de zidărie.

Încercările pentru determinarea modulului de elasticitate a lui Young au un coeficient de variație pentru rezultate până la 24% (conform ASTM 1197 – 04 [3]), dar în general testele supraestimează valoarea modulului de deformație cu până la 15%. Aceste limite sunt considerate acceptabile pentru zidăriile existente. Tot pentru acest tip de încercare este recomandată poziționarea spre zona centrală încercată a punctelor de reper pentru măsurarea deformațiilor (recomandare prezentă în standardul european RILEM; ASTM cere repartizarea acestora uniform în zona încărcată).

Descrierea unui experiment realizat în vederea actualizării și aprofundării unei expertize tehnice la clădirea Observatorului Astonomic din București

În iunie 2009 a fost realizată o expertiză tehnică a clădirii Observatorului Astronomic din București. Structura verticală de rezistență a acesteia este alcătuită din zidărie portantă, iar expertiza a avut ca scop principal evaluarea capacității de rezistență a acesteia la încărcări gravitaționale și seismice. Calculele numerice au fost efectuate pe un model de calcul utilizând programul de calcul structural ETABSTM 9.0.7.

Pentru modelul de calcul este nevoie de o serie de date inițiale precum: caracteristici geometrice ale clădirii, încărcări conform cu codurile în vigoare și caracteristici mecanice ale zidăriei. În timp ce primele două categorii de date sunt relativ ușor de determinat, caracteristicile mecanice ale zidăriei prezintă un anumit grad ce incertitudine.

Astfel, din modelul de calcul utilizat în cadrul expertizei tehnice au fost extrase eforturi în pereții de zidărie în care au fost realizate încercări cu presele plate în vederea corelării modelului de calcul cu situația reală din teren în anul 2014 la data când a fost elaborat acest studiu). În modelul de calcul, la etajul 1, în zona în care s-au realizat testele cu prese plate, eforturile unitare determinate în peretele din interior în condițiile grupării de încărcări de lungă durată, au avut valoarea de 5,39kgf/cm2 (0,539MPa).

Caracteristici mecanice ale zidăriei conform normelor în vigoare

În cadrul expertizei tehnice din anul 2009, caracteristicile mecanice ale zidăriei, au fost evaluate astfel:

rezistența unitară caracteristică la compresiune a zidăriei, fk :

fk = K fb0.70 fm0.30 ( 4.4 )

fk = 0,50 x 7,500,70 x 1,00,30 = 0,50 x 4,1 x 1 = 20,5 kg/cm2 = 2,05 N/mm2 .

unde: K = 0.50 pentru cărmizi ceramice pline.

fb = rezistența la compresiune standardizată a elementului pentru zidărie, pe direcția normală pe rosturile orizontale, în N/mm2 definită luând ca document normativ de referintă SR EN 771-14 și art.3.1.3.1.1.(2) din CR6-2006;

fm – rezistența medie la compresiune a mortarului, în N/mm2;

rezistența unitară de proiectare la compresiune a zidăriei se determină cu relația de mai jos, conform CR6-2006 cap.4.1.1.1.2;

fd = mz x fk / γM ( 4.5 )

fd = 1.0 x 20,5 kg/cm2 / 3.0 = 6,83 kg/cm2 = 0,683 N/mm2

unde: mz = coeficientul comdițiilor de lucru conform cap. 4.1.1.1.3 din CR6-2006;

fk = rezistența unitară caracteristică la compresiune a zidăriei determinată conform cap. 4.1.1.1.1. din CR6-2006 (vezi și aliniatul anterior);

γM = coeficientul de siguranță al materialului, conform cap. 2.4.2.3.1 din CR6-2006.

rezistența medie la compresiune a zidăriei, stabilită în lipsa unor date obținute prin încercări, conform P100-3/2008, cap. D.3.4.1.3.1 se calculează cu relația:

fm = 1.3 x fk ( 4.6 )

fm = 1.3 x 20,5 kg/cm2 = 26,65 kg/cm2 = 2,665 N/mm2;

unde: fk = rezistența unitară caracteristică la compresiune a zidăriei determinată conform cap. 4.1.1.1.1. din CR6-2006;

valoarea modulului de elasticitate secant al zidăriei Ez conform tabelului 4.9 din CR6-2006:

Ez = 1000 fk

Ez = 1000 x 2,05 N/mm2 = 2050 N/mm2 . ( 4.7 )

Descrierea experimentului realizat la Observatorul Astronomic.

În cadrul experimentului au fost utilizate prese plate hidraulice semiovale, cu dimensiunile de 350x260x3mm, acestea fiind încărcate cu presiunea furnizată de o pompă manuală. Deformațiile au fost măsurate cu un micrometru mecanic cu afișaj digital având o precizie de măsurare de 1 micron (10-6m). După îndepărtarea mortarului de pe peretele de zidărie și după perierea acestuia, s-au identificat rosturile în care se vor introduce presele și s-au montat reperele pe suprafața cărămizii folosind adeziv epoxidic, la distanța de 25cm între repere pe verticală și la distanța de 12,5cm între repere pe orizontală. Pentru protecția preselor și în vederea umplerii cât mai complete a rostului după introducerea preselor s-au folosit și elemente din tablă având aceeași formă ca presele.

Pentru realizarea primului test s-a folosit pentru deschiderea rostului o mașină de găurit fără percuție. Pentru uniformizarea și curățarea cât mai bună a rostului s-a folosit și un fierăstrău mecanic, mortarul de var din rost având rezistență-duritate redusă.

În figura de mai jos este prezentată imaginea zonei de contact dintre presa plată și zidăria de cărămidă, imagine obținută prin măsurarea ariei hasurate și a ariei estimate a golului realizat în zidărie. Suprafețele obținute au fost folosite la calculul coeficientului Ka necesar determinării efortului unitar de compresiune din peretele de zidărie obținându-se valoarea 0,578. Folosind această informație s-a reluat evaluarea încărcărilor folosite în calculul static pentru a ajunge la o valoare apropiată în calculul automat de valoarea determinată experimental.

Pentru calibrarea preselor în laborator, după o determinare la o presă standard, s-a obținut valoarea coeficientului Km egală cu 0,878, necesară pentru calculul efortului unitar de compresiune din perete. Această valoare rămâne constantă pentru circa 4-5 încercări realizate, după care, conform ASTM se reface calibrarea în laborator la o presă standard.

Rezultatul obținut pentru efortul unitar de compresiune σm din peretele de zidărie a fost de 0,457 N/mm2 . Această valoare a efortului unitar a fost obținută în situația în care deformația peretelui de zidărie a ajuns la aceeași valoare cu valoarea obținută ca citire de referință în cadrul testului cu o singură presă plată. Pe manometrul presei s-a înregistrat ca presiune 9 bari, și una dintre citirile de pe deformetru a fost de “0.000” iar celelallte două citiri s-au încadrat în limite (sub 2% diferență).

Pentru realizarea celui de-al doilea test s-a deschis cel de-al doilea rost, prin îndepărtarea mortarului în același mod ca la primul test cu o singură presă plată. S-a introdus presa plată, protectiile din tablă ale acesteia, și s-a încărcat peretele prin pompare în presele plate. S-au realizat trei cicluri de încărcare, ultimul dintre acestea fiind dus pănă la ruperea – spargerea elementelor din alcătuirea peretelui. Citirile realizate la manometru sau pe deformetru au fost realizate la un increment al presiunii din presă de 1 bar la primele două cicluri de încărcare și la 2 bari la cel de-al treilea. Presiunea maximă citită pe manometru în cazul primului ciclu a fost de 12bari, în cel de-al doilea a fost de 16bari, iar în cel de-al treilea a fost de 45bari.

Presinea maximă înregistrată pe manometru în cazul celui de-al treilea ciclu s-a considerat a fi rezistența maximă la compresiune a zidăriei, calculul acesteia furnizând o valoare de 2,284 N/mm2 . La această presiune s-a înregistrat spargerea zidăriei sub ce-a de-a doua presă – vezi figura 4.8 – considerând în acest fel că aceasta este limita superioară a rezistenței la compresiune a zidăriei.

Testul realizat și citirile efectuate pe deformetru privind deformațiile zidăriei dintre reperele montate pe perete, au permis desfășurarea calculului modulului de elasticitate secant pentru zidărie pentru care a rezultat o valoare medie de 1450 N/mm2 , pentru cele trei cicluri de încărcare.

Valorile numerice înregistrate în cadrul testelor

În tabelul 4.1 sunt prezentate valorile înregistrate în cadrul primei încercări, de determinare a efortului unitar de compresiune din peretele de zidărie. Amintim că testul constă din introducerea unei prese hidraulice în peretele de zidărie și măsurarea deformațiilor dintre repere premontate pe perete, iar ulterior prelucrarea rezultatelor obținute.

Formula utilizată în calculul efortului unitar a fost cea menționată anterior (formula 4.1 din subcapitolul 4.3):

σm = Ka Km pf ( 4.1 )

unde: σm este efortul unitar mediu de compresiune din peretele de zidărie investigat;

pf este presiunea măsurată la presă;

Ka este raportul între aria presei și aria tăieturii (fantei) , egală cu 0,578;

Km este coeficientul de calibrare, determinat în laborator, egal cu 0,878.

Tabel 4.1 – Determinarea efortului unitar de compresiune din perete

Rezultatul final obținut pentru efortul unitar de compresiune din peretele de zidărie a fost de 0,457 N/mm2 .

În tabelele 4.2, 4.3 și 4.4 sunt prezentate valorile înregistrate în cadrul celei de-a doua încercări, de determinare a efortului modului de elasticitate E (modulul lui Young) al zidăriei, precum și, dacă este posibil, determinarea rezistenței la compresiune a zidăriei. Amintim că testul constă din introducerea a două prese hidraulice în peretele de zidărie și măsurarea deformațiilor dintre repere premontate pe perete, repere montate între cele două prese, iar ulterior prelucrarea rezultatelor obținute.

Formula utilizată în calculul efortului unitar este aceeași cu cea prezentată anterior.

Pentru calculul modulului de elasticitate (tangent) E s-a folosit formula menționată anterior în subcapitolul 4.4, și anume formula 4.2:

Et = δσm / δεm ( 4.2 )

unde: Et este modulul de elasticitate tangent,

δσm este variația efortului unitar mediu la compresiune din zidărie,

δεm este variația deformației specifice, corespunzătoare incrementului efortului unitar.

Tabel 4.2 – Determinarea modului de elasticitate E al peretelui de zidărie –

ciclu 1 de încărcare

Tabel 4.3 – Determinarea modului de elasticitate E al peretelui de zidărie –

ciclu 2 de încărcare

Tabel 4.4 – Determinarea modului de elasticitate E al peretelui de zidărie –

ciclu 3 de încărcare

Presinea maximă înregistrată pe manometru în cazul celui de-al treilea ciclu s-a considerat a fi rezistența maximă la compresiune a zidăriei, calculul acesteia furnizând o valoare de 2,284 N/mm2 .

Calculul modului de elasticitate secant pentru zidărie a furnizat ca rezultat o valoare medie de 1450 N/mm2 , pentru cele trei cicluri de încărcare – considerînd ca valori apropiate de realitate valorile determinate pentru reperele din mijloc, între acestea și valorile deteminate pentru reperele marginale fiind diferențe mari considerate neeligibile. Totodată au fost folosite pentru determinarea modulului de elasticitate doar valorile din zona presiunilor medii pe încercare.

Dacă la calculul modului de elasticitate secant pentru zidărie s-au folosit toate valorile medii pentru cele trei cicluri de încărcare, valoarea medie a modului de elasticitate obținut a fost de 2520 N/mm2.

În graficul de mai jos sunt reprezentate sintetic rezultatele încercării cu prese plate desfășurate la clădirea Observatorului Astronomic din București.

Fig. 4.9 – Relația efort – deformație pentru zidărie conform rezultatelor obținute în testul desfășurat la Observatorul Astronomic „Vasile Urseanu” din București.

Descrierea unui experiment realizat în vederea actualizării expertizei tehnice la clădirea Crematoriului Cenușa din București

În mai 2014 a fost efectuată o actualizare [4.7] a expertizei tehnice realizate în iunie 2009 [4.8], în cadrul căreia s-a studiat starea clădirii Crematoriului Cenușa din București. Structura verticală de rezistență a acesteia este realizată în principal din zidărie portantă și câteva elemente de beton armat, iar expertiza a avut ca scop principal evaluarea capacității de rezistență a acesteia la încărcări gravitaționale și seismice. Pentru calculele numerice s-au folosit metode aproximative, manuale, de evaluare a capacităților de rezistență pentru a putea face comparații între rezultatele obținute la ultimile două expertize și o expertiză tehnică realizată în anul 1995 [4.9].

Expertul tehnic care a realizat o noua evaluare a construcției, a considerat necesară confirmarea caracteristicilor mecanice utilizate în calculul din expertizele tehnice anterioare utilizând teste in-situ cu prese plate hidraulice. Astfel, în expertiza tehnică realizată în anul 2010 (ca de altfel și în expertiza din anul 1995) au fost luate în considerare caracteristicile materialelor corespunzătoare mortarului M10 și cărămizilor C75, valori ce au fost infirmate de testul realizat in situ, valorile corecte și folosite în expertiza tehnică din anul 2014 fiind corespunzătoare mortarului M10 și cărămizilor C50.

Caracteristici mecanice ale zidăriei conform normelor în vigoare

În cadrul celei de-a treia expertize tehnice, din anul 2014, caracteristicile mecanice ale zidăriei, au fost evaluate astfel:

rezistența unitară caracteristică la compresiune a zidăriei fk, conform cap. 4.1.1.1.1, CR6-2006:

fk = K fb0.70 fm0.30 ( 4 .4 )

fk = 0,50 x 5,000,70 x 1,000,30 = 0,50 x 3.085 x 1 = 15,4 kg/cm2=1,54N/mm2 .

unde: K = 0.50 pentru cărmizi ceramice pline.

fb = rezistența la compresiune standardizată a elementului pentru zidărie, pe direcția normală pe rosturile orizontale, în N/mm2 definită luând ca document normativ de referintă SR EN 771-14 și art.3.1.3.1.1.(2) din CR6-2006;

fm – rezistența medie la compresiune a mortarului, în N/mm2;

rezistența unitară de proiectare la compresiune a zidăriei se determină cu relația de mai jos, conform CR6-2006 cap.4.1.1.1.2;

fd = mz x fk / γM ( 4.5)

fd = 1.0 x 15.4 / 3.0 = 5.13 kg/cm2 = 0,513N/mm2 ;

unde: mz = coeficientul condițiilor de lucru conform cap. 4.1.1.1.3 din CR6-2006;

fk = rezistența unitară caracteristică la compresiune a zidăriei determinată conform cap. 4.1.1.1.1. (vezi și aliniatul anterior);

γM = coeficientul de siguranță al materialului, conform cap. 2.4.2.3.1 din CR6-2006.

rezistența medie la compresiune a zidăriei, stabilită în lipsa unor date obținute prin încercări, conform P100-3/2008, cap. D.3.4.1.3.1 se calculează cu relația:

fm = 1.3 x fk ( 4.6)

fm = 1.3 x 15,4 = 20,02 kg/cm2 = 2,002N/mm2;

unde: fk = rezistența unitară caracteristică la compresiune a zidăriei determinată conform cap. 4.1.1.1.1. din CR6-2006;

valoarea modulului de elasticitate secant al zidăriei Ez conform tabelului 4.9 din CR6-2006 rezultă:

Ez = 1000 fk ( 4.7 )

Ez = 1000 x 1,54 N/mm2 = 1540 N/mm2 .

Descrierea experimentului realizat la Crematoriu Cenușa.

În cadrul experimentului au fost utilizate aceleași echipamente ca în cazul testului prezentat anterior când au fost folosite prese plate hidraulice semiovale încărcate cu presiune cu o pompă manuală. Deformațiile au fost măsurate deasemenea cu același echipament, un micrometru mecanic cu afișaj digital cu precizie de măsurare de 1 micron (10-6m).

A fost identificat peretele în care să se realizeze testul, aici având constrăngeri legate de finisajele (o placare ceramică) existente necesar a fi păstrate și conservate. Peretele în care s-au făcut determinările are, conform planului releveu de structură, circa 1,60m grosime. Peretele are continuitate pe verticală, până la partea superioară a construcției, intenția fiind ca acesta să fie încărcat suficient pentru ca testele să furnizeze rezultate relevante.

După îndepărtarea mortarului de pe peretele de zidărie și după perierea acestuia, s-au identificat rosturile în care se vor introduce presele și s-au montat reperele pe suprafața cărămizii folosind adeziv epoxidic, la distanța de circa 25cm între repere pe verticală și la distanța de 10cm între repere pe orizontală. Pentru protecția preselor și în vederea umplerii cât mai complete a rostului după introducerea preselor s-au folosit și elemente din tablă cu aceeași formă cu a preselor.

Pentru realizarea primului test s-a folosit pentru deschiderea rostului o mașină de găurit fără percuție. Pentru uniformizarea și curățarea cât mai bună a rostului s-a folosit și un fierăstrău mecanic, mortarul din rost având rezistență-duritate redusă (mortar de var). Peretele de zidărie avea rosturile prelucrate suplimentar, spre suprafața acestuia fiind un strat cu adâncimea de circa 1.0cm cu rezistență și duritate crescută comparativ cu rezistența materialului din adâncime, constatare făcută la deschiderea rostului cu mașina de găurit.

În figurile 4.12, este prezentată imaginea zonei de contact dintre presele plate și zidăria de cărămidă, imagine obținută prin măsurarea ariei hasurate și a ariei estimate a golului realizat în zidărie. Suprafețele obținute au fost folosite la calculul coeficientului Ka necesar determinării efortului unitar de compresiune din peretele de zidărie, obținându-se valoarea 0,583.

Rezultatul obținut pentru efortul unitar de compresiune σm din peretele de zidărie a fost de 0,667 N/mm2 ; pentru această valoare nu s-au dispus de alte valori, dintr-un model de calcul, ca termen de comparație. Această valoare a efortului unitar a fost obținută în situația în care deformația peretelui de zidărie a ajuns la aceeași valoare cu valoarea obținută ca citire de referință în cadrul testului cu o singură presă plată. Pe manometrul presei s-a înregistrat ca presiune 13 bari, și una dintre citirile de pe deformetru a fost de aproximativ “0.000” iar celelalte două citiri s-au încadrat în limite (sub 2% diferență).

Pentru realizarea celui de-al doilea test s-a deschis cel de-al doilea rost, prin îndepărtarea mortarului în același mod ca la primul test cu o singură presă plată. S-a introdus presa plată, protectiile din tablă ale acesteia, și s-a încărcat peretele prin pompare în presele plate (vezi fotografia de mai sus). S-au realizat trei cicluri de încărcare, ultimul dintre acestea fiind dus până la ruperea – spargerea elementelor din alcătuirea peretelui. Citirile realizate la manometru sau pe defortmetru au fost realizate la un increment al presiunii din presă de 2, 3 sau 4 bari. Presiunea maximă citită pe manometru în cazul primului a fost de 20bari, în cel de-al doilea ciclu a fost de 30bari, iar în cel de-al treilea a fost de 28bari.

Presiunea maximă înregistrată pe manometru în cazul celui de-al doilea ciclu s-a considerat a fi rezistența maximă la compresiune a zidăriei, calculul acesteia furnizând o valoare de 1,536 N/mm2 . La această presiune s-a înregistrat spargerea zidăriei sub ce-a de-a doua presă – vezi fotografia de mai jos – considerând în acest fel că aceasta este limita superioară a rezistenței la compresiune a zidăriei.

Testul realizat și citirile efectuate pe deformetru privind deformațiile zidăriei dintre reperele montate pe perete, au permis desfășurarea calculului modulului de elasticitate pentru zidărie pentru care a rezultat o valoare medie de 2450 N/mm2 , pentru cele trei cicluri de încărcare.

Valorile numerice înregistrate în cadrul testelor

În tabelul 4.5 sunt prezentate valorile înregistrate în cadrul primei încercări, de determinare a efortului unitar de compresiune din peretele de zidărie. Amintim că testul constă din introducerea unei prese hidraulice în peretele de zidărie și măsurarea deformațiilor dintre repere premontate pe perete, iar ulterior prelucrarea rezultatelor obținute.

Formula utilizată în calculul efortului unitar a fost:

σm = Ka Km pf

unde: σm este efortul unitar mediu de compresiune din peretele de zidărie investigat;

pf este presiunea măsurată la presă;

Ka este raportul între aria presei și aria tăieturii (fantei) , egală cu 0,583;

Km este coeficientul de calibrare, determinat în laborator, egal cu 0,878.

Tabel 4.5 – Determinarea efortului unitar de compresiune din perete

Rezultatul final obținut pentru efortul unitar de compresiune din peretele de zidărie a fost de 0,667 N/mm2 .

În tabelele 4.6, 4.7 și 4.8 sunt prezentate valorile înregistrate în cadrul celei de-a doua încercări, de determinare a efortului modului de elasticitate E (modulul lui Young) al zidăriei, precum și, dacă este posibil, determinarea rezistenței la compresiune a zidăriei. Amintim că testul constă din introducerea a două prese hidraulice în peretele de zidărie și măsurarea deformațiilor dintre repere premontate pe perete, repere montate între cele două prese, iar ulterior prelucrarea rezultatelor obținute.

Formula utilizată în calculul efortului unitar este aceeași cu cea prezentată anterior.

Pentru calculul modulului de elasticitate (tangent) E s-a folosit formula:

Et = δσm / δεm

unde: Et este modulul de elasticitate tangent,

δσm este variația efortului unitar mediu la compresiune din zidărie,

δεm este variația deformației specifice, corespunzătoare incrementului efortului unitar.

Tabel 4.6 – Determinarea modului de elasticitate E al peretelui de zidărie –

ciclu 1 de încărcare

Tabel 4.7 – Determinarea modului de elasticitate E al peretelui de zidărie –

ciclu 2 de incărcare

Tabel 4.8 – Determinarea modului de elasticitate E al peretelui de zidărie –

ciclu 3 de incărcare

Presinea maximă înregistrată pe manometru a fost în cazul celui de-al doilea ciclu și s-a considerat a fi rezistența maximă la compresiune a zidăriei, calculul acesteia furnizând o valoare de 1,536 N/mm2 .

Calculul modului de elasticitate secant pentru zidărie a furnizat ca rezultat o valoare medie de 2450 N/mm2, pentru cele trei cicluri de încărcare – considerînd ca valori apropiate de realitate valorile determinate pentru reperele din mijloc, între acestea și valorile deteminate pentru reperele marginale fiind diferențe mari considerate neeligibile. Totodată au fost folosite pentru determinarea modulului de elasticitate doar valorile din zona presiunilor medii pe încercare.

Dacă la calculul modului de elasticitate secant pentru zidărie s-au folosit toate valorile medii pentru cele trei cicluri de încărcare, valoarea medie a modului de elasticitate obținut a fost de 3440 N/mm2.

În graficul de mai jos (figura 4.16) sunt reprezentate sintetic rezultatele încercării cu prese plate desfășurate la clădirea Crematoriului Cenușa din București.

Fig. 4.16 – Relația efort – deformație pentru zidărie conform rezultatelor obținute în testul desfășurat la Crematoriu Cenușa din București.

Concluzii

Determinările in situ ce folosesc prese plate reprezită o variantă de testare nedistructivă ce oferă ca rezultate caracteristici mecanice ale elementelor structurale din zidărie. Aceste rezultate constituie un instrument puternic de lucru pentru expertul tehnic ce evaluează gradul de siguranță al unei structuri din zidărie portantă, prin validarea modelelor de calcul sau furnizarea caracteristicilor mecanice ale materialelor.

Valoarea obținută pentru rezistența unitară la compresiune a zidăriei în cadrul testului in situ ce utilizează prese plate hidraulice de la clădirea Observatorului Astronomic din București a fost de 2,284 N/mm2.

Valoarea rezistenței unitare de proiectare la compresiune a zidăriei calculată analitic conform CR6-2006, a fost de 0,683 N/mm2, valoare determinată conform aceluiași normativ funcție de valoarea rezistenței unitare caracteristice la compresiune a zidăriei fk și care este 2,05 N/mm2. Totodată în normativul P100-3/2008, valoarea rezistenței medii la compresiune a zidăriei, stabilită în lipsa unor date obținute prin încercări, este de 2,665 N/mm2 .

Se poate observa diferența foarte mare, de circa 3,35 ori, dintre valoarea de proiectare a rezistenței la compresiune și valoarea determinată folosind prese plate hidraulice (diferență aproximativ egală cu valoarea coeficientului parțial de siguranță γM), sau se poate observa deasemeni diferența redusă de circa 11% dintre valoarea caracteristică a rezistenței la compresiune a zidăriei și valoarea rezistenței obținută în urma testelor cu prese plate hidraulice.

La clădirea Crematoriului Cenușa din București, valoarea obținută pentru rezistența unitară la compresiune a zidăriei în cadrul testului in situ ce utilizează prese plate hidraulice a fost de 1,536 N/mm2.

Valoarea rezistenței unitare de proiectare la compresiune a zidăriei calculată conform CR6-2006, a fost 0,513 N/mm2, valoare determinată conform aceluiași normativ funcție de valoarea rezistenței unitare caracteristice la compresiune a zidăriei fk și care este 1,54 N/mm2. Totodată în normativul P100-3/2008, valoarea rezistenței medii la compresiune a zidăriei, stabilită în lipsa unor date obținute prin încercări, este de 2,002 N/mm2 .

Se poate observa diferența foarte mare, de circa 3,01 ori, dintre valoarea de proiectare a rezistenței la compresiune și valoarea determinată folosind prese plate hidraulice (diferență practic egală cu valoarea coeficientului parțial de siguranță γM), sau se poate observa deasemeni diferența redusă de sub 1% dintre valoarea caracteristică a rezistenței la compresiune a zidăriei și valoarea rezistenței obținută în urma testelor in situ cu prese plate hidraulice.

Din valorile și comparația prezentată se poate evidenția faptul că, în verificările analitice realizate de către experții tehnici, prin utilizarea valorilor de proiectare a rezistențelor zidăriei (de exemplu a rezistenței la compresiune a acesteia) se poate subevalua nivelul de siguranță al structurii de rezistență, iar în acest fel măsurile și soluțiile de intervenție propuse de acestia ar putea fi supraapreciate și dăunătoare ideii de protecție, conservare și restaurare a clădirilor monument istoric.

Totodată, se observă foarte ușor că prezența coeficientului parțial de siguranță γM , (de exemplu cu o valoare de 3,00 conform P100-3/2008 pentru zidării realizate anterior anului 1900) face ca valorile rezistenței de proiectare la compresiune a zidăriei să fie diferite (cu o valoare aproximativ egală cu γM) de valoarea rezistențelor determinate prin teste in situ cu prese plate. Eliminarea acestui coeficient parțial de siguranță în situația calculului analitic ce se desfășoară pe clădiri monument istoric cu condiția realizării determinărilor in situ a caracteristicilor mecanice ale zidăriilor cu prese plate, poate conduce la valori ale rezistențelor caracteristice ale zidăriilor practic egale cu cele ale rezistenței la compresiune determinate în urma testelor in situ, iar în acest fel să fie pus în evidență aspectul important al protecției clădirilor vechi datorită evaluării mai apropiate de realitate a siguranței structurale a clădirii.

Se demonstrează astfel că testele cu prese plate devin și sunt un furnizor de informații importante în evaluarea clădirilor și care ar trebui cunoscute și utilizate mai des de către inginerii structuriști din țara noastră.

Studii de caz privind expertizarea tehnică a două clădiri monument istoric din București

Introducere

Cunoașterea cât mai completă a clădirii este unul din obiectivele ce trebuie urmărite în cadrul investigațiilor realizate asupra unei construcții monument istoric. În cele două clădiri prezentate în cele ce urmează, clădiri inscrise pe lista monumentelor istorice din România, s-au parcurs cât mai exact toate etapele descrise în capitolele anterioare, și anume analiză, diagnoză și stabilirea soluției de intervenție, în cadrul unor expertize tehnice realizate asupra acestor clădiri.

Astfel s-au urmărit respectarea principiilor de conservare bazate pe conceptul de autenticitate și importanța menținerii contextului istoric și fizic al clădirilor, având totodată în vedere și conceptul că monumentele trebuie să fie conservate nu numai ca opere de artă, dar și ca dovezi istorice.

Crematoriul Cenușa – Studiu de caz.

Scurt istoric al construcției

Construcția clădirii a început în 1925, după proiectul arhitectului Duiliu Marcu. În 1926 arhitectul C. Popescu amplifică construcția ”îmbunătățind” proiectul arhitectului Duiliu Marcu, în 1927 clădirea a fost terminantă la roșu, iar în ianuarie 1928 Crematoriul Cenușa a fost inaugurat. Lucrările au continuat din 1931 sub conducerea arhitectului Ioan D. Trajanescu, fiind finalizate la sfârșitul anului 1934 când scara principală este flancată de statuile Durerea și Nădejdea și de două basoreliefuri realizate de Ion Iordănescu.

Având în vedere caracterul de unicitate pentru partea de est a Europei, este evident ca această construcție situată în București a fost înscrisă în anul 2010 pe Lista Monumentelor Istorice din România având codul B-II-a-A-21028, Calea Șerban Vodă nr. 183, sectorul 4.

Sistem constructiv. Avarii.

Infrastructura clădirii – studiu geotehnic, alcătuire teren, starea actuala – concluzii.

Din Studiu geotehnic în vederea Proiect consolidare al clădirilor crematoriului uman Cenușa și columbar, Studiu întocmit de GEOTEHNICA CHIOVEANU s.r.l. în 1997 [5.4], sunt de reținut următoarele aspecte:

stratificația terenului conform fișelor de foraj:

– 0,00-5,40m umplutură de argilă prăfoasă, cafenie, cu rare concreții de calcar degradat, spre bază praf argilos, plastic-consistent ;

– 5,40-6,60m praf argilos (lut), galben, plastic consistent, calcaros, cu concrețiuni de calcar;

– 6,60-7,70m argilă prăfoasă, cafenie, plastic-consistentă;

– 7,70-8,90m argilă prăfoasă, cafenie, plastic-vârtoasă;

– 8,90-9,80m praf argilos, galben-cafeniu, cu concrețiuni mari de calcar;

– 9,80-12,00m praf nisipos-argilos, cafeniu-galben, plastic-consistent.

sensibilitățile terenului de fundare puse în evidență de foraje:

– sub umpluturi sau sub solul vegetal apare un pachet gros de pământuri argiloase, cu alternanțe de prafuri și argile prăfoase, de culoare cafenie spre galbenă, cu macropori și concrețiuni de calcar, plastic vârtoase, cu dezvoltare până la adâncimea de 9,80m de la fața terenului;

– forajele au evidențiat o stare de consistență mai scăzută sub adâncimea medie de 7,70m, luturile devenind plastic consistente datorită probabil unui fals nivel freatic cantonat la baza pachetului de luturi;

– conform Normativului P7-92 acest pachet de pământuri argiloase (denumit și lut orizont C) sensibil la umezire se încadrează în grupa A de pământuri care nu se tasează sub sarcină proprie în stare de umezire, însă prezintă neuniformitate din punctul de vedere al tasărilor sub încărcare.

adâncimile de fundare ale elementelor componente ale ansamblului sunt reprezentate sugestiv în figura 5.1 pe care sunt marcate cotele de fundare (diferite ale elementelor structurale):

sub pereții de zidărie de cărămidă fundațiile sunt realizate sub formă de benzi continue din beton simplu, trecerea de la o cotă de fundare la alta se face fără trepte – concluzie ce rezultă din studiu geotehnic [5.4] în care se arată că: … fundația continuă a peretelui perimetral nu este racordată în trepte cu fundația de la subsolul 2 dând impresia că între subsolul 1 și 2 există un rost în fundațiile celor două subsoluri, care de altfel sunt subsoluri adiacente despărțite printr-un perete portant…;

sub perechile de stâlpi din subsolul 2 fundațiile de beton au adâncimi diferite, în studiul geotehnic [5.4] se precizează: fundațiile stâlpilor din partea dreaptă a planului au adâncimea de fundare la 2,12m de la nivelul pardoselii, respectiv la cota -8,48m; fundațiile stâlpilor din din partea stângă a planului au adâncimea de fundare la 1,54m de la nivelul pardoselii, respectiv la cota -7,90m față de cota 0,00m.

La refacerea expertizei tehnice, după 17ani de la studiul geotehic inițial [5.4] (realizat în anul 1997) noul studiu geotehnic (întocmit de SC SAMI CONSULT SRL, dr.ing. Mihai MAFTEIU și ing. geolog Sanda BUGHIU – mai 2014 [5.9]), rezultă că spre fundațiile subsolurilor sunt prezente mai multe direcții de infiltrație de ape în terenul de fundare. În planșele de mai jos sunt prezentate, în urma studiului geoelectric, tendințele de infiltrație ale apelor spre infrastructura clădirii și se pun în evidență sensibilitățile terenului de fundare din punct de vedere geomorfologic precum și cauzele ce au condus în timp la apariția unor tasări inegale cu efecte vizibile în modul de avariere al construcției.

Concluzii legate de sistemul de fundare: decalarea pe verticală a diverselor fundații, cuprinsă între adâncimea de -8,48m (fundația perechii de stâlpi adosați fațadei de vest ) și respectiv -2,36m, precum și lipsa unor trepte de racord între fundațiile diverselor corpuri, fac ca terenul de fundare (sensibil la umezire) să fie dezechilibrat încărcat cu presiuni variabile de la o zonă la alta, variații ce pot conduce cu ușurință la apariția unor tasări inegale, tasări amplificate în prezența unor infiltrații accidentale de ape provenite dintr-o colectate defectuoasă a apelor pluviale sau din scurgeri ale instalațiilor învechite de trecerea timpului.

Alcătuirea structurala la nivel de plan – descriere

Pentru o mai bună înțelegere a sistemului constructiv, planul ansamblului structural a fost descompus în elemente simple. Au fost identificate următoarele componente: nucleul central; patru corpuri de aceleași dimensiuni plasate la colțurile nucleului central; două corpuri de legătură între corpurile de colț dispuse spre nord și respectiv sud (figura 5.4).

Subsolul 2 – descrierea structurii de rezistență și a avariilor

Subsolul 2 cuprinde nucleul central și zone din corpurile de legătură Nord și Sud. Nucleul central este delimitat de zidării de cărămidă cu grosimi variabile, astfel: peretele de vest are grosimea de 160cm; peretele de est precum și bucățile de zidărie până la racordul cu buzunarele corpurilor de legătură nord și sud, au grosimea de 84cm; zonele ce aparțin corpurilor de legătură nord și sud au grosimea de 84cm cu două zone de nișă în care grosimea scade la 70cm [5.1].

Zidăriile de cărămidă nu sunt tencuite, ceea ce permite vizualizarea unor cărămizi într-o stare bună de conservare, cărămizi de calitate legate cu mortare de var. Se remarcă faptul că pe anumite zone zidăria de cărămidă prezintă degradări din infiltrații de apă.

Subsolul 2 cuprinde pe lângă pereții din zidărie de cărămidă și elemente din beton armat: 4 stâlpi centrali nucleului de cca.40x40cm, tencuiți și 8 stâlpi plasați pe zonele de colț ale nucleului central cu secțiunea transversală de cca. 60x60cm, deasemenea tencuiți. Stâlpii centrali sunt asociați cu grinzi de 33x50cm pe direcția nord-sud și grinzi de 19x34cm pe direcția est-vest. Stâlpii plasați în zonele de colț sunt legați între ei doar prin intermediul plăcilor de beton armat ce compun planșeul, grosimea plăcilor de beton armat fiind de 10cm. Grinzile de beton armat ale subsolului 2 prezintă zone cu betoane segregate și armaturi aparente, pe alocuri armăturile fiind corodate. Calitatea betonului din elementele prezentate mai sus este Bc15 [5.3].

Planșeul prezintă fisuri diagonale în zona stâlpilor plasați în colțurile nucleului central (figura 5.5 și figura 5.6).

Subsolul 1 – descrierea structurii de rezistență și a avariilor

Subsolul 1 este format din amprenta subsolului 2 la care se adaugă corpurile de NE, SE și NV precum și corpurile de legătură Nord și Sud.

Elementele structurale ale subsolului 2 sunt continuate în subsolul 1, corpurile adosate NE, SE și NV având zidăriile de contur cu grosimea de 84cm, iar corpurile de legătură Nord și Sud având zidăriile de contur cu grosimea de 70cm. Zidăriile buzunarelor laterale din subsolul II spre nord și sud în subsolul I se transformă în zidării interioare, transformare ce conduce la reducerea grosimii de la 84cm la 45cm. Zidăriile de cărămidă sunt tencuite și placate până la o anumită înălțime cu faianță, fiind puternic înegrite de fumul pierdut din cele două cuptoare.

În subsolul 1 sunt continuați stâlpi din beton armat din subsolul II. Astfel, stâlpii centrali sunt asociați cu grinzi de 33x50cm pe direcția nord-sud și grinzi de 22x33cm pe direcția est-vest. Stâlpii plasați în zonele de colț sunt legați între ei cu grinzi puternice diagonale de 40x70cm, ansamblul astfel format fiind legat de zidăria de contur cu o placă de 35cm grosime.

Planșeul peste subsolul 1 cuprinde, pe lângă grinzile principale ce leagă stâlpii centrali și grinzi secundare de 18x34cm. Grosimea plăcilor de beton armat este de 10cm.

Planșeul și pereții sunt puternic înegriți de fumul pierdut din cele două cuptoare, stratul de finisaj fiind exfoliat pe arii extinse. Din cauza stratului de funingine depus pe pereți și tavan în zona cuptoarelor nu au putut fi identificate avarii (figura 5.9).

Pereții de contur ai subsolului prezintă urme vizibile de infiltrații laterale de ape meteorice, iar local în zonele de buiandrugi apar fisuri parabolice.

Parter – descrierea structurii de rezistență și a avariilor

Parterul construcției reia planul subsolului 1 pe care îl amplifică prin apariția corpului de sud-vest și a altarului dispus pe latura de est, zidăriile din parter se suprapunîndu-se perfect peste cele din subsolul 1. Grosimile pereților de la parter se modifică astfel: zidăriile nucleului central au grosimile 90cm pe latura nord și sud, 188cm pe latura vest, 95cm pe latura est; zidăriile corpurilor NE, NV, SE, SV au zidăriile exterioare cu grosime de 70cm, iar zidăriile interioare au grosimea de 18; 25; 45cm; corpurilor de legătură N și S au grosimea de 55cm la zidăriile exterioare, iar zidăriile interioare au grosimea de 45cm.

Înălțimea etajului corpurilor laterale este de circa 3,15m.

În zona nucleului central cuplajele de câte doi stâlpi din colțuri dispar, fiind înlocuite la nivel de plan de câte un element unic, masiv la prima vedere, element considerat în studiile anterioare ca fiind un „stâlp din beton armat” [5.11]. Corelând însă observațiile anterioare cu imagini din timpul execuției (figura 5.12), din care se poate observa că pe lateralele fațadei de nord și sud există două elemente verticale din beton, apare justificat să se considere stâlpii adosați fațadei de vest ca fiind comasați sub forma a două structuri tubulare având funcțiunea de coș. Elementele de colț ("stâlpii") sunt practic pe fațada de vest tuburi din beton armat cu rol de coșuri funcționale, iar pe fațada de est doi colțari din beton armat adosați pereților fațadei, lăcașul format având rol de ventilație și admisie de aer.

Nucleul central de o monumentalitate remarcabilă se dezvoltă pe un plan pătrat cu latura de cca.10,50m. Pe verticala nucleului, spațiul interior marcat de prezența cupolei, are înălțimea de 14,30m la tambur și înălțimea de 21,35m la cheia cupolei.

Nucleul central este marcat de cele patru colțare masive din care pornesc pe direcții ortogonale arce în plin cintru ce susțin, prin intermediul a patru pandantivi, tamburul cilindric al cupolei.

Pe peretele de est al nucleului central de care a fost alipită absida altarului, se constată că fisurile preponderente în panoul ce cuprinde fereastra sunt de formă parabolică, cu vârful parabolelor spre cheia arcului ce susține tamburul cupolei. Pe direcția ortogonală la aceste fisuri se asociază fisuri parabolice dirijate spre elementele de beton armat ce marchează colțurile nucleului central.

La acest nivel, peretele de est este puternic slăbit de prezența golului ce dă către altar. Golul este bordat de un arc în plin cintru cu deschiderea de 5,37m și săgeata de 7,73m, arc ce pare realizat din zidărie de cărămidă.

Sistemul de fisuri din peretelui de est arată o tendință de lăsare pe verticală a acestuia, tendință datorată unei posibile tasări apărute la nivelul subsolurilor (figura 5.15).

Peretele de vest (figura 5.16) al nucleului central prezintă un mod de alcătuire asemănător cu cel al peretelui de est. În acest perete sistemul complex de avariere constă în fisuri în panoul ce cuprinde fereastra, fisuri de formă parabolică cu vârful parabolelor dirijat spre cheia arcului de susținere a tamburului cupolei. Și aici, pe direcția ortogonală, la fisurile parabolice vin să se asocieze fisuri parabolice inverse dirijate spre elementele de beton armat ce marchează colțurile nucleului central. Sistemul de fisuri din peretelui de vest arată aceiași tendință de lăsare pe verticală datorată unei posibile tasări apărute la nivelul subsolurilor.

Peretele de sud (figura 5.17) al nucleului central cuprinde pe verticală trei registre separate între ele prin grinzi din beton armat. Primele două registre primesc în zona de gol câte doi stâlpi de secțiune circulară, stâlpi terminați la partea superioară cu capiteluri. Stâlpii determină sub grinda o deschidere centrală mare și două deschideri laterale mai mici.

Zona de perete de deasupra celui de al doilea registru și până sub arcul în plin cintru cuprinde axial golul de fereastră. Zona este străbătută, asemănător cu zonele corespunzătoare de pe laturile est și vest, de fisuri fine parabolice dirijate cu vârful către cheia arcului adosat peretelui.

Arcul adosat peretelui de sud este este separat de acesta printr-o fisură prin care apele meteorice infiltrate din acoperiș au produs exfolierea tencuielilor pe suprafețe extinse.

Și aici fisurile parabolice din registrul superior sugerează o posibilă tasare a terenului de fundare în zona subsolurilor.

Peretele de nord are o alcătuire identică cu a peretelui de sud; pe zona de deasupra celui de al doilea registru și până sub arcul în plin cintru apar și aici fisuri fine parabolice dirijate cu vârful către cheia arcului adosat peretelui.

Arcul adosat peretelui este desprins pe contur, apele meteorice infiltrate deteriorând local finisajul și tencuielile. Arcul prezintă în zona apropiată de cheie trei fisuri fine.

Grinzile de beton armat, ce separă registrele parter – etaj și etaj – registrul ce cuprinde golul de fereastră, prezintă fisuri fine verticale.

Ansamblul avariilor apărute în acest perete sugerează și aici o posibilă tasare diferențiată a terenului de fundare în zona subsolurilor.

Corpurile laterale la nivelul parterului au înălțimea liberă de etaj de 3,13m.

La nivelul parterului planul admite un ax de simetrie est–vest (figurile 5.18). Față de acest ax cele două case de scară dispuse spre vest și cele două încăperi dispuse spre est (ce fac parte din corpurile de legătură) formează un sistem de contraforți puternici care, pe direcția nord-sud, țin pe poziție zidăriile de colț ale nucleului central.

Buiandrugii ușilor din vecinătatea nucleul central prezintă fisuri parabolice cu vârful dirijat către acesta.

Infiltrațiile de ape meteorice sunt prezente în planșee și în pereții parterului.

Zidăriile parterului corpurilor anexă nu prezintă avarii semnificative.

Altarul adosat părții de est a nucleului central prezintă degradări ale tencuielilor datorate infiltrațiilor de ape meteorice.

Planșeul de peste parter – corpuri anexă, realizat din beton armat cuprinde centuri peste zidăriile existente și din loc în loc grinzi, grosimea panourilor de placă fiind de 10cm. Planșeul prezintă pe alocuri fisuri fine.

Etajul 1 (Corpuri laterale)

La corpurile anexă planul etajului reia planul parterului, zidăriile interioare dispar, încăperile mari obținute având funcțiunea de columbar.

Corpurile NE; SE; NV; SV, sunt acoperite cu planșee orizontale rezemate pe contur și pe câte trei grinzi de 25x35cm; corpurile de legătură nord și sud au planșeele de deasupra înclinate, rezemate pe contur și pe grinzi de 25x35cm.

Datorită infiltrațiilor de ape meteorice planșeele de beton de deasupra corpurilor de legătură sunt puternic degradate, cu betoane exfoliate datorită ruginirii armăturilor.

Buiandrugii ușilor din zona de legătură prezintă fisuri parabolice cu vârful dirijat către nucleul central, sugerând tasarea acestuia.

Concluzii legate de avariile constatate la nivel de plan și elevații interioare.

Având în vedere perioada de realizare, la nivel de plan structura crematoriului, are o conformare remarcabilă, conformare dată de mâna marelui maestru arhitectul Duiliu Marcu.

Cu toate că nu are conformarea cerută de normele actuale, structura crematoriului a avut o comportare remarcabilă la marile cutremure din 1940 și 1977 (fără a mai ține seama și de celelalte cutremure de mai mică intensitate).

Dacă ar fi să ne raportăm la diferența de conformare între direcția est-vest și respectiv nord-sud și ținând cont de amplele goluri suprapuse din zona accesului principal și al altarului, structura ar fi trebuit să fie avariată prin apariția unei ample fracturi dezvoltate pe direcția est-vest, fractură ce însă nu s-a produs.

Tabloul avariilor constatate arată că majoritatea fisurilor în elementele structurale ale clădirii au formă parabolică, această formă fiind specifică avariilor datorită tasărilor diferențiate ale terenului de fundare favorizate de infiltrații de ape meteorice sau din rețele de colectare defecte pe anumite zone ale construcției și puse în foarte bine în evidență prin studiu geoelectric.

Alcătuirea construcției la nivel de fațade – avarii.

Cele patru fațade ale crematoriului se remarcă prin simetria perfectă și calitatea execuției. Pereții fațadelor sunt ușor contrafortați către interior, dând o stabilitate suplimentară ansamblului.

Pe toate fațadele se constată lipsa de întreținere în perioada de exploatare, sistemul de colectare a apelor meteorice fiind compromis pe zone extinse. Apele meteorice scurse din jgheaburi și burlane s-au infiltrat în pereți, în condiții de îngheț-dezghet conducând la degradarea stratului de tencuială precum și la degradarea superficială a cărămizilor.

Cele patru coșuri, ce marchează colțurile edificiului, sunt puternic afectate de ultimele seisme și de o degradare galopantă a zidăriilor de la bază. În prezent coșurile cu bazele avariate constituie un real pericol de prăbușire chiar și la un seism de intensitate moderată.

Fațada de vest (figurile 5.19 – 5.22), corespunde accesului principal în construcție. Scara de acces prezintă degradări generalizate ale finisajelor, degradări produse de ape meteorice aduse direct prin aruncătoarele jgheaburilor de pe corpurile laterale și corpul central, ape ce băltesc și se infiltrează către fundații.

Registrul superior al nucleului central este puternic degradat, cu tencuieli căzute și cărămizi friabilizate datorită apelor meteorice scurse de pe acoperișurile rămase fără jgheaburi și burlane.

Apa adusă de garguie este descarcată pe terasa de la intrarea principală iar de acolo este aruncată la baza treptelor de unde prin infiltrare în teren ajunge la fundațiile construcției.

Coșurile de fum ce încadrează fațada de vest sunt puternic degradate la bază, ele constituind un pericol real de prăbușire la cutremure chiar de mică intensitate.

Fațada de est (figura 5.23) are alcătuirea similară fațadei de vest, intrarea monumentală fiind înlocuită cu absida poligonală a altarului.

Zidăriile altarului, zidăriile corpurilor laterale, scara de acces, parapeții și balustradele sunt puternic afectate de apele meteorice colectate de pe acoperișuri, ape scurse prin jgheaburile deterioarate sau aduse direct de gargue (figuri 5.24 – 5.26).

Registrul superior al fațadei de est este mult mai bine conservat față de cel al fațada de vest, coșurile de ventilație prezentând doar fisuri în zona de bază.

Degradarea pardoselii terasei, precum și tasarea trotuarului în zonele invecinate terasei, arată că apele meteorice băltesc timp îndelungat și se infiltrează către fundațiile celor două subsoluri. Degradările apărute în aceste zone au o cauză clară și anume lipsa de întreținere.

Fațada de nord este și ea afectată de apele meteorice scurse prin jgheaburile defecte, ceea ce a dus la apariția unor zone cu tencuieli degradate și exfoliate precum și la colorarea în verde a registrului inferior, culoare dată de prezența mușchilor și a lichenilor dezvoltați datorită excesului de umiditate și a lipsei însoririi directe.

Spre latura de vest a fațadei, prezența structurii din beton armat a coșului de fum se identifică foarte bine în imaginea din 1924, și este pusă în evidență de actuala stare de desprinderi de tencuieli și fisuri verticale la limita dintre materiale, zidărie de cărămidă – beton armat.

Starea de degradare a fațadei se datorează deasemenea colectării necorespunzătoare a apelor meteorice de pe acoperișuri, jgheaburile fiind în prezent deteriorate pe zone extinse.

Fațada de sud (figura 5.27) reia compoziția fațadei de nord; pe această fațadă degradările din registrul superior al nucleului central sunt mult accentuate de infiltațiile apelor meteorice scurse prin jgheaburile defecte. Registrul inferior al fațadei prezintă deasemenea degradări ale tencuielilor fără desprinderea acestora.

Si pe această fațadă starea de degradare se datorează colectării necorespunzătoare a apelor meteorice de pe acoperișuri, în prezent jgheaburile fiind deteriorate pe zone extinse.

Starea rețelelor subterane de colectare a apelor

După cum se poate observa din imaginile de mai sus, căminele de vizitare ale rețelei subterane de colectare de ape, sunt pline de apă, și / sau pline de diverse depuneri acumulate în timp.

Apa cantonată arată că rețelele în momentul de față sunt scoase parțial din funcțiune prin colmatare sau prin distrugerea țevilor de fontă.

Apele infiltrate din rețelele defecte la nivelul terenului au dus la apariția unor tasări a trotuarului perimetral de circulație precum și la apariția unor infiltrații în pereții subsolurilor.

Concluzii legate de avariile constatate la nivelul fațadelor.

Degradarea sistemelor de colectare a apelor meteorice de la nivelul bazei cupolei a condus la scurgerea acestora direct pe zidăriile registrului superior al fațadelor; ca urmare au apărut exfolieri de tencuieli pe arii extinse precum și o degradare a cărămizilor datorită gelivității acestora.

Degradările registrului superior sunt mai accentuate pe fațadele de vest și sud.

Registrele inferioare sunt mai puțin deteriorate, cu excepția fațadei de est unde datorită băltirii apelor pe zona de terasă întreg conturul de zidării precum și parapeții terasei prezintă degradări puternice în masă.

Analizând modul de colectare al apelor meteorice de pe sistemul de acoperiș se observă că acesta constă în aruncarea directă, fie pe terase, fie pe trotuarele laterale, a apei colectate prin intermediul unor gargue.

Sistemul, congenital greșit, colectează apele în zonele decroșate ale fațadelor de est și vest pe terasele de acces principal sau spre altar. Datorită lipsei unei evacuări rapide, apele astfel colectate băltesc și se infiltrează direct către fundațiile clădirii.

Degradările apărute pe fațade au o cauză clară și anume lipsa de întreținere a sistemului de colectare al apelor meteorice, sistem deteriorat pe parcursul a circa 80 de ani.

Concluzii generale legate de avariile din sistemul constructiv.

În urma evaluării tabloului general al avariilor constatate la nivel de plan, elevații interioare și fațade, a condus către definirea legăturii dintre acestea și cauzele ce le-au produs. Astfel s-a stabilit că cauza principală a avarierii structurii crematoriului CENUȘA o contituie tasarea inegală a terenului de fundare umezit de infiltrarea apelor meteorice colectate necorespunzător.

Este evident că la această cauză vin să se cumuleze cauze secundare: acțiunea cutremurelor repetate, îmbătrânirea materialelor, degradarea chimică datorată poluării, etc.

Elemente ce au stat la baza evaluării analitice a construcției.

Au fost identificate prin încercări nondistructive și distructive caracteristicile de rezistență ale materialelor ce alcătuiesc structura. În acest sens s-au folosit date extrase din raportul „Încercări nedistructive și pahometrice efectuate la obiectivul crematoriul – CENUȘA”, București, întocmit de STAR CONST IMPEX s.r.l. [5.3] și anume: mortarul a fost încadrat la marca M10, cărămizile au fost evaluate după o examinare vizuală la marca C50-C75 utilizând în calcul valoarea C50, iar betoanele sunt de clasa Bc10 (B150) și respectiv Bc15 (B200).

Funcție de caracteristicile prezentate mai sus, conform Codului de Proiectare pentru Structuri din Zidărie indicativ CR6–2006, în cadrul ultimelor investigatii din cadrul expertizei tehnice [5.8 și 5.11] au fost stabilite următoarele valori pentru rezistențele de calcul:

considerând mortarul M10 și carămizile C50, rezultă:

fk = K x fb0,70 x fm0,30= 0,50 x 50,70 x 1,00,30 = 1,54 N/mm2= 15,4 kg/cm2

rezistența unitară de proiectare la compresiune a zidăriei se determină cu relația de mai jos, conform CR6-2006 cap.4.1.1.1.2

fd = mz x fk / γM = 1.0 x 15.4 / 3.0 = 5.13 kg/cm2

rezistența unitară la forfecare în rost orizontal de proiectare a zidăriei pentru zidăriile executate cu elemente pentru zidărie din grupele 1 și 2, valorile rezistenței caracteristice la forfecare fvk (în N/mm2) au fost extrase din tabelele 4.4a și 4.4b.

fvk = 0,180 N/mm2= 1,8 kg/cm2 .

Pentru confirmarea informațiilor legate de calitatea materialelor utilizate în construcția crematoriului, au fost efectuate teste in situ cu prese plate hidraulice la nivelul subsolului 1, în zona scării de acces din subsolul 1 în subsolul 2.

Rezultatele obținute în urma testului desfășurat in situ au fost:

– efortul unitar în zidărie σm 0.615MPa – 6,15 kgf/cmp2 ;

– valoarea rezistentei la compresiune a zidariei 1.545 MPa – 15,45 kgf/cm2 ;

Aceste rezultate au validat valorile considerate în calcul, în analizele realizate în anul 2010 și 2014 [5.8 și 5.11], confirmând alegerea materialelor pentru zidărie M10 și C50 pentru ultimele expertize.

Totodată, trebuie subliniat că prin investigațiile din situ s-ar putea elimina coeficienții de incertitudine pentru zidăriile existente (cu valoarea 2 sau 3) prezentați în P100-3/2006, în acest fel obținând valori mai mari pentru rezistențele de calcul utilizate în cadrul analizelor numerice.

Din analiza datelor se desprind următoarele aspecte ce trebuie subliniate în mod deosebit raportat la analizele analitice realizate:

– mărirea intervalului mediu de recurență conduce la sporuri semnificative ale coeficientului seismic de la 13,5% (în normativul P100/1992) la 40% (în normativul P100-1/2013) și în consecință a forței seismice de calcul de la 525tf (în P100/1992) la 1085tf (în P100-1/2006) și respectiv 1549tf (în P100-1/2013), între limite forța seismică crescând de aproape 3 ori;

– prezenta analiză a fost făcută din punctul de vedere simplificat al eforturilor unitare de forfecare în rost orizontal fără a ține cont de prezența elementelor verticale de tip tub sau L plasate la colțurile nucleului central. Dacă în normativul P100/1992 efortul capabil era egal cu efortul efectiv, adică un grad de asigurare 1, prin evoluția normativelor acesta scade la 0,48 conform normativului P100-1/2006 și respectiv la 0,34 conform normativului P100-1/2013.

Concluziile ce rezultă din investigații

Din analizele prezentate se trag următoarele concluzii:

construcția realizată la începutul secolului XX a trecut cu succes printr-o serie de cutremure de mare intensitate ca cele din: noiembrie 1940 (magnitudine 7.4 Richter), martie 1977 (magnitudine 7.2 Richter), august 1986 (magnitudine 7.0 Richter), mai 1990 (magnitudine 6.7 Richter), decembrie 1991 (magnitudine 5.7 Richter) și respectiv noiembrie 2004 (magnitudine 6 Richter).

În raport cu verificarea "în laborator natural", nici un fel de verificare analitică cu conținut probabilistic nu este concludentă [5.11].

tabloul avariilor constatate cu fisuri fine parabolice, corelat cu rezultatele studiului geotehnic – geoelectric, arată că, cauza avarierii zidăriilor nucleului central o constituie tasarea inegală a terenului de fundare ca urmare a pătrunderii în acesta a apelor meteorice de infiltrație și a celor pierdute prin rețeaua de canalizare ieșită din lucru datorită vechimii; [5.11]

diferențele mari dintre valorile forțelor tăietoare capabile în rost orizontal și valorile forțelor tăietoare rezultate din calcul (cu consecință asupra gradului de asigurare ce coboară sub valoarea admisă 0,6), arată că participarea tuburilor coșurilor de fum de pe fațada de vest și a colțarelor ce formează pentru simetrie ventilațiile pe fațada de vest este importantă, putând fi demonstrată printr-un calcul simplificat. Astfel prin cuantificarea aportului adus de către elementele de beton la preluarea forțelor orizontale, eforturile unitare din rostul orizontal din zidărie scad până la o valoare inferioară ( circa 1,23kg/cm2 ) celei capabile de 1,80kg/cm2 .

Acest efect poate fi considerat real, deoarece tabloul avariilor vizibile constatate pe construcție nu este specific ruperilor din forțe tăietoare, așa după cum ar rezulta din calculele inițiale fără aportul betonului armat.

Soluția de intervenție structurală propusă

După cum rezultă din tabloul avariilor și al degradărilor constatate la structura crematoriului, cauza majoră a avarierii o constituie infiltrarea și colectarea necorespunzătoare a apelor meteorice și a apelor din instalațiile ieșite practic din lucru, în terenul de fundare al construcției, având drept efect tasarea diferențiată a terenului de fundare. Tasările produse au indus o stare de tensiune din care s-au născut fisuri parabolice. Aceste avarii au fost amplificate evident și de acțiuni seismice, de îmbătrânirea materialelor, agresivitatea mediului, etc.

Trebuie subliniat faptul că imobilul este monument istoric înscris pe Lista Monumentelor Istorice a Municipiului București, astfel încât o soluție de îmbunătățire a comportamentului actual (de altfel remarcabil) apare bine venită. Soluția de intervenție propusă și prezentață mai jos nu exclude însă apariția unor avarii minore la cutremure puternice.

Intervenții în regim de urgență

Pentru îndepărtarea cauzelor ce au produs avariile s-a recomandat luarea de urgență a unor măsuri, ca primă etapă de intervenție, ce fac parte din categoria întreținerii curente: refacerea urgentă a sistemului de colectare a apelor pluviale de pe acoperișul construcției, refacerea teraselor de pe fațadele de est și vest cu prevederea unor rigole pentru colectarea apelor meteorice precum și realizarea unui trotuar etanș care să împiedice pătrunderea apelor de infiltrație către fundații, refacerea sistemului de canalizare, realizarea unui dren periferic care să preia apele meteorice de infiltrație, sistematizarea verticală cu refacerea trotuarelor, asigurarea stabilității coșurilor de fum de pe fațada de vest afectate la bază de acțiuni seismice repetate suprapuse peste o degradare galopanta a materialelor ca urmare a îngheț-dezghețului apelor metorice infiltrate în crăpături. Se subliniiază faptul că fără luarea acestor măsuri având ca scop îndepărtarea cauzelor principale ce au condus la avarierea structurii de rezistență a construcției, orice fel de intervenție de consolidare ar fi practic ineficientă.

Intervenția structurală

Soluția recomandată de intervenție asupra elementelor structurale de beton armat constă în: consolidarea stâlpilor centrali din subsolul 1 și 2 (stâlpi cu armături transversale insuficiente) prin fretare cu împâslituri din fibre de carbon și consolidarea grinzilor principale din ambele subsoluri, cu benzi de CARBODUR. Totodată se vor consolida planșeele înclinate pe peste corpurile de legătură nord și sud ce au betoane afectate de coroziunea armăturilor; consolidarea va fi realizată prin injectare, curățarea armăturilor de rugină și pasivizarea acestora, chituirea cu rășini epoxidice și suplimentarea armăturilor existente cu benzi de CARBODUR.

Soluția propusă prevede și intervenția de antrenare a tuburilor și a colțarelor de beton armat (ce formează coșurile de fum și de ventilație) pe înălțimea zidăriilor nucleului central. Astfel se vor asocia “colțarele de beton armat” ce formează coșurile de fum cu pereții de zidărie de cărămidă, prin intermediul unor bride metalice sau din împâslituri de fibre de carbon. Pe exterior, în dreptul coșurilor de fum se vor realiza în grosimea zidăriilor elemente din beton armat ce vor „inchide” colțarul spre exterior (vezi schița din figura 5.35). Soluția poate fi aplicată cu condiția realizării investigațiilor complete in situ privind situația existentă a coșurilor și a tuburilor de ventilație, acest lucru nefiind posibil în etapa de expertiză tehnică și proiect.

Totodată, se vor introduce baterii de tiranți în masivul de zidărie la partea superioară a nucleului central, tiranți introduși prin forare fără vibrații și fără apă. După montarea tiranților, înainte de injectarea cu mortare ce conțin rășini epoxidice expandabile, aceștia pot fi activați la tensiuni mici, intrarea lor în lucru făcându-se odată cu apariția solicitării. Tiranții vor avea piesele de ancoraj mascate în masivele de zidărie.

Dala de beton armat, ce închide la partea superioară nucleul central, se va ancora pe conturul cupolei la masivul de zidărie de cărămidă cu dornuri metalice introduse în găuri matate cu mortare epoxidice.

Cupola va fi asigurată suplimentar la partea inferioară cu fâșii de carbodur montate spre exterior, aceste fâșii având rolul de a reduce împingerile cupolei în inelul de bază.

În situația actuală clădirea poate fi încadrată în clasa de risc seismic RsII (construcțiile care, sub efectul cutremurului de proiectare, pot suferi degradări structurale majore, dar care, cu probabilitate înaltă, nu-și pierd stabilitatea), iar prin măsurile ce se vor lua ea poate trece la limita dintre RsIII și RsIV. Lucrările recomandate a fi realizate conduc către o îmbunătățire substanțială a comportării construcției la acțiuni gravitaționale și seismice.

Observatorul Astronomic Amiral Urseanu – Studiu de caz 2

Scurt istoric al construcției

Amiralul Vasile Urseanu, a cumpărat terenul și a început construcția ei anul 1908. În 1910 întreaga clădire, inclusiv cupola destinată observatorului astronomic, era finalizată. Construcția a fost realizată după planurile arhitectului I. D. Berindei având dublă funcțiune – locuință pentru familia Urseanu și observator astronomic. Încă din primii ani de existență, clădirea a devenit cunoscută sub numele de „Observatorul Astronomic Amiral Urseanu”.

La data de 19 iulie 1933 în fosta reședință a amiralului Urseanu s-a deschis Pinacoteca municipiului București în care urmau să fie expuse operele de artă aflate în patrimoniul Primăriei municipiului București. Deschiderea unei pinacoteci a fost susținută și dusă la îndeplinire de primarul Dem. I. Dobrescu (1929-1934), la această inițiativă contribuind esențial și inițiativa soției amiralului Urseanu, care a donat municipalității clădirea în luna mai a anului 1933.

Din anul 1950, când observatorul astronomic a devenit instituție publică de profil si până în prezent, acesta s-a aflat succesiv sub conducerea a trei personalități – Matei Alexescu (1950-1964 și parțial între 1975-1978), Ion Corvin Singeorzan (1968-1982), Harald Alexandrescu (1984-2005), fiecare din aceste perioade și fiecare personalitate având o contribuție privind evoluția în timp a acestei clădiri speciale.

Încadrarea din punct de vedere legal a clădirii

Imobilul se încadrează în Situl I nominalizat în Lista Monumentelor Istorice 2004 la poziția nr. 192, cod B-II-s-B -17910. Clădirea este de asemenea nominalizată în Lista Monumentelor Istorice – Municipiul București 2004 la poziția 613, cod B-II-a-B-18328 ca făcând parte din Ansamblul de arhitectură „Bulevardul Lascăr Catargiu” – datat la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea.

Imobilul este monument istoric, fiind înscris în lista sus-amintită la poziția 617, cod B-II-m-B18332, „Casa Amiral Vasile Urseanu”, datarea propusă fiind „sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului XX”.

Imobilul face parte din zona protejată nr. 12 – „Bulevardul rezidențial Lascăr Catargiu”, subzona Cp1c. Delimitarea zonei nu este exactă, în textul regulamentului se amintește doar „bulevard care unește Piața Romană de Piața Victoriei”.

Conform criteriilor de evaluare ale Ordinului Ministrului Culturii și Cultelor nr. 2682/2003 imobilul poate fi evaluat ca având o valoare globală „mare”.

Descrierea sistemului constructiv și a stării de conservare

Alcătuirea construcției la nivel de fațade – avarii.

Fațada de est, fațadă principală, paralelă cu b-dul Lascăr Catargiu, se dezvoltă pe o lungime de 15,66 m, o înălțime la cornișa celor două turnuri laterale de 16,29 m, înscriindu-se practic aproape într-un pătrat.

Fațada prezintă urme de reparații prin aplicarea peste stratul de finisaj vechi a unei amorse de lapte de ciment drișcuită, reparații realizate de mântuială, pe zone întinse desprinsă de stratul de dedesubt (probabil o zugrăveală cu humă – figura 5.39).

Avariile ce pot fi identificate pe această fațadă se concentrează practic în zona celor două turnuri laterale și în parapeții ferestrelor de la nivelul parterului. Avariile apărute în zidăria de cărămidă a zonelor laterale ale fațadei au vădită formă parabolică cu vârful parabolelor îndreptat către exterior, subliniând o tendință de desfacere a turnurilor din contextul fațadei, tendință datorată unor tasări ale terenului de fundare din zonele de capăt ale construcției.

Urmărind modul de colectare al apelor pluviale de pe acoperișul construcției se constată că acestea sunt aduse la nivelul terenului prin burlane necolectate la rețea, apele infiltrîndu-se la limita trotuarului în terenul pe care îl umezesc diferențiat. Privind în lungul acestei fațade se poate observa modul în care apele aduse de burlane se scurg direct pe trotuar infiltrându-se în teren și de acolo către fundații.

Scurgerea directă a apelor meteorice, pe zonele cu șorțuri de tablă defecte, a dus la deterioarea unor ornamente de ipsos precum și la spălarea reparațiilor făcute neîngrijit.

Pe fațada de nord, fațada pe care există acum accesul principal în clădire, sistemul de avariere cuprinde: o fisură parabolică la baza turnului din dreapta, fisură ce pornește din dreptul unei asocieri de două goluri, unul zidit ce corespunde subsolului iar celălalt liber ce corespunde parterului. Fisura se dezvoltă într-o zonă în care tasarea terenului de fundare este evidentă, fiind marcată de o lăsare puternică a trotuarului și de prezența unui canal de colectare a apelor uzate. S-au identificat deasemenea fisuri fine în arcele ferestrelor din etaj.

Și această fațadă prezintă reparații realizate cu mortar de ciment aplicat direct peste vechiul start de zugrăveală.

Parcurgerea fațadei de vest este dificilă datorită planului jucat pe această zonă. Pornind din zona de conexiune cu fațada de nord ce se realizează în dreptul turnului de colț, se constată și la acest nivel tendința de lăsare pe verticală a colțului, tendință materializată printr-o fisură fină parabolică ce se asociază cu vârful de la fisura de pe fațada de nord și printr-o fisură între cele două ferestre ale registrului inferior. Pe această zonă turnul adăpostește grupuri sanitare cu țevile de scurgere conectate în canalul învecinat colțului, țevi de scurgere și canal din care se produc infiltrații în terenul de fundare.

Turnul se învecinează cu o casă de scară monumentală, în această zonă fațada de formă curbă fiind puternic vitrată (figura 5.41). Pe această zonă se pot observa: o fisură aproape orizontală în panoul plin de zidărie de cărămidă, desprinderea și “burdușirea” cojii subțiri de tencuială de reparație executată cu mortar bogat în ciment, deteriorarea tencuielilor și a ornamentelor în zona cornișei în imediata vecinătate a racordului dintre jgheabul și burlanul de colectare a apelor pluviale. Cu toate că această zonă de fațadă este deosebit de sensibilă datorită golurilor multiple suprapuse, ea nu este afectată de avarii semnificative în șpaleții și riglele de cuplare. La limita din dreapta, zona de perete aproape circulară, se cuplează cu zidăria coșului de fum al centralei termice, coș desprins pe una din laturi pe întreaga înălțimea fațadei.

Mai departe, fațada cuprinde registre drepte pe care se constată desprinderi ale reparațiilor, desprinderi ce pot masca o stare posibilă de avariere. Cornișa prezintă și ea deteriorări produse de scurgeri necontrolate de ape meteorice care prin îngheț-dezgheț la nivel de zidărie au dus la desprinderi și prăbușiri de tencuieli.

Zona de capăt a fațadei de vest prezintă deteriorări ale reparațiilor precum și ale elementelor metalice ale copertinei de peste micul balcon de la primul etaj. Privind în lungul acestei fațade se constată că trotuarul prezintă numeroase denivelări produse ca urmare a tasărilor diferențiate ale terenului sub acțiunea apelor meteorice și a celor din rețeaua de colectare defectă. Prezența rețelei de colectare este evidențiată de un șir de capace metalice așezate peste cămine de vizitare.

Fațada de sud cuprinde două registre disticte, unul plan și altul curb încununat de cupola observatorului. Registrul plan primește la partea inferioară o terasă acoperită cu o structură metalică închisă la partea superioară cu o terasă circulabilă (figura 5.43).

În această parte accesul din exterior se face pe o scară îngustă ce urmărește conturul semicircular al terasei acoperite. Elementele de susținere a scării sunt puternic deteriorate de acțiunea îngheț-dezghețului apelor infiltrate în zidăria de cărămidă. Prezența rădăcinilor pomilor din această zonă se poate observa cu ușurință, trotuarul ce bordează accesul fiind complet distrus; este probabil căla fel sunt afectate și fundațiile zonei circulare.

Porțiunea de fațadă încununată de cupola observatorului prezintă fisuri fine în arcele de peste golurile ferestrelor.

Și în această zonă trotuarul perimetral prezintă deformări puternice datorate rădăcinilor pomilor din imediata vecinătate și a umezirii diferențiate a terenului ca urmare a apelor meteorice aduse direct de burlanele necolectate la rețea.

Alcatuirea imobilului la nivel de plan

Subsolul imobilului se dezvoltată parțial pe zona de vest a imobilului, iar accesul în acesta se poate face direct de pe această fațadă în centrala termică, sau din interiorul parterului.

Structura de rezistență a subsolului este alcătuită din pereți de zidărie de cărămidă plină așezați pe fundații din beton (probabil simplu) cu adâncimea de 60 cm de la cota pardoselilor. Zidurile interioare au grosimea de cca. 60 cm, iar cele exterioare au grosimea de circa 50 cm (datele sunt furnizate de releveul de arhitectură).

În încăperile subsolului pot fi constatate masive infiltrații de ape aduse de rețelele interioare defecte și de lipsa de etanșeitate a trotuarului la limita cu zidăriile de contur. Înălțimea liberă a subsolului este de 2,65 m, cota pardoselii acestuia (-3,55) fiind plasată la 3,00 m față de cota terenului; cota de fundare de -4,15 m ne arată că pereții de contur ai subsolui pătrund în teren cca. 3,60 m.

Pe zona fără subsol cota fundațiilor se plasează conform sondajului executat pe fațada de sud la cca. 1,10 m de la cota terenului. Între cele două cote de fundare (zonă cu subsol – zonă fără subsol) rezultă un prag de 2,50 m.

Zugrăvelile și tencuielile pe zidăriile în contact cu terenul prezintă pe arii extinse exfolieri și eflorescențe saline, indicînd faptul că la acest nivel există o umiditate adusă prin infiltrații laterale de ape meteorice sau din rețele defecte, precum și faptul că tencuielile refăcute probabil în timp au fost realizate cu mortare bogate în ciment.

Planșeul peste subsol este realizat pe bolțișoare de cărămidă așezate pe profile metalice, starea de conservare a acestuia fiind relativ bună. Pe anumite zone în încăperile ce bordează fațada de vest, unde există rețele defecte sau infiltrații laterale de ape, o parte din profilele metalice au talpa vizibilă afectată de rugină.

Zidăriile de cărămidă ale subsolului nu prezintă avarii vizibile.

Grosimea planșeului peste subsol, inclusiv umpluturile, este de circa 35 cm.

Parter – descrierea structurii de rezistență și a avariilor

Structura parterului este realizată din pereți de cărămidă plină cu grosimea de cca. 60 cm cei interiori și 50 cm cei exteriori. Structura parterului pe zona pe care există subsol se suprapune perfect peste structura acestuia.

Parterul cu o înălțime de 2,80 m cuprinde în principal 14 încăperi cu destinații diferite. Planșeul peste parter pare realizat pe aceiași tehnică cu cel de peste subsol, un planșeu pe bolțișoare cu intrados plan, tălpile profilelor citindu-se vag în reparațiile efectuate de a lungul timpului, iar bolțișoarele de cărămidă par a fi înlocuite cu plăci plane din beton simplu.

Planșeul peste parter, inclusiv umpluturile de peste acesta și finisajele, are grosimea de cca. 30 cm. Imobilul fiind în stare de exploatare, nu s-au putut efectua sondaje la planșeu.

Golurile din parter, unele de dimensiuni considerabile (vezi zona accesului principal), par a avea buiandrugi din profile metalice.

În elementele structurale ale parterului nu se constată avarii vizibile.

Etajul 1 – descrierea structurii de rezistență și a avariilor

Din punct de vedere structural etajul reproduce organizarea planului parterului, pereții din zidărie fiind suprapuși peste cei din parter. Structura etajului este realizată din pereți de cărămidă plină cu grosimea de cca. 60 cm cei interiori și 50 cm cei exteriori.

Etajul cu o înălțime de 4,24 m cuprinde zece încăperi, dintre care una este de fapt o seră adosată construcției. Planșeul peste etaj este realizat în mod tradițional pe elemente de lemn cu umpluturi, grosimea totală a acestui ansamblu fiind de circa 40 cm.

Din etajul 1 se accede la etajul superior pe o amplă scară monumentală realizată din lemn, încăperea ce o conține fiind practic dezvoltată pe două nivele. Plafonul acestei încăperi este deteriorat de infiltrații de ape meteorice scurse prin învelitoarea defectă de deaupra. La etajul superior se poate ajunge și pe scara de serviciu ce se învecinează cu încăperea ce adăpostește scara monumentală de lemn.

Plafoanele de lemn pictate (existente în 5 încăperi ce se dorește a fi restaurate) prezintă numeroase crăpături reparate în timp, crăpături datorate flexibilității deosebite a planșeului de lemn la intradosul căruia au fost realizate.

Pereții etajului prezintă avarii în zona încăperii vecine casei de scară secundară, unde cotele de nivel curente nu mai sunt respectate, etajele ce adăpostesc micile încăperi de serviciu de pe această zonă fiind decalate.

Din observațiile efectuate în pereții etajului 1 nu se constată avarii, excepție făcând fisuri fine, rare, în unii dintre buiandrugi.

Etajul 2 – descrierea structurii de rezistență și a avariilor

Și la acest nivel zidăriile etajului se suprapun perfect peste cele de la nivelul inferior, iar grosimea zidăriilor se păstrează deasemenea.

Etajul 2 cuprinde 13 încăperi, înălțimea sa fiind mai mică cu circa 24cm decât cea a etajului de dedesubt (piano nobile) și anume de 4,00m.

Plafoanele peste acest etaj sunt simple, lipsite de orice fel de ornamente, planșeul ce le susține fiind de lemn cu o grosime totală de circa 37 cm.

Pe zona de balcon, plasat deasupra serei, degradarea stratului hidroizolant a dus la deteriorarea plafonului pictat de dedesubt.

Și la acest nivel se constată absența avariilor în elementele structurale, apărând numai fisuri fine, rare, în zonele de buiandrugi de deasupra ferestrelor.

Etajul 3 – descrierea structurii de rezistență și a avariilor

Ultimul etaj se dezvoltă parțial peste etajul de dedesubt, reluînd aproape integral forma planului subsolului (cu excepția zonei ovale-circulare – figurile 5.44 și 5.53).

Etajul cuprinde 7 încăperi și o terasă circulabilă situată pe un planșeu la cota + 13,00 m, ce dublează planșeul curent aflat la cota +11,45 m.

Pe terasa circulabilă se accede de pe o mică scară de lemn, plasată în holul central.

Toate încăperile au plafoane false suspendate de șarpantă, plafoane puternic degradate de infiltrațiile produse prin învelitoarea deteriorată și neîntreținută. Pereții spre terasa circulabilă prezintă deasemenea degradări puternice produse de îngheț-dezghețul apelor infiltrate din aceasta (figurile 5.56).

O analiză atentă a secțiunilor transversale prin imobil arată că nivelul terasei circulabile (cota +13,00 m) se găsește practic la nivelul planșeului pe care este amplasată luneta observatorului astronomic (cota + 13,05 m). Nu există informații legate de modul de realizare a planșeului terasei circulabile. Planșeul pe care este amplasată luneta este alcătuit dintr-o podină de lemn susținută de o frumoasă structură metalică dispusă radial.

Încăperea lunetei are un contur circular din zidărie de cărămidă cu grosimea de 45 cm, suprapus parțial peste conturul eliptic de dedesubt.

Pe zona pe care zidăriile nu se suprapun se presupune că acestea sunt așezate pe o structură metalică asemănătoare cu structurile terminale ale turnurilor de colț.

Pe zona cuprinsă între planșeul curent și planșeul pe care este așezată luneta, se află un cilindru din beton cu dimensiuni considerabile, având probabil rol de lestare, așezat pe profile metalice așezate între grinzile planșeului de peste etajul inferior (figurile 5.57).

Zidăriile de la acest nivel nu prezintă urme de avariere.

Șarpanta – descrierea structurii de rezistență și a avariilor

În momentul realizării expertizei nu a existat posibilitatea de a investiga starea de conservare a șarpantei aceasta fiind mascată de plafoane false și inaccesibilă.

Învelitoarea din tablă se găsește într-un stadiu avansat de degradare.

Descrierea amplasamentului din punct de vedere geotehnic

GEOTEHNICA DESIGN s.r.l, a întocmit un studiu geotehnic [5.13] bazat pe două sondaje deschise notate S1 și S2 (figurile 5.59 și 5.60), executate în exteriorul imobilului pe zona fără subsol și respectiv în interiorul subsolului precum și pe un foraj cu adîncimea de 6,00 m. Din observațiile directe asupra fundațiilor în sondajele deschise, au rezultat următoarele:

Stratificația terenului în forajul geotehnic executat cuprinde următoarele straturi:

0,00 – 1,10 m – umplutură neomogenă;

1,10 – 2,20 m – praf argilos cafeniu-gălbui, plastic consistent;

2,20 – 4,50 m – praf nisipos-argilos galbui-cafeniu, plastic consistent;

4,50 – 6,00 m – nisip fin cu pietriș mic.

Nivelul apelor subterane variază între 5-10m; apa nu a fost întîlnită în forajul executat. Presiunea convențională pe teren a fost stabilită ca fiind pconv = 225 kPa.

Conform Normativului P100-1/2004, amplasamentul se află situat în zona caracterizată de o accelerație a mișcării seismice ag = 0,24 g, iar perioada de colț Tc este 1,60sec.

Evaluarea calitativă a construcției

Evaluarea calitativă a construcției legată de modul în care aceasta corespunde prevederilor din reglementările tehnice în vigoare, include o serie de aspecte favorabile: fundațiile sunt situate practic la adîncimea de îngheț; acoperișul ușor; grosimea corespunzătoare a pereților de zidărie; lipsa avariilor specifice acțiunii cutremurelor.

Totodată trebuie menționate și aspectele nefavorabile specificate de normele actuale de proiectare, dar care la data realizării imobilului erau necunoscute: lipsa centurilor și a elementelor verticale de înrămare a zidăriei, prezența planșeelor din lemn (planșee ce nu îndeplinesc rol de șaibe rigide).

Evaluarea analitică a imobilului

Pentru a realiza această evaluare este necesară cunoașterea caracteristicilor mecanice pentru elementele de zidărie. În cadrul expertizei tehnice au fost luate în considerare următoarele materiale: marca mortarului M10 iar marca cărămizilor C75.

Funcție de aceste caracteristici, conform Codului de proiectare pentru structuri din zidărie, CR 6 – 2006, au fost stabilite următoarele valori:

considerând mortarul M10 și carămizile C75, rezultă rezistența unitară caracteristică la compresiune a zidăriei:

fk = K x fb0,70 x fm0,30= 0,50 x 7,50,70 x 1,00,30 = 2,05 N/mm2= 20,5 kg/cm2

rezistența unitară de proiectare a zidăriei la forfecare în rost orizontal pentru zidăriile executate cu elemente pentru zidărie din grupele 1 și 2 (valorile rezistenței caracteristice la forfecare fvk (în N/mm2) au fost extrase din tabelele 4.4a și 4.4b).

fvk = 0,180 N/mm2= 1,8 kg/cm2 ;

modulul de elasticitate secant de scurtă durată al zidăriei (Ez) pentru stabilirea caracteristicilor dinamice:

Ez = 1000 fk = 1000 x 2,05 N/mm2 = 2050 N/mm2 = 20.500 kg/cm2

pentru calculul deformatilor in USL:

Ez = 500 fk = 500 x 2,05 N/mm2 = 1025 N/mm2 = 10.250 kg/cm2

pentru zidăriile (de 50cm) cămăsuite cu MBA 5cm din B150 pe cele doua fețe a rezultat:

EZC= (10250 x 50 + 220454 x 10)/60 = 45 284 kg/cm2 = 4 528,4 N/mm2

pentru zidăriile (de 50cm) cămăsuite cu MBA 5cm din B150 pe o singură față a rezultat:

EZC= (10250 x 50 + 220454 x 5)/55 = 26 913 kg/cm2 = 2 691 N/mm2

Pentru confirmarea informațiilor legate de calitatea materialelor utilizate la construcția clădirii Observatorului Astronomic, au fost efectuate in situ încercări cu prese plate hidraulice în luna aprilie 2014, la câțiva ani distanță de la realizarea expertizei dar totuși înainte de începerea lucrărilor de restaurare. Încercarea a fost efectuată la nivelul parterului, în zona centrală a clădirii, într-un perete cu dezvoltare pe întreaga înălțime a construcției.

Rezultatele obținute în urma testului desfășurat in situ au fost:

– efortul unitar in zidărie este de 0.457MPa = 4,57 kgf/cmp2 ;

– valoarea rezistentei la compresiune a zidariei 2.248 MPa = 22,48 kgf/cm2 .

Aceste rezultate au confirmat parțial valorile considerate în calcul în expertiza tehnică realizată [5.14], justificând alegerea materialelor pentru zidărie M10 și C50, și infirmând valoarea C75 considerată în una din variantele de calcul din cadrul expertizei tehnice realizate în anul 2009.

Totodată, prin investigațiile din situ ce utlizează prese plate hidraulice se poate studia posibilitatea reducerii coeficienților de incertitudine a caracteristicilor mecanice pentru zidăriile existente (cu valoarea 2 sau 3) coeficienți prezentați în P100-3/2006.

Determinarea forței seismice a fost făcută conform Normativului P100-2006. Astfel coeficienții din calculul fortei seismice au fost: γ1 = 1.20, Tc = 1.60sec. , ah = 0.24g, β(T1)=2.75, q = 2,00(αu/α1) = 2,20, λ = 1.00. Forța seismică orizontală de bază ținând seama de comportarea elasto-plastică are valoarea Fb = 0.792 G /2,20 = 0.360 G, unde G este greutatea construcției.

Soluția de intervenție structurală propusă

În urma evaluării calitative, precum și după o analiză atentă la fața locului se poate afirma că, această clădire a trecut cu succes prin numeroase seisme produse de a lungul a cca.100 de ani, avarile apărute în ultima perioadă fiind clar avarii produse de tasări datorate înmuierii terenului de către sistemul de canalizare neîntreținut și defect. Trebuie subliniat faptul că imobilul este monument istoric, în cazul monumentelor fiind de preferat soluția de ameliorare și nu de adaptare la normele actuale. În starea actuală clădirea a fost deja supusă unui tip de "selecție naturală", astfel încât fiind concepută și executată în mod adecvat, a supraviețuit fără degradări majore în timp.

Măsuri cu caracter general

Măsurile cu caracter general propuse au fost: refacerea urgentă a sistemului de canalizare și a sistemului de colectare a apelor pluviale de pe acoperișul imobilului, injectarea cu mortare aditivate a fisurilor, țeserea cu dornuri metalice a traseelor fisurilor, consolidarea buiandrugilor, întărirea zonelor de cuplare pereți fațade cu pereți interiori prin cusături armate cu bare din oțel, decaparea tuturor reparațiilor de tencuieli exterioare realizate din mortar de ciment și acestora exterioare cu mortar de var hidraulic aplicat pe un suport corect tratat.

Varianta minimală de ameliorare a comportamentului construcției existente

În urma intervenției de arhitectură ce propune introducerea unui ascensor de persoane în locul casei de scară de serviciu, precum și realizarea unei scări balansate în încăperea vecină, în aceste zone se vor realiza demolări și desfaceri de planșee. Pentru realizarea noilor funcțiuni se vor crea două tuburi asociate din beton armat, care vor dezechilibra practic construcția deplasând spre partea din spate centul de rigiditate. Pentru contrabalansarea acestei tendințe, actuala expertiză propune extinderea intervențiilor la nivel de pereți prin realizarea unor cămăși din mortar beton armat pe zona centrală a imobilului (figura 5.63). Introducerea cămășilor pe zona centrală este consecința directă a refuncționalizării, noile cămăși din mortar-beton-armat (MBA) vor fi continue pe întreaga înălțime a zidăriei (cămășile din mortar beton armat sunt cămășile subțiri realizate prin tunare în cofraj a unui beton realizat cu agregat mărunt sau foarte mărunt, în conpoziția acestuia găsindu-se ci doar nisip, nu și pietriș).

În intenția transformării planșeului de peste parter dintr-un planșeu flexibil într-un planșeu rigid, acesta poate deveni o șaibă rigidă prin suprabetonare. Operația de transformare constă în desfacerea pardoselilor, scoaterea tuturor umpluturilor, realizarea la extradosul planșeului existent a unui sistem de armare asemănător planșeelor din beton armat, conlucrarea profilelor metalice ale vechiului planșeu cu suprabetonarea prin intermediul unor conectori metalici sudați de aceste profile, turnarea unui beton de marcă curentă (cu agregate sortate) în grosime de 5-7 cm peste fața superioară a profilelor metalice existente.

Măsura de transformare a planșeelor în elemente cât mai rigide se aplică și asupra planșeelor de lemn, obținînd planșee cu comportare semirigidă. Această măsură constă în desfacerea podinei existente și îndepărtarea umpluturilor, verificarea stării grinzilor de lemn și înlocuirea (dacă este cazul) a capetelor afectate prin putrezire, ancorarea grinzilor de lemn la elementele structurale verticale prin intermediul unor piese metalice și transformarea acestora în elemente de tip tirant, întroducerea unei izolații termice și fonice ușoare (vată minerală), realizarea podinei ce devine suport al suprabetonării, realizarea unui sistem de armare ancorat la structura de lemn a planșeului existent dar și la zidăriile de contur, realizarea unei suprabetonări din beton B300 monolit în grosime de 5-7 cm. Toate materialele lemnoase (grinzi, sipci, scânduri, etc.) vor fi ignifugate și tratate împotriva atacurilor biologice.

Evaluarea greutăților proprii aferente planșeelor a dus la următoarele valori normate ale încărcărilor utilizate în calculul structural: pentru planșeul de lemn existent greutatea proprie este 285kg/mp, iar pentru planșeul de lemn consolidat (varianta cu suprabetonare) greutatea proprie este 270 kg/mp. Pentru planșeul pe bolțișoare de cărămidă greutatea proprie este de 555 kg/mp, iar în varianta planșeului consolidat greutatea proprie este de 525 kg/mp. Se observă că prin măsurile propuse nu crește greutatea construcției.

Aceste soluții permit neintervenția la intradosul planșeelor pictate din câteva încăperi ale clădirii, planșee ce se intenționează a fi restaurate.

Trebuie subliniat faptul că pe plan internațional este acceptat principiul intervenției minime, în cazul monumentelor fiind de preferat alegerea soluției de ameliorare și nu de adaptare la normele actuale. Soluția minimală de ameliorare nu exclude apariția la cutremure puternice a unor avarii minore, care nu pun însă în pericol stabilitatea de ansamblu a construcției.

Evaluărea analitică a stării actuale a imobilului și a stării acestuia în urma intervenției structurale propuse

Pentru analiza la nivel de expertiză a clădirii, a fost utilizat programul de calcul ETABS V8.4.8. Au fost realizate două modele de calcul, prima variantă fiind cea corespunzătoare situației existente și cea de a doua variantă cu implementarea soluției de consolidare (suprabetonarea planșeelor și cămășuirea unor pereți de zidărie).

Privind prin comparație cele două variante de calcul structural s-au constatat următoarele efecte în cazul luării măsurilor recomandate mai sus: centrul de greutate al clădirii, respectiv centrul de rigiditate al structurii nu își schimbă poziția decât cu o distanță relativă mai mică de 10% din latura construcției. Totodată, creșterea de rigiditate datorită cămășilor MBA duce la reducerea deplasărilor la vârful construcției cu circa 50% față de valoarea deplasărilor calculate pe situația existentă.

Concluzii privind măsurile de intervenție asupra construcției

Lucrările privind structura de rezistență prevăzute a fi realizate la nivelul planșeelor precum și a pereților structurali (prin cămășuire) conduc către realizarea unor șaibe rigide sau semirigide, precum și reducerea deplasărilor maxime la vârf, cu efecte favorabile asupra comportării construcției la acțiuni seismice.

Toate aceste lucrări realizate la structura de rezistență se pot dovedi însă ineficiente dacă nu sunt luate, în prealabil măsuri de preluare a apelor meteorice sau din instalații, precum și de impermeabilizare a pereților de la subsol pe care sunt identificate infiltrații din exterior.

Au fost propuse intervenții minimale de ameliorare a construcției ce nu afectează valoarea acesteia. Schema statică a structurii nu este afectată, ea rămânînd ca mărturie a perioadei istorice în care a fost realizată. Trebuie reținut și faptul că soluția nu exclude apariția unor avarii minore la cutremure puternice, comportamentul construcției fiind ameliorat și nu adaptat la cerințele normelor actuale.

Concluzii

Concluzii rezultate în urma studiului literaturii de specialitate

Fenomenul privind degradarea unui element constructiv al unei clădiri constă în schimbarea, deteriorarea sau alterarea stării sale inițiale, acesta fiind răspunsul materiei la trecerea timpului, în principal la acțiunea diferiților agenți de degradare, fizici, chimici sau chiar biologici. Analiza acestor degradări este deosebit de complexă și constituie de fapt singura posibilitate de a le cunoaste și de a le remedia, precum și de a le evita în proiectarea, execuția și exploatarea noilor construcții. Investigarea printr-o diagnoză cât mai completă și cât mai apropiată de realitate a degradărilor pe care le suferă orice clădire, implică o gamă largă de cunoștinte și discipline, de multe ori aceasta neputând fi acoperite decât de o echipă de experți în mai multe domenii conexe, între care ingineria structurală este unul din domeniile principale.

Din studiul degradărilor se desprinde constatarea că apa este factorul cel mai important în degradarea clădirilor de orice tip. Astfel, apa este unul din factorii declansatori ai degradării calității și a capacității portante a terenurilor, este unul dintre catalizatorii reacțiilor chimice ce declanșează o serie întreagă de procese chimice, este principalul transportator de săruri ducând la degradarea zidăriilor. Se pot enumera o mulțime de astfel de argumente pentru a susține că apa este unul din principalii factori ce influențează degradarea și durabilitatea structurală a clădirilor.

Nu trebuie subestimat însă și un factor mai puțin obiectiv și anume întreținerea defcitară a construcțiilor de către proprietari, omul manifestându-se aici ca un puternic factor de degradare a clădirilor.

Degradarea construcțiilor (cu precădere structura de rezistență) este un fenomen complex, greu de descifrat și care de multe ori se poate studia numai de o echipă de specialiști din domenii diverse. Construcțiile trebuie privite asemeni unui „organism” viu ce evoluează în timp sub influența factorilor înconjurători sau de mediu. Studiul degradărilor sugerează ingineriei structurale (si nu numai) soluții și variante de detalii potrivite a fi folosite și în proiectarea construcțiilor noi.

Importanța conservării patrimoniului construit pune în discuție intervențiile ce au loc asupra unor clădiri vechi, intervenții ce nu trebuie realizate improvizat sau prin aplicarea unor norme ce se adresează construcțiilor noi. Chiar dacă protecția vieții utilizatorilor clădirilor este foarte importantă, acest fapt nu înseamnă neglijarea patrimoniului, și subliniază că "orice generație dispune de patrimoniul arhitectural numai cu titlu temporar și este responsabilă de transmiterea lui către generațiile viitoare." [2.3]

În țara noastra se impune ca o necesitate stringentă elaborarea de norme specifice intervențiilor pe construcții de patrimoniu; în lipsa unor astfel de reglementări în acest moment aplicarea normelor ce se adresează construcțiilor noi este practic obligatorie și pentru acest tip de construcții. Trebuie făcută precizarea că norme detaliate sunt foarte greu de elaborat, dar din experiența altor țări (de exemplu Italia) se pot realiza reglementări adaptabile la multitudinea de situații ce se pot întâlni, la caracteristicile tehnologice sau de amplasament, sugerînd o atitudine de proiectare care să țină cont de specificitatea obiectului. Astfel de reglementăripot îmbrăca forma unei “carte a restaurării” ce ar cuprinde principiile de intervenție recomandate în cartele internaționale existente în domeniu.

Intervenția structurală în cazul restaurărilor este de cele mai multe ori o operație complexă ce presupune colaborarea cu specialiști și din alte domenii decât ingineria structurilor mai ales în momentul fazelor de investigare și diagnoză; intervenția propriu zisă asupra construcției necesită o calificare specifică, alta decât cea necesară construcțiilor noi.

Orice intrevenție trebuie să aibă la origine o evaluare a degradărilor cu identificarea cauzelor de producere ale acestora, diagnoza fiind o etapă fără de care orice măsură este neadecvată.

Sistemul structural ai oricărei clădiri existente a trecut prin verificarea în “laborator natural”, verificare ce nu poate fi cel mai adesea demonstrată stiințific printr-o analiză de calcul modern. Verificarea prin metode analitice moderne poate conduce insă la intervenții extinse, dar care nu pot garanta supraviețuirea în timp a structurii. Astfel în cazul în care nu sunt prezente degradări structurale grave, conservarea acesteia trebuie să reprezinte direcția de bază a intervenției, iar când degradări grave sunt prezente orice întervenție trebuie susținută printr-o analiză care să justifice măsurile preconizate a fi luate.

Hotărârea privind intervenția asupra unei clădiri cu valoare istorică trebuie luată ținînd cont de dorința de conservare, de evidențiere a valorilor estetice sau istorice a acesteia, fără a neglija alegerea adecvată a materialelor sau a tehnicilor de conservare și consolidare. Prin materialele și procedeele constructive utilizate trebuie să se aibă tot timpul în vedere păstrarea autenticității obiectului ce se dorește a fi protejat. Astfel, prin acest tip de intervenții nu se urmărește obținerea unui grad de asigurare similar cu cel aferent clădirilor noi, intenția principală fiind aceea de conservare și doar excepțional de adaptare la normele actuale, în situații în care este prevăzută restructurarea globală a construcției.

Concluzii rezultate în urma studiilor realizate în teză

În cadrul studiului de caz privind clădirea Crematoriului Cenușa din București, o soluție propusă în cadrul ultimei expertize tehnice [5.11] poate duce la o îmbunătățire a comportamentului actual (de altfel remarcabil), dar totuși aceasta nu exclude apariția unor avarii minore la cutremure puternice. În situația actuală construcția poate fi încadrată în clasa de risc seismic RsII, dar prin măsurile propuse ea poate trece la limita dintre clasa RsIII și RsIV, lucrările recomandate a fi realizate ducând către o îmbunătățire substanțială a comportării clădirii la acțiuni gravitaționale sau seismice.

Soluția propusă cuprinde două tipuri de intervenții: de urgență și cea structurală. Intervenția de urgență cuprinde refacerea sistemului de colectare a apelor pluviale, refacerea teraselor și realizarea unui trotuar etanș, refacerea sistemului de canalizare, realizarea unui dren periferic, sistematizarea verticală a zonei înconjurătoare, asigurarea stabilității coșurilor de fum. Intervenția structurală cuprinde: consolidarea stâlpilor centrali din subsolul 1 și 2, consolidarea planșeelor înclinate pe peste corpurile de legătură nord și sud, introducerea de baterii de tiranți la partea superioară a nucleului central (conform schemei prezentate în expertiză [5.11]), ancorajul dalei de beton armat ce închide la partea superioară nucleul central la elementele de zidărie pe care aceasta reazemă, dar și preluarea împingerilor aduse de cupolă prin întroducerea la baza acesteia pe exterior a unui inel realizat din fășii de carbodur.

În cadrul studiului de caz privind clădirea Observatorului Astronomic Vasile Urseanu din București, în expertiza tehnică [5.14] au fost alese intervenții minimale de ameliorare ce nu afectează valoarea istorică a acesteia. Schema statică a construcției nu este afectată, ea rămânînd ca mărturie a perioadei istorice în care a fost edificată. Trebuie subliniat și că soluția de întervenție aleasă (intervenții la nivelul planșeelor ce vor fi suprabetonate și la nivelul unor pereți structurali prin realizarea de cămăși armate subțiri) nu exclude apariția unor avarii minore la cutremure puternice, comportamentul construcției fiind ameliorat și nu adaptat la cerințele normelor actuale. Trebuie tinut cont și de faptul că o bună parte din degradările suferite drept cauză neîntreținerea clădirii, iar fără măsuri de preluare a apelor meteorice sau din instalații concomitent cu lucrări de impermeabilizare a pereților de la subsol pe care sunt identificate infiltrații din exterior, orice intervenție structurală riscă să fie ineficientă.

Determinările in situ ce folosesc prese plate reprezită o variantă de testare nedistructivă ce oferă ca rezultate valori ale caracteristicilor mecanice ale elementelor structurale din zidărie. Aceste rezultate sunt un instrument puternic de lucru pentru expertul tehnic care evaluează gradul de siguranță al unei structuri din zidărie portantă, prin validarea modelelor de calcul sau furnizarea caracteristicilor mecanice ale materialelor.

Nu este de neglijat aspectul important al protecției clădirilor vechi, ca urmare a evaluării mai apropiate de realitate a siguranței acestora prin valorile caracteristicilor mecanice furnizate de teste, dar și prin eliminarea sau reducerea corespunzătoare a unor coeficienți de siguranță considerați în calculul elementelor structurale din zidărie veche.

Testele cu prese plate sunt un furnizor de informații importante în evaluarea clădirilor și care în țara noastră ar trebui cunoscute și utilizate pe o scară mai largă de către inginerii structuriști.

Contribuții proprii

Sinteza unui bogat material documentar referitor la domeniul în care se situează tema tezei de doctorat, cu evidențierea conceptelor de bază și a principiilor acceptate actualmente pe plan internațional în activitatea de restaurare / conservare a clădirilor monument istoric.

Efectuarea de teste in situ cu prese plate hidrulice pentru deteminarea caracteristicilor mecanice ale zidăriilor, teste realizate printre primele în țara noastră. În acest scop au fost completate echipamentele utilizate în cadrul încercărilor, identificate clădirile asupra cărora s-au desfășurat testele și s-au realizat efectiv testele in situ.

Prezentarea testelor efectuate, a metodelor de lucru și a rezultatelor obținute în cadrul unor manifestări științifice (conferințe nationale de inginerie seismică și de încercări in situ a construcțiilor) având ca scop cunoașterea acestora și diseminarea rezultatelor în mediul ingineresc.

Studierea posibilității reducerii și chiar eliminării coeficienților de incertitudine prezentați în normele romănești privitoare la caracteristicile mecanice ale zidăriilor, pe baza testelor in situ cu prese plate hidraulice ce completează încercările desfășurate în mod obișnuit asupra unei construcții din zidărie.

Realizarea în cadrul colectivului în care autorul tezei își desfășoară activitatea a numeroase expertize tehnice asupra unor clădiri monument istoric sau asupra unor clădiri obișnuite din zidărie, expertize tehnice în care au fost dezvoltate cât mai fidel etapele de investigare, diagnoză, analiză și intervenție prezentate în lucrarea de față.

Direcții viitoare de cercetare și de valorificare a rezultatelor tezei

Adoptarea sau adaptarea la condițiile specifice țării noastre a standardelor de încercări in situ (european sau american) ce utilizează prese plate hidraulice.

Amplificarea și diversificarea utilizării în cadrul expertizelor tehnice realizate asupra clădirilor din zidărie portantă a testelor în situ, în vederea creșterii gradului de cunoaștere a structurii de rezistență și implicit a calității rezultatelor privind siguranța structurală a clădirilor din zidărie.

Diseminarea în mediul ingineresc a metodelor de încercări in situ, utilizarea acestora în practica expertizării construcțiilor de zidărie contribuind la formularea de concluzii mai corecte asupra siguranței structurale printr-o cunoaștere mai profundă a comportării clădirilor investigate.

Elaborarea de norme specifice clădirilor monument istoric care să fie implementate în legislația tehnică românească, nemailăsând astfel la latitudinea expertului direcția și modul de intervenție pe construcții de acest tip.

Odată cu intrarea în vigoare a unor astfel de norme specifice pentru clădirile monument istoric, eliminarea din textul normativului P100-1 a paragrafului în care se precizează că acesta “poate” fi aplicat și asupra clădirilor monument istoric.

Bibliografie

Referințe bibliografice capitolul 2

[2.1] Aldo Aveta, Stella Casiello, Francesco La Regina, Renata Picone, Restauro e consolidamento, Mancosu Editore, aprilie 2013.

[2.2] Alessandro del Bufalo, Carmine Benedetto, Conservatione Edilizia e Tecnologia del Restauro, Edizini Kappa, octombrie 1992.

[2.3] Bernard M Feilden, Conservation of Historic Buildings, Arhitectural Press, 2003.

[2.4] Mircea Crișan, Curs de Restaurare Structurala, UAUIM, 2012

[2.5] Mircea Crișan, Restaurarea Structurală a Clădirilor de Cult Ortodox din Țara Românească și Moldova, Editura UAUIM, 2010

[2.6] Rodica Crișan, Zidăriile Tradiționale – Caracteristici și procese de degradare specifice la clădirile de locuit urbane din zidărie tradițională, Editura UAUIM, 1996.

[2.7] Sebastian Tologea, Lucrări de întreținere și consolidări în construcții de locuințe, Editura tehnică, 1961.

[2.8] Sebastian Tologea, Probleme privind patologia și terapeutica construcțiilor, Editura Tehnică, 1975.

[2.9] Paul Popescu, Degradarea construcțiilor, Editura Fundației România de mâine, 1992

[2.10] Aldo Aveta, Stella Casiello, Francesco La Regina, Renata Picone, Restauro e consolidamento, Mancosu Editore, aprilie 2013.

[2.11] Alessandro del Bufalo, Carmine Benedetto, Conservatione Edilizia e Tecnologia del Restauro, Edizini Kappa, octombrie 1992.

Referințe bibliografice capitolul 3

[3.1] Aldo Aveta, Stella Casiello, Francesco La Regina, Renata Picone, Restauro e consolidamento, Mancosu Editore, aprilie 2013.

[3.2] Alessandro del Bufalo, Carmine Benedetto, Conservatione Edilizia e Tecnologia del Restauro, Edizini Kappa, octombrie 1992.

[3.3] Bernard M Feilden, Conservation of Historic Buildings, Arhitectural Press, 2003.

[3.4] Mircea Crișan, Curs de Restaurare Structurala, UAUIM, 2012

[3.5] Mircea Crișan, Restaurarea Structurală a Clădirilor de Cult Ortodox din Țara Românească și Moldova, Editura UAUIM, 2010

[3.6] Rodica Crișan, Zidăriile Tradiționale – Caracteristici și procese de degradare specifice la clădirile de locuit urbane din zidărie tradițională, Editura UAUIM, 1996.

[3.7] Rodica Crișan, Reabilitarea patrimoniului construit: reglementări specifice. Arhitext Design nr. 3 / 1997.

[3.8] Sebastian Tologea, Lucrări de întreținere și consolidări în construcții de locuințe, Editura tehnică, 1961.

[3.9] Sebastian Tologea, Probleme privind patologia și terapeutica construcțiilor, Editura Tehnică, 1975.

[3.10] Paul Popescu, Degradarea construcțiilor, Editura Fundației România de mâine, 1992

[3.11] Carta de la Venezia, 1964. In Documenti, norme ed istruzioni per il restauro dei monumenti, a cura di E. Romeo, Electa Napoli, 1990.

[3.12] Carta della conservazione e del restauro degli oggetti d'arte e di cultura, 1987. In Documenti, norme ed istruzioni per il restauro dei monumenti, a cura di E. Romeo, Electa Napoli, 1990.

[3.13] Normativ pentru proiectarea antiseismică a construcțiilor – P 100 – 1,3 / 2008. Ministerul Lucrărilor Publice și Amenajării Teritoriului, București, 2008.

Referințe bibliografice capitolul 4

[4.1] ASTM, In-situ compressive stress within solid unit masonry estimated using flat-jack measurements, ASTM Standard C 1196-04, 2004

[4.2] ASTM, In-situ measurement of masonry deformability properties using flat-jack method, ASTM Standard C 1197-04, 2004

[4.3] Paweł Gregorczyk, Paulo B. Lourenço, A Review on Flat-Jack Testing, Engenharia Civil, pag. 39-50, Numero 9, 2000,

[4.4] Smart monitoring of historic structures, D5.1-part 1 Report on test methods and former test results, pag. 91-94, 2010.

[4.5] 15 WCEE Lisboa 2012, A. Simões, A. Gago, M. Lopes & R. Bento, Characterization of Old Masonry Walls: Flat-Jack Method,

[4.6] Luigia Binda, Antonella Saisi, Giuliana Cardani, Misura in situ delle proprietà elastiche mediante l’uso di martinetto piatto doppio, 2007.

[4.7] Mircea Crișan prof.dr.ing, colab. Vlad Petrescu lector ing., Expertiză tehnică cu concept de consolidare imobil b-dul Lascăr Catargiu, nr. 21, sector 1, București – Observatorul astronomic „Amiral Vasile Urseanu”, MC Design Construct s.r.l., iunie 2009.

[4.8] Mircea Crișan prof.dr.ing, colab. Vlad Petrescu lector ing., Expertiza tehnică cu concept de consolidare Crematoriul Cenușa – București, MC DESIGN COSTRUCT SRL, mai 2014.

[4.10] Vlad Petrescu, Mircea Crișan, Basarab Chescă, Gabriel Dănilă, In situ diagnosis methods for determining acurate static and mechanichal caracteristics of masonry, Proceedings of 5th Conference on Earthquake Engineering, Bucharest, Romania, June 19-20 2014, Editura Conspress.

Referințe bibliografice capitolul 5

[5.1] Releveul de arhitectură – 2010, la clădirea crematoriului uman Cenușa.

[5.3] Încercări nedistructive și pahometrice efectuate la obiectivul crematoriul – CENUȘA, București, întocmit de STAR CONST IMPEX SRL – decembrie 1995

[5.4] Studiu geotehnic proiect consolidare al clădirilor crematoriului uman Cenușa și columbar, întocmit de GEOTEHNICA CHIOVEANU SRL, geotehnician Gheorghe CHIOVEANU – 1997

[5.7] Studiu geotehnic necesar expertizei tehnice de rezistență a clădirilor din incinta crematoriului Cenușa, Calea Șerban Vodă nr.183, sector 4, București, întocmit de SC TERRA PRO SRL, geotehnician Emil BOTEZ – octombrie 2009.

[5.8] Expertiza tehnică cu concept de consolidare Crematoriul Cenușa – București, întocmit de MC DESIGN COSTRUCT SRL, expert MTCT, MCC prof.dr.ing. Mircea CRIȘAN – octombrie 2010.

[5.9] Studiu geoelectric privind starea terenului de fundare în vederea reabilitării clădirii Crematoriului Cenușa, Calea Șerban Vodă nr.183, sector 4, Municipiul București, întocmit de SC SAMI CONSULT SRL, dr.ing. Mihai MAFTEIU și ing. geolog Sanda BUGHIU – mai 2014,

[5.10] Încercări in situ cu prese plate hidraulice – mai 2014 – autor ing. Vlad Petrescu si tehnician Mircea Nădăban.

[5.11] Expertiza tehnică cu concept de consolidare Crematoriul Cenușa – București, întocmit de MC DESIGN COSTRUCT SRL, expert MTCT, MCC prof.dr.ing. Mircea CRIȘAN – mai 2014.

[5.12] Studiu privind valoarea istorico – arhitecturală și urbanistică a imobilului din bdul. Lascăr Catargiu, nr. 21, sector 1, București – Observatorul Astronomic „Amiral Vasile Urseanu”, elaborat de către arh.ing. Aurora Târșoagă, drd.arh.Horia Moldovan – ianuarie 2007;

[5.13] Studiu geotehnic Observatorul Astronomic Amiral Vasile Urseanu, bd. Lascar Catargiu nr.21, sector 1, București, întocmită de GEOTEHNICA DESIGN S.R.L, ing. geol. Cristian Lesciuc – iulie 2006;

[5.14] Expertiză tehnică cu concept de consolidare imobil b-dul BD. LASCĂR CATARGIU, NR. 21, sector 1, BUCUREȘTI-Observatorul astronomic „AMIRAL VASILE URSEANU – elaborat MC Design Construct s.r.l. prin expert tehnic și expert Ministerul Culturii prof.dr.ing. Mircea Crișan, colaborator ing. Vlad Petrescu.

[5.15] Încercări in situ cu prese plate hidraulice – iunie 2014 – autor ing. Vlad Petrescu și tehnician Mircea Nădăban.

[5.16] P100-3/2008, Cod de evaluare și proiectare a lucrărilor de consolidare la clădiri existente vulnerabile seismic. Vol.1- Evaluare. Vol.2- Consolidare.

[5.17] Metodologie pentru evaluarea riscului și propunerile de intervenție necesare la structurile construcțiilor monumente istorice în cadrul lucrărilor de restaurare ale acestora. Indicativ MP 025-04 (aprobată cu Ordinul 743/18.04.2004).

[5.18] Eurocode 8: Design provisions for earthquake resistance of structures . Part 1.4: General rulesstrengthening and repair of buildings.

[5.19] Carta Internațională de la Veneția privind conservarea și restaurarea monumentelor istorice 1964.

Bibliografie

Referințe bibliografice capitolul 2

[2.1] Aldo Aveta, Stella Casiello, Francesco La Regina, Renata Picone, Restauro e consolidamento, Mancosu Editore, aprilie 2013.

[2.2] Alessandro del Bufalo, Carmine Benedetto, Conservatione Edilizia e Tecnologia del Restauro, Edizini Kappa, octombrie 1992.

[2.3] Bernard M Feilden, Conservation of Historic Buildings, Arhitectural Press, 2003.

[2.4] Mircea Crișan, Curs de Restaurare Structurala, UAUIM, 2012

[2.5] Mircea Crișan, Restaurarea Structurală a Clădirilor de Cult Ortodox din Țara Românească și Moldova, Editura UAUIM, 2010

[2.6] Rodica Crișan, Zidăriile Tradiționale – Caracteristici și procese de degradare specifice la clădirile de locuit urbane din zidărie tradițională, Editura UAUIM, 1996.

[2.7] Sebastian Tologea, Lucrări de întreținere și consolidări în construcții de locuințe, Editura tehnică, 1961.

[2.8] Sebastian Tologea, Probleme privind patologia și terapeutica construcțiilor, Editura Tehnică, 1975.

[2.9] Paul Popescu, Degradarea construcțiilor, Editura Fundației România de mâine, 1992

[2.10] Aldo Aveta, Stella Casiello, Francesco La Regina, Renata Picone, Restauro e consolidamento, Mancosu Editore, aprilie 2013.

[2.11] Alessandro del Bufalo, Carmine Benedetto, Conservatione Edilizia e Tecnologia del Restauro, Edizini Kappa, octombrie 1992.

Referințe bibliografice capitolul 3

[3.1] Aldo Aveta, Stella Casiello, Francesco La Regina, Renata Picone, Restauro e consolidamento, Mancosu Editore, aprilie 2013.

[3.2] Alessandro del Bufalo, Carmine Benedetto, Conservatione Edilizia e Tecnologia del Restauro, Edizini Kappa, octombrie 1992.

[3.3] Bernard M Feilden, Conservation of Historic Buildings, Arhitectural Press, 2003.

[3.4] Mircea Crișan, Curs de Restaurare Structurala, UAUIM, 2012

[3.5] Mircea Crișan, Restaurarea Structurală a Clădirilor de Cult Ortodox din Țara Românească și Moldova, Editura UAUIM, 2010

[3.6] Rodica Crișan, Zidăriile Tradiționale – Caracteristici și procese de degradare specifice la clădirile de locuit urbane din zidărie tradițională, Editura UAUIM, 1996.

[3.7] Rodica Crișan, Reabilitarea patrimoniului construit: reglementări specifice. Arhitext Design nr. 3 / 1997.

[3.8] Sebastian Tologea, Lucrări de întreținere și consolidări în construcții de locuințe, Editura tehnică, 1961.

[3.9] Sebastian Tologea, Probleme privind patologia și terapeutica construcțiilor, Editura Tehnică, 1975.

[3.10] Paul Popescu, Degradarea construcțiilor, Editura Fundației România de mâine, 1992

[3.11] Carta de la Venezia, 1964. In Documenti, norme ed istruzioni per il restauro dei monumenti, a cura di E. Romeo, Electa Napoli, 1990.

[3.12] Carta della conservazione e del restauro degli oggetti d'arte e di cultura, 1987. In Documenti, norme ed istruzioni per il restauro dei monumenti, a cura di E. Romeo, Electa Napoli, 1990.

[3.13] Normativ pentru proiectarea antiseismică a construcțiilor – P 100 – 1,3 / 2008. Ministerul Lucrărilor Publice și Amenajării Teritoriului, București, 2008.

Referințe bibliografice capitolul 4

[4.1] ASTM, In-situ compressive stress within solid unit masonry estimated using flat-jack measurements, ASTM Standard C 1196-04, 2004

[4.2] ASTM, In-situ measurement of masonry deformability properties using flat-jack method, ASTM Standard C 1197-04, 2004

[4.3] Paweł Gregorczyk, Paulo B. Lourenço, A Review on Flat-Jack Testing, Engenharia Civil, pag. 39-50, Numero 9, 2000,

[4.4] Smart monitoring of historic structures, D5.1-part 1 Report on test methods and former test results, pag. 91-94, 2010.

[4.5] 15 WCEE Lisboa 2012, A. Simões, A. Gago, M. Lopes & R. Bento, Characterization of Old Masonry Walls: Flat-Jack Method,

[4.6] Luigia Binda, Antonella Saisi, Giuliana Cardani, Misura in situ delle proprietà elastiche mediante l’uso di martinetto piatto doppio, 2007.

[4.7] Mircea Crișan prof.dr.ing, colab. Vlad Petrescu lector ing., Expertiză tehnică cu concept de consolidare imobil b-dul Lascăr Catargiu, nr. 21, sector 1, București – Observatorul astronomic „Amiral Vasile Urseanu”, MC Design Construct s.r.l., iunie 2009.

[4.8] Mircea Crișan prof.dr.ing, colab. Vlad Petrescu lector ing., Expertiza tehnică cu concept de consolidare Crematoriul Cenușa – București, MC DESIGN COSTRUCT SRL, mai 2014.

[4.10] Vlad Petrescu, Mircea Crișan, Basarab Chescă, Gabriel Dănilă, In situ diagnosis methods for determining acurate static and mechanichal caracteristics of masonry, Proceedings of 5th Conference on Earthquake Engineering, Bucharest, Romania, June 19-20 2014, Editura Conspress.

Referințe bibliografice capitolul 5

[5.1] Releveul de arhitectură – 2010, la clădirea crematoriului uman Cenușa.

[5.3] Încercări nedistructive și pahometrice efectuate la obiectivul crematoriul – CENUȘA, București, întocmit de STAR CONST IMPEX SRL – decembrie 1995

[5.4] Studiu geotehnic proiect consolidare al clădirilor crematoriului uman Cenușa și columbar, întocmit de GEOTEHNICA CHIOVEANU SRL, geotehnician Gheorghe CHIOVEANU – 1997

[5.7] Studiu geotehnic necesar expertizei tehnice de rezistență a clădirilor din incinta crematoriului Cenușa, Calea Șerban Vodă nr.183, sector 4, București, întocmit de SC TERRA PRO SRL, geotehnician Emil BOTEZ – octombrie 2009.

[5.8] Expertiza tehnică cu concept de consolidare Crematoriul Cenușa – București, întocmit de MC DESIGN COSTRUCT SRL, expert MTCT, MCC prof.dr.ing. Mircea CRIȘAN – octombrie 2010.

[5.9] Studiu geoelectric privind starea terenului de fundare în vederea reabilitării clădirii Crematoriului Cenușa, Calea Șerban Vodă nr.183, sector 4, Municipiul București, întocmit de SC SAMI CONSULT SRL, dr.ing. Mihai MAFTEIU și ing. geolog Sanda BUGHIU – mai 2014,

[5.10] Încercări in situ cu prese plate hidraulice – mai 2014 – autor ing. Vlad Petrescu si tehnician Mircea Nădăban.

[5.11] Expertiza tehnică cu concept de consolidare Crematoriul Cenușa – București, întocmit de MC DESIGN COSTRUCT SRL, expert MTCT, MCC prof.dr.ing. Mircea CRIȘAN – mai 2014.

[5.12] Studiu privind valoarea istorico – arhitecturală și urbanistică a imobilului din bdul. Lascăr Catargiu, nr. 21, sector 1, București – Observatorul Astronomic „Amiral Vasile Urseanu”, elaborat de către arh.ing. Aurora Târșoagă, drd.arh.Horia Moldovan – ianuarie 2007;

[5.13] Studiu geotehnic Observatorul Astronomic Amiral Vasile Urseanu, bd. Lascar Catargiu nr.21, sector 1, București, întocmită de GEOTEHNICA DESIGN S.R.L, ing. geol. Cristian Lesciuc – iulie 2006;

[5.14] Expertiză tehnică cu concept de consolidare imobil b-dul BD. LASCĂR CATARGIU, NR. 21, sector 1, BUCUREȘTI-Observatorul astronomic „AMIRAL VASILE URSEANU – elaborat MC Design Construct s.r.l. prin expert tehnic și expert Ministerul Culturii prof.dr.ing. Mircea Crișan, colaborator ing. Vlad Petrescu.

[5.15] Încercări in situ cu prese plate hidraulice – iunie 2014 – autor ing. Vlad Petrescu și tehnician Mircea Nădăban.

[5.16] P100-3/2008, Cod de evaluare și proiectare a lucrărilor de consolidare la clădiri existente vulnerabile seismic. Vol.1- Evaluare. Vol.2- Consolidare.

[5.17] Metodologie pentru evaluarea riscului și propunerile de intervenție necesare la structurile construcțiilor monumente istorice în cadrul lucrărilor de restaurare ale acestora. Indicativ MP 025-04 (aprobată cu Ordinul 743/18.04.2004).

[5.18] Eurocode 8: Design provisions for earthquake resistance of structures . Part 1.4: General rulesstrengthening and repair of buildings.

[5.19] Carta Internațională de la Veneția privind conservarea și restaurarea monumentelor istorice 1964.