Ing. Alexandra Sofron [301558]
UNIVERSITATEA ”OVIDIUS” CONSTANȚA
FACULTATEA DE CONSTRUCȚII
SPECIALIZAREA MASTERAT: [anonimizat], Director de Departament,
Ș. l. dr. ing. Dragoș VINTILĂ conf. dr. ing. [anonimizat]
a lucrării de disertație a absolvent: [anonimizat]: Soluții de consolidare și comportarea la acțiunea seismică a clădirilor monument istoric
Termenul final de predare: 04 martie 2016
Cuprinsul lucrării de disertație:
Capitolul 1 – Introducere:
[anonimizat].
Capitolul 2 – [anonimizat] a acestora, inclusiv evaluarea seismică.
Capitolul 3 – Metode de consolidare
Un scurt istoric a [anonimizat] 4 – Utilizarea soluțiilor noi de consolidare la monumentele istorice. Studii de caz
Sunt descrise șapte studii de caz în care sunt prezentate diverse metode de consolidare cu fibre de carbon a clădirilor monument istoric.
Capitolul 5 – Consolidarea unei structuri din zidărie de cărămidă
Capitolul 6 – Concluzii
Îndrumător,
Ș. l. dr. ing. GELMAMBET SUNAI
Absolvent: [anonimizat]. SOFRON ALEXANDRA
CAPITOLUL 1: [anonimizat], a [anonimizat]. [anonimizat].
[anonimizat], nu a fost acordată o [anonimizat] a acestora a fost tratată cu cunoștiințe insuficiente.
În domeniul de reabilitare a [anonimizat], zidarie, lemn este esențial să se facă diferența corectă înte termenii: reparare și consolidare; [anonimizat]. În ”repararea” [anonimizat] a îmbunătăți o deficiență funcțională sau o [anonimizat]. În contrast, "întărirea" unei structuri este specifică acelor cazuri în care intervenția asupra construcției ar spori nivelul de performanță existent proiectat.
[anonimizat], a [anonimizat]. [anonimizat] a fenomenului de îmbătrânire a materialelor, cât și cu efectele unor acțiuni extraordinare. [anonimizat], la care nu au fost luate masuri speciale de protecție. Fenomenul de oboseală a materialului, care duce la pierderea capacității portante a structurii, este un rezultat al numarului mare de seisme înregistrate pe durata vieții unei construcții. Este necesar să se ia în considerare conceptul de proiectare ductilă, curpins în codurile de proiectare seismică actuale, prin care se acceptă apariția unor degradări structurale în anumite zone, în cazul unor acțiuni seismice puternice.
Categoria cea mai frecvent întâlnită și cu cea mai largă răspândire este alcătuită din clădirile civile, parter sau etajate, cu structuri din beton armat sau cu pereți portanți din zidărie.
În perioada anilor 1950, când a început proiectarea antiseismică, cerințele de comportare la acțiunea cutremurelor se limita la un calcul de forțe orizontale. Ulterior, în urma concluziilor rezultate pe baza clădirilor supuse cutremurelor puternice, din a doua jumătate a secolului XX, atât în România, cât și în Turcia, Iran, Algeria, S.U.A., Mexic, Chile ș.a., s-a dezvoltat ideea că o mare importanță o are ”asigurarea unei concepții controlate de ansamblu a clădirii”. Acest aspect este îndeplinit prin verificarea modului de preluare și de transmitere a încărcărilor gravitaționale până la terenul de fundare și corespondența pe verticală a elementelor portante verticale (stâlpi, pereți structurali).
1.2 LEGISLAȚIA ÎN VIGOARE PRIVIND CONSOLIDAREA CLĂDIRILOR MONUMENT ISTORIC
1.2.1 Legislația din România
Monumentele istorice sunt construcții situate pe teritoriul României, proprietăți ale statului român, semnificative pentru istoria, cultura și civilizația națională universală.
Protejarea monumentelor istorice reprezintă totalitatea măsurilor cu caracter tehnic menite să asigure conservarea, consolidarea, restaurarea, punerea în valoare și integrarea lor în viața social-economică și culturală a colectivităților locale.
Conform legii 422/2001, monumentele istorice se clasifică în doua grupe:
Grupa A – monumente istorice de valoare națională și universală;
Grupa B – monumente istorice reprezentative pentru patrimoniul cultural local.
Lista monumentelor istorice se întocmește de Institutul Național al Monumentelor Istorice, cu avizul Comisiei Naționale a Monumentelor Istorice și al Comisiei Naționale de Arheologie, se aprobă prin ordin al ministrului culturii și cultelor și se actualizează la fiecare 5 ani.
Intervețiile asupra monumentelor istorice se fac numai pe baza și cu repectarea avizului emis de Ministerul Culturii și Cultelor, cu excepția intervențiilor determinate de forță majoră, cu condiția ca modificările să fie reversibile.
Intervențiile ce se efectuează asupra monumentelor istorice sunt toate lucrările de construire, extindere, reparare sau consolidare, precum și alte lucrări care modifică substanța și aspectul monumentelor istorice, inclusiv reparații curente, lucrări de întreținere.
Expertizarea structurală a monumentelor istorice și verificarea tehnică a proiectelor de consolidare a monumentelor istorice se fac numai de experți și verificatori tehnici, atestați de Ministerul Culturii și Cultelor, cu respectarea cerințelor privind calitatea lucrărilor în construcții.
Acte normative, norrme tehnice și metodologii existente care reglementează regimul de protecție privind patrimoniul cultural la nivel național, precum și evaluarea și concepția lucrărilor de intervenție sunt următoarele:
LEGEA 157/1997 privind ratificarea Convenției pentru protecția patrimoniului arhitectural al Europei adoptată la GRANADA la 3.10.1985 și semnată de România la 22.06.1996;
LEGEA 422/2001 privind protejarea monumentelor istorice (republicată la 20.11.2006);
Ordinul ministrului culturii și cultelor nr. 2260/18.04.2008 privind aprobarea Normelor metodologice de clasare și inventariere a monumentelor istorice;
Ordin nr. 2226/24.05.2006 pentru modificarea și completarea Ordinului Ministrului Culturii nr. 2032/14.07.1999 pentru înființarea Comisiei de Atestare în Domeniul Monumentelor Istorice și aprobarea normelor și criteriilor de atestare a experților în domeniul protejării monumentelor istorice și a specialiștilor în domeniul conservării și restaurării monumentelor istorice
Ordin nr. 2260/22.06.2006 pentru precizarea indicatoarelor de norme de deviz pentru ofertare și decontarea situațiilor de lucrări de consolidare și restaurare-conservare a monumentelor istorice.
M.P. 025-04: Metodologie pentru evaluarea riscului și propunerile de intervenție necesare la structurile construcțiilor monumente istorice în cadrul lucrărilor de restaurare ale acestora;
P100-3/2008: Cod de evaluarea și proiectare a lucrărilor de consolidare la clădirile existente, vulnerabile seismic;
SR EN 1998-3:2005: Proiectarea structurilor pentru rezistența la cutremur. Partea 3: Evaluarea și consolidarea construcțiilor.
1.2.2 Legislația din Europa
Protejarea și conservarea vestigiilor arheologice prin metode de consolidare și restaurare formează o serie de probleme intens discutate. În diferite țări din Europa, aceste probleme au facut subiectul a numeroase studii și au fost dezbătute în cadrul unor reuniuni științifice. S-a dispus consemnarea unor reglementări și stabilirea unor convenții ale unor organisme internaționale pe baza principiilor propuse și acceptate de specialiști pe plan internațional. În acest sens, sunt menționate:
Recomandări definind principiile internaționale ce trebuie aplicate în săpăturile arheologice, Conferința Generală a UNESCO, New Delhi, 05.12.1956;
Carta internațională asupra conservării și restaurării monumentelor, Veneția, 1964;
Carta pentru protecția și gestiunea patrimoniului arheologic, UNESCO, Lausanne, 1989;
Convenția europeană pentru protecția patrimoniului arheologic (revizuită), La Valetta, 16.01.1992, ratificată de România prin Legea nr. 150/24 iulie 1997.
Carta de la Veneția tratează subiecte precum săpăturile arheologice. Aceasta prevede metode de asigurare a amenajării ruinelor, precum și măsuri de conservare și protecție permanentă. Prin adoptarea acestora se dorește scoaterea monumentului la lumină, fără a-i denatura semnificația. „Orice lucrare de reconstrucție va trebui totuși exclusă a priori, numai anastiloza ar putea fi acceptată, adică recompunerea părților existente, dar dezmembrate. Elementele integrate vor trebui să fie întotdeauna ușor de recunoscut și vor reprezenta minimum necesar asigurării condițiilor de conservare și de restabilire a unei continuități a formelor monumentului”. Anastiloza, metodă dezvoltată în arheologia clasică, se poate utiliza și în cazul unor monumente distruse parțial. Numai în urma unor lucrări științifice de cercetare arhitecturală, fragmentele prăbușite pot fi ridicate. Fragmentele trebuie dispuse în locul lor originar printr-o construcție auxiliară, fără a fi completate sau înglobate într-o reconstrucție parțială.
Carta de la Lausanne dezvoltă și susține conceptul de conservare in situ a monumentelor. În aceasta este subliniată și distincția între săpăturile de salvare, care sunt inevitabile, și săpăturile în interes științific. Săpăturile în situri condamnate la distrugere sunt prioritare. Siturile neamenințate pot fi săpate doar în cazuri excepționale, selectiv. Daca situl se dorește a se prezenta publicului, acesta poate fi săpat doar parțial, rezervând un domeniu nealterat pentru cercetări ulterioare. De asemenea, se impune conceptul de conservarea pe termen lung. Cum săpătura este asociată cu distrugere, luarea unei decizii de intervenție trebuie bine analizată, pe sectoare cât mai restrânse. Se dorește a nu se interveni sub pamânt, la baza monumentul, această parte fiind dispusă unor cercetărilor ulterioare, prin metode mai avansate. Se încurajează cercetarea prin metode nedestructive. Carta de la Lausanne precizează că reconstituirile trebuie să poată fi identificate ca atare, pentru a nu periclita substanța istorică. Monumentele arheologice se pot prezenta publicului prin reconstituiri parțiale/complete, doar dacă istoria nu este compromisă.
Convenția de la La Valetta propune o definiție asupra patrimoniului arheologic prin care nu se poate stabili o delimitare clară între patrimoniul arheologic și patrimoniul arhitectural. Prin aceasta se întelege corelarea unei cercetări arheologice cu cercetarea de arhitectură. În această convenție se enunță necesitatea formării unui domeniu juridic de protecție în care sa fie inclusă o lista a patrimoniului prin clasificarea monumentelor, precum și a zonelor protejate și care sa dispună măsuri de ocrotire, garantare a valorii științifice a cercetărilor și control a eventualelor lucrări necesare prin utilizarea unor metode de investigație nedistructive și impunerea unor măsuri corespunzătoare pentru conservare. În cazul unor amenajări în vederea primirii unui număr de vizitatori, se are în vedere ca deschiderea publică să nu aducă prejudicii caracterului arheologic și științific. Se stipulează demararea unor acțiuni pentru luarea la cunoaștiință a valorii patrimoniului arheologic și promovarea acestora.
Prevederile specificate în Conveție nu tratează toate problemele care rezultă în urma cercetărilor arheologice, datorate unor împrejurări existente complexe. De asemenea, acestea nu au particularități diferite pentru fiecare țară din Europa.
Au fost inventariate și clasificate clădirile de patrimoniu de pe teritoriul tării noastre. De asemenea, în funcție de așezare, au fost determinate și analizate cauzele de degradare, formându-se o idee generală despre starea tehnică a acestora.
Figura 1.3.1 – Distribuția clădirilor de patrimoniu arhitecural pe teritoriul național, suprapusă peste zonarea valorilor de vârf ale accelerației terenului pentru proiectare, pentru cutremure având IMR=100ani (Lungu și Arion, 2012)
1.3 PRINCIPII ÎN RECONSTRUIREA VESTIGIILOR ISTORICE
Prin enunțarea principiilor de bază în vederea restaurării este permisă examinarea și determinarea unor moduri de conservare și restaurare. De-a lungul timpului s-au executat diferite tipuri de intervenție asupra vestigiilor, și anume:
consolidarea;
marcarea pe teren a fundațiilor construcțiilor dispărute;
integrarea unor părți distruse asupra cărora există date certe;
acoperirea cu construcții de protecție;
alegerea unor elemente lăsate vizibile.
Reconstituirea unui sit arheologic reprezintă un caz particular și se tratează diferit, individual, de lacaz la caz. În practica restaurării monumentelor arheologice, în România pot fi amintite diferite exemple de realizări, unele reușite, iar altele contestabile:
Conservarea ruinelor scoase la lumină prin săpături, ridicând în anumite locuri elevația, prin marcarea porțiunilor refăcute (exemplu: ruinele unor vechi mânăstiri din Humor sau Moldovița);
Ridicarea unor porțiuni de zidărie, reconstituirea bolților unor încăperi cu materiale moderne (exemplu: cetățile Neamț, Suceava, Curtea Domnească din Târgoviște);
Completarea paramentului, aflat într-o stare de conservare precară și într-un proces de degradare accentuat, înălțarea elevației pe anumite porțiuni (exemplu: cetatea Poenari);
Conservarea vestigiilor descoperite în interiorul unor construcții, corspunzătoare unor necesități funcționale actuale (exemplu: ruinele casei domnești din timpul lui Ștefan cel Mare, pe latura de sud a incintei mânăstirii Putna);
Conservarea ruinelor prin săpături, sub un planșeu de beton (exemplu: descoperirile în centrul orașului Iași);
Aplicarea anastilozei, acoperirea cu o construcție de protecție, deocamdată încă provizorie și degradată (Basarabi);
În unele cazuri, în urma soluțiilor de consolidare a unor edificii, vestigii importante au fost acoperite cu planșee de beton (exemple: Suceava, biserica Mirăuți, prima biserică a Mitropoliei Moldovei; Sighișoara, “casa cu cerb”, locuință de lemn din sec. XIII).
Este un subiect disputat principiul de reconstruire pe vechea fundație a unei construcții pentru care nu există suficiente date, doar pe baza unor analogii (exemple: Târgoviște – în urma unor săpături, pornind de la fundațiile descoperite, poarta Bucureștilor a fost reconstituită integral; Curtea de Argeș – pe fundațiile păstrate s-a ridicat clopotnița, în fața bisericii domnești).
Există unele păreri diferite cu privire la tipul de intevenție cel mai potrivit a fi folosit – restaurare, reconstruire, conservare, consolidare. Însa, trebuie avute în vedere unele principii ca fiind de bază: necesitatea întocmirii unui studiu istoric sau arheologic aprofundat care precede orice intervenție, rigoarea în respectarea autenticității vestigiilor, accesul publicului să nu dăuneze calitatea sitului sau a monumentului.
CAPITOLUL 2: EVALUAREA CLĂDIRILOR MONUMENT ISTORIC
2.1 GENERALITĂȚI
Examinarea unei construcții existente și proiectarea intervențiilor necesare pentru punerea ei în siguranță în raport cu acțiunea unor viitoare curemure trebuie să aibă în vedere urmatoarele aspecte:
Asigurarea unei concepții constructive de ansamblu favorabile, care să ducă la un răspuns avantajos al structurii în cazul acțiunii seismice;
Verificarea prin calcul a structurii de rezistență:
verificări de rezistență – determinare capacității portante;
verificări de rigiditate – limitarea deformațiilor laterale la forțe orizontale;
verificări de ductilitate – dezvoltarea deformațiilor post-elastice , fără ca structura să intre în colaps;
Alcătuirea în detaliu a elementelor structurale și a înmbinărilor dintre ele.
În urma multor expertize tehnice efectuate asupra clădirilor din România reiese faptul că marea majoritate dintre ele nu prezintă capacitatea de rezistență suficientă pentru preluarea forțelor seismice orizontale, precum construcțiile noi. De asemenea, multe dintre cele asupra cărora sunt necesare intervenții sunt intr-o stare avansată de degradare, cu funcționalitate necorespunzatoare.
Marea majoritate a cladirilor existente de patrimoniu sunt structuri cu pereți din zidărie portantă, neconsolidată cu elemente de beton armat. În cazul construcțiilor noi cu structură alcătuită din ziduri portante de cărămidă, acestea nu se mai realizează în zonele seismice fără astfel de consolidări.
2.2 CAUZELE DEGRADĂRILOR ȘI AVARIERII CLĂDIRILOR
Pentru determinarea intervențiilor asupra unei structuri este necesară identificarea cauzelor degradărilor și avariilor constatate, etapă esențială pentru înțelegerea și proiectarea corectă a unei consolidări. În cele mai multe dintre situațiile analizate, aceste cauze se pot clasifica în: cauze inițiale, degradarea în timp a materialelor, degradarea capacității portante a terenului de fundare, acțiunea seismică, acțiuni excepționale.
2.2.1 Cauze inițiale
În mod surprinzător, sunt des întâlnite cazurile în care avariile ce duc la deteriorarea/degradarea clădirilor se datorează deficiențelor de concepție/proiectare sau a celor de execuție. În acest sens, se poate menționa cazul Bisericii Banu din Iași, unde apariția unei crăpături în structura de rezistență care se vede pe toată înălțimea peretului, începând de la baza lui și trecând în sus, în sens vertical, până la marginea bolții superioare din centrul bisericii și chiar pe o porțiune din boltă, este o consecință a înălțării turnului clopotniță cu 3 m, în anul 1891, fără asigurarea unor măsuri structurale suplimentare. Un alt exemplu este dat de Biserica Cobia, unde prăbușirea atât a turlei naosului, cât și a celor trei turle ale pronaosului s-a datorat unui defect inițial de trasare, coroborat cu acțiunea seismică. La Biserica din Gherghița, prăbușirea cupolei s-a datorat, probabil, ridicării acesteia pe patru arce prea mult lăsate în consolă, ceea ce a condus încărcările turlei în mod greșit în zidurile de sprijin.
2.2.2 Degradarea în timp a materialelor
Procesele de degradare a materialelor se datorează unor procese de natură fizică, chimică sau biologică. Acestea se pot manifesta în diferite feluri. Pe lângă fenomenul natural de îmbătrânire a materialului, se manifestă și procese de degradare treptate datorate diversității factorilor de mediu (umiditate, variații de temperatură, agenți agresivi din mediu – cloruri, sulfați, acțiunea îngheț-dezgheț). Modalitatea de acțiune a acestor fenomene asupra materialelor poate fi permanentă, periodică sau chiar concomitentă. La clădirile existente, incompatibilitatea între materialele originare și cele introduse prin intervenții ulterioare, de o calitate slabă și fără măsuri de asigurare a unui strat suport viabil (cele mai multe fiind aplicate direct pe tencuiala existentă) au dus la degradări considerabile, în special la fațadele clădirilor de patrimoniu.
2.2.3 Degradarea capacității portante a terenului de fundare
Sunt numeroase cazurile în care avariile la structurile de rezistență se datorează degradării terenului de fundare. Modalitățile de cedările pot fi prin translație verticală, translație orizontală sau rotație. Deformațiile terenului de fundare pot fi provocate de distribuții neuniforme ale presiunilor pe talpa fundației, neuniformități ale caracteristicilor terenului de fundare, variații ale încărcărilor aplicate transmise de la suprastructură, variații ale condițiilor de umiditate ale terenului de fundare, acțiuni dinamice în teren.
2.2.4 Acțiunea seismică
Acțiunea seismică reprezintă cea mai însemnată cauză de degradare și avariere a monumentelor istorice, importantă și datorită efectului prezent și în continuă desfășurare asupra structurii. Clădirile de patrimoniu au fost construite, în general, cu mulți ani în urmă, având la bază cunoștințe minime și o concepție primitivă raportată la cunoștiințele actuale, limitându-se la preluarea încărcărilor gravitaționale. Sistemul structural, prezent în numeroase cazuri, este constituit din zidărie de cărămidă cu forme diverse în plan, pereți masivi cu o greutate considerabilă. Aceștia formează o structură rigidă care, în cazul acțiunii seismice, este supusă unor forțe tăietoare și momente mari ce pot duce la pierderea echilibrului static a unei părți componente sau chiar a întregii structuri.
Cel mai puternic cutremur din zona Vrancea a avut loc în anul 1802, caracterizat printr-o intensitate de 7,9-8 grade pe scara Richter și o durată de 2 minute și 30 de secunde. Astfel, multe clădiri de patrimoniu din București au fost avariate (prăbușirea a două turle a Bisericii Elefterie, prăbușirea parțială a turnului Colțea) sau distruse (Biserica Sfântul Nicolae, Biserica Sfântul Spiridon, Mănăstirea Cotroceni). De asemenea, în urma producerii cutremurului, în multe zone din oraș a apărut fenomenul de lichefiere [7]
Un alt cutremurul a fost înregistrat în anul 1940, cu o magnitudine de 7,6 grade pe scara Richter și o durată de 45 de secunde. Efectele devastatoare s-au înregistrat în centrul și sudul Moldovei și în Muntenia. A prezentat avarii turla clopotniței Bisericii Sfântul Nicolae (Banu) din Nicorești, județul Galați. Mănăstirile din județul Bacău: Bogdana, Rădeana, Răchitoasa au avut fisuri mari în zidurile de incintă. De asemenea, turla Pantocrator a Bisericii Sfântul Nicolae (Banu) din Nicorești, a fost complet distrusă, împreună cu numeroase biserici din județul Vaslui.
Cel mai recent seism a avut loc la data de 4 martie 1977, cu o intensitate de 7,2 grade pe scara Richter și o durată de 55 de secunde. Acesta a avut efecte considerabile asupra solului prin crăpături și lichefieri în nord-estul Munteniei, sudul și centrul Moldovei și alunecări de teren pe Valea Prahovei. Cutremurul a afectat o serie de monumente de arhitectură din București, cum ar fi fostul sediu al Uniunii Artiștilor Plastici (Casa arhitect Grigore Cerchez), Biserica Enei. Clădirea conacului de la Solești, județul Vaslui, a fost puternic deteriorat, fiind avariate zidurile exterioare, în special parterul clădirii, terasele și acoperișul. Cutremurul au provocat fisuri majore în zidurile bisericii Bisericii Sfântul Nicolae (Banu) din Nicorești, județul Galați și degradări mari la Biserica Sf. Dumitru, comuna Cașin, Biserica din comuna Traian, ș.a., precum și prăbușirea parțială a Bisericii din Vălenii de Munte.
2.2.5 Acțiuni excepționale
De-a lungul existenței unui monument istoric, în afara acțiunii seismice înregistrate în zona amplasamentului imobilului, pot interveni și unele acțiuni excepționale, imprevizibile, care pot fi duce la degradări structurale importante. Acestea au ca factor declanșator acțiunea umană (incendii, bombardamente datorită amplasarea clădirii în zone de conflict/război) sau înregistrarea unor fenomene meteorologice extreme (uragan, inundații, alunecări de teren, avalanșe, erupții vulcanice ș.a.). De exemplu, în cazul bisericii Maria Radna din Lipova, lăcașul inițal, ridicat în anul 1520, a fost distrus de două ori: sub ocupația turcească și de un incendiu. Un alt exemplu se referă la Biserica Sfântul Nicolae din Cracovia, când lăcașul de cult a fost incendiat și distrus până la temelie de invadatori.
2.3 EVALUAREA CLĂDIRILOR
2.3.1 Date generale
Proiectul de reabilitarea a structurii de rezistență a clădirilor monument istoric pornește cu o diagnoză precisă și de actualitate a imobilului. O intervenție corectă are ca scop minimalizarea lucrărilor modificatoare, cu păstrarea naturii istorice a arhitecturii.
Expertul tehnic decide asumat gradul de complexitate în faza de elaborare a proiectului de interventie asupra unor clădirii existente, prin identificarea degradărilor, iar în timpul desfășurării investigațiilor, se poate adopta o adâncire a acestora.
Factorii decisivi în stabilirea complexității investigațiilor sunt:
tipul și caracteristicile structurii analizate;
importanța structurii (încadrarea monumentelor istorice în categoriile de importanță se face considerându-se un coeficient de unicitate);
natura și complexitatea degradărilor (fisuri, modificări, defecte);
dispoziția mijloacelor tehnice (evaluarea nivelului de asigurare exact se face prin investigații complexe care presupune un cost mai ridicat).
2.3.2 Stabilirea obiectivelor de performanță
Termenul de „monument istoric” reprezintă o construcție cu o „valoare culturală” importantă. Reglementările cuprinse în M.P. 025-04 – Metodologie pentru evaluarea riscului și propunerile de intervenție necesare la structurile construcțiilor monumente istorice în cadrul lucrărilor de restaurare ale acestora evidențiază necesitatea unei garanții privind conservarea, fără a afecta caracteristicile arhitecturale, tipologice și de material proprii. În acest sens, criteriile de performanță necesare în procesul de reabilitare a structurii se asigură prin definirea cerințelor generale. [8]
2.3.3 Etapele evaluării
Evaluarea procesului de restaurare presupune trei etape:analiza, diagnoza și intervenția.
În prima etapă (analiza) are loc analiza construcției, prin strângerea de informații legate de istoricul clădirii, detalii constructive, solicitări, starea de degradare/avariere. Aceasta se realizează prin trei metode de bază:
– consultarea unor documente relevante cu privire la obiectiv (acolo unde acestea există și sunt disponibile);
– investigarea vizuală a amplasamentului, a obiectivului, al construcțiilor învecinate;
– măsurători în situ și încercări de laborator.
În această etapă se identifică mecanismul specific de avariere și se pot contura cauzele care au declanșat avariile constatate. Tot în această primă etapă se formulează ipotezele de lucru și se trasează viitoarele etape de lucru.
În a doua etapă (diagnoza) se prelucrează informațiile din prima etapă pentru stabilirea cauzelor perturbatoare, evaluarea siguranței sau a modului de intervenție asupra structurii. Aceasta se compune din două faze distincte: evaluarea calitativă și evaluarea prin calcul. In P100-3/2008 evaluarea calitativă este cuantificată prin intermediul a doi indicatori R1 și R2 care reprezintă gradul de alcătuire a condițiilor de alcătuire seismică, respectiv gradul de afectare structurală. Aplicarea prevederile acestui cod, deși sunt destinate și monumentelor istorice, poate conduce la rezultate departe de adevăr datorită diferențelor semnificative între condițiile de alcătuire structurală și particularităților structurilor. Reglementarea M.P. 025-04 definește 5 grade de afectare, în funcție de caracteristicile și extinderea degradărilor și avariilor. Reglementarea definește termenii „degradare” și „avarie”. Degradarea reprezintă efectul acțiunilor din mediul înconjurător și nu reduce în mod semnificativ capacitatea de rigiditate a ansamblului structurii. Avaria reprezintă pierderea semnificativă/totală a stabilității. Evaluarea prin calcul a structurilor de rezistență ridică dificultăți datorită gradului mare de nedeterminare statică, geometrie complexă, definirea materialelor cu secțiuni și proprietăți diferite, variații de secțiuni, rigidități, mase și amortizări.
A treia etapă (intervenția) stabilirea metodelor de intervenție, realizarea proiectului de execuție, urmărirea și controlul acestuia. Acesta reprezintă o concluzie finală în urma etapei de diagnoză. Ansamblul lucrărilor de intervenție trebuie să satisfacă cerințele de rezistență și stabilitate și să se încadreze în prevederile specifice monumentelor istorice.
2.4 EVALUAREA SEISMICĂ A UNEI CONSTRUCȚII EXISTENTE CONFORM CODULUI DE PROIECTARE P100-3/2008
Pentru determinarea stării tehnice a unei structuri este necesară evaluarea acesteia și formarea unor concluzii cu privire la capacitatea portantă a imobilului. Aceaste operații sunt descrise detaliat într-un raport de expertiză tehnică.
Evaluarea performanțelor seismice a unei clădirii existente este reglementată, în prezent, prin normativul P100-3/2008 – Cod de evaluare seismică a clădirilor existente. Prevederile prezentului cod pot fi aplicate și pentru evaluarea seismică a monumentelor și clădirilor istorice, în cazul în care acestea nu contravin conceptelor, abordărilor și procedurilor specifice cuprinse în documentele normative în vigoare în acest domeniu.
Evaluarea seismică a clădirilor existente urmărește să stabilească dacă aceasta satisface cerințele fundamentale (nivelurile de performanță), luate în considerare la proiectarea construcțiilor noi. Aceasta constă într-un ansamblu de operații care trebuie sa stabilească vulnerabilitatea acestora în raport cu cutremurele caracteristice amplasamentului.
Cerințele fundamentale, împreună cu stările limită asociate, cuprind:
Cerința de siguranță a vieții – starea limită ultimă SLU
Cerința de limitare a degradărilor – starea limită de serviciu SLS
Cerința de siguranță a vieții (SLU) presupune calculul capacitatății elementelor, care se determină pe baza:
deformațiilor admise, dacă verificarea se face în termeni de deplasare;
rezistențelor, în cazul în care verificarea se face în termeni de rezistență.
Cerința de limitare a degradărilor presupune verificarea structurilor și a componentelor nestructurale (SLS), care se face în termeni de deplasări relative de nivel.
Evaluarea presupune colectarea informațiilor referitoare la geometria structurii, sistemul structural ales, modul de conlucrare a elementelor structurale componente, calitatea execuției și a materialelor utilizate, starea de afectare fizică a imobilului. Scopul aceastei acțiuni este de a stabili necesitatea intervențiilor structurale și, eventual, măsurile de consolidare necesare pentru o anume construcție.
Colectarea datelor se pot obține din surse, precum:
documentația tehnică a construcției (proiectare/execuție);
normativele în vigoare la data realizării construcției;
investigații pe teren prin măsurători pe amplasament;
teste in situ/în laborator.
În funcție de cantitatea și calitatea informațiilor obținute, legate de geometria structurii, alcătuirea elementelor structurale/nestructurale, materialele utilizate, se pot determina trei niveluri de cunoaștere:
KL1 – Cunoaștere limitată
KL2 – Cunoaștere normală
KL3 – Cunoaștere completă
Prin cunoașterea limitată (KL1) se presupune:
Caracteristicile geometrice sunt cunoscute prin efectuarea unui releveu sau din planurile proiectului;
Nu există documentația tehnică de execuție al structurii; în această situație se propune execuția unor sondaje în unele elemente considerate concludente;
Nu există informații cu privire la caracteristicile materialelor utilizate.
Prin cunoașterea normală (KL2) se presupune:
Caracteristicile geometrice sunt cunoscute prinr-un releveu extins sau din planurile originale ale proiectului și ale eventualelor modificări;
Detaliile sunt cunoscute printr-o analiză extinsă pe teren sau printr-un set incomplet de planuri de execuție;
Caracteristicile materialelor sunt cunoscute prin teste executate în teren sau specificațiile din proiectul tehnic.
Prin cunoașterea completă (KL3) se presupune:
Caracteristicile geometrice sunt cunoscute prinr-un releveu complet sau din proiectul original complet, împreună cu modificarile ulterioare, unde este cazul;
Detaliile sunt cunoscute printr-o inspecție completă pe teren sau printr-un set complet de planuri de execuție;
Caracteristicile materialelor sunt cunoscute prin teste executate în teren sau prin documentele originale complete din proiectul tehnic.
Prin stabilirea nivelului de cunoaștere se cunoaște metoda de calcul si valoarea factorului de incredere (CF). Aceștia vor fi folosiți la corectarea caracteristicilor de material utilizate în calculul capacității elementelor structurale. Pentru un nivel de inspecție superficial al detaliilor, inferior nivelului limitat, se vor utiliza factori CF măriți (orientativ, CF = 1,5 … 2, în funcție de nivelul informației disponibile).
Procesul de evaluare se grupează în doua mari categorii:
Evaluare calitativă
Evaluare cantitativă (prin calcul)
Evaluarea calitativă
Evaluarea calitativă urmărește să stabilească măsura în care regulile de conformare generală a structurilor și de detaliere a elementelor structurale sunt respectate în structurile analizate. Natura deficiențelor de alcătuire și întinderea acestora reprezintă criteria esențiale pentru decizia de intervenție structurală și a soluțiilor de consolidare.
Principalele componente ale evaluării calitative privesc următoarele categorii de condiții, descrise în subcapilolele 5.2 – 5.8 din P100-3/2008:
condiții privind traseul încărcărilor – existența unui sistem structural continuu și suficient de puternic care să asigure un drum (traseu) neîntrerupt, cât mai scurt, în orice direcție, al forțelor seismice, până la terenul de fundare;
condiții privind redundanța – atingerea efortului capabil într-unul din elementele structurii sau în puține elemente nu expune structura unei pierderi de stabilitate;
condinții privind configurația clădirii – abaterile de la condițiile de compactitate, simetrie și regularitate;
condiții privind interacțiunea structurii cu alte construcții sau elemente:
distanța față de construcțiile învecinate;
condiții referitoare la supante (planșee adăugate ulterior, între nivelurile curente);
condiții referitoare la componente nestructurale.
condiții de alcătuire specifice diferitelor categorii de structuri;
condiții pentru diafragmele orizontale al clădirilor;
condiții pentru infrastructură și terenul de fundare.
Evaluarea cantitativă
Evaluarea prin calcul presupune verificarea cerințelor stărilor limită, în cazul acțiunii seismice, a construcțiilor existente, prin metodologii de evaluare.
Metodele de calcul propuse sunt:
calcul la forță laterală static echivalentă;
calcul modal prin utilizarea spectrelor de răspuns;
calcul static neliniar;
calcul dinamic neliniar.
Pentru calculul cerinței seismice se impune:
– spectrul de proiectare dat în P 100-1/2006, 3.2.2.2, scalat pentru valorile accelerațiilor terenului, stabilite pentru diferitele stări limită.
– factorul de comportare, q, stabilit așa cum se arată 6.7.2 și 6.8.4, corespunzator nivelului metodologiei utilizate.
– acțiunea seismică de proiectare se combină cu alte acțiuni permanente și variabile, așa cum se arată în CR0 – 2005. Combinarea efectelor componentelor acțiunii seismice se face pe baza prevederilor din P 100-1/2006.
Verificările elementelor structurale constau în verificarea condiției ca cerința seismică să fie mai mică, la limita egală, cu capacitatea elementului. Verificarea se face în termeni rezistență sau deformații, în funcție de tipul metodei și natura cedării elementului. Modul concret de realizare al verificărilor se indică pentru fiecare din metodologiile prevazute in cod.
La evaluarea capacităților, valorile caracteristicilor materialelor se afectează cu valorile coeficienților CF, corespunzător nivelului de cunoaștere a construcției examinate. [9]
Există 3 tipuri de metodologii de evaluare:
Metodologia de nivel I
Metodologia de nivel II
Metodologia de nivel III
Metodologia de nivel I
Metodologia de nivel 1 are în vedere în mod prioritar stabilirea gradului de siguranță a elementelor vertical pereți și stâlpi esențiali pentru stabilitatea construcției. Ea se poate aplica în următoarele cazuri:
Construcții care aparțin categoriei de importanță și expunere III, în urmatoarele cazuri:
Construcții regulate în cadre din beton armat, cu sau fără pereți de umplutură din zidărie cu până la 3 niveluri, amplasate în zone seismice cu valori ag ≤ 0,12g;
Construcții cu pereți structurali din zidărie de cărămidă;
Construcții cu pereți structurali deși de beton armat monolit (sistem figure) cu până la 5 niveluri, amplasate în orice zonă seismică;
Metodologia de nivel 1 implică verificări ale criteriilor de alcătuire corectă și verificări simplificate ale stării de eforturi.
Evaluarea calitativă a construcției se face pe baza criteriilor de conformare, de alcătuire și de detaliere a construcțiilor. Lista de condiții este cuprinsă în anexele specifice structurilor din materiale diferite. Rezultatele evaluării calitative se înscriu într-o listă care arată măsura în care construcția și elementele ei satisfac criteriile de alcătuire corectă.
Evaluarea cantitativă se face prin metode rapide de calcul structural și presupune determinarea stării de eforturi ca efect al acțiunii seismice în elementele esențiale structurii. Verificările se fac numai la starea limită ultimă. Evaluarea efectelor acțiunii seismice de proiectare (eforturi si deformații) se face considerând structura încărcată cu o forță laterală echivalentă. Forța tăietoare de bază într-o direcție orizontală a clădirii și forțele orizontale de nivel se calculează conform codului de proiectare P100-1/2013.
Valoarea factorului de comportare al structurii (q) se determină în funcție de natura structurii și a materialului din care este realizată, cu valori în intervalul 1,5…4,0.
Estimarea nivelului de siguranță al elementelor orizontale se face în special prin procedeele evaluării calitative.
În situația în care verificările de rezistență nu sunt satisfăcute, este recomandabilă aplicarea unei metodologii de nivel superior. Aplicarea măsurilor de intervenție nu se bazează pe rezultatele metodologiei de nivel I, cu excepția clădirilor la a căror proiectare nu s-a urmărit realizarea unui sistem structural pentru preluarea forțelor orizontale.
Metodologia de nivel II
Metodologia de evaluare de nivel II se aplică la clădirile la care nu se poate aplica metodologia de nivel I și implică:
Evaluarea calitativă constă în verificarea listei de alcătuire structurală, în funcție de anexele corespunnzătoare structurilor din diferite materiale;
Evaluarea cantitativă este bazată pe un calcul structural elastic și factori de reducere diferențiați pe tipul de elemente și tipul de rupere.
Valorile coeficienților de reducere, pentru verificarea elementelor structurale din beton armat, în funcție de modul potențial de rupere, ductil sau mai puțin ductil, sunt date in tabele B.4 Cod P100-3/2008.
Definirea comportării ca fiind ductilă sau neductilă se face la elementele din beton armat, în funcție de:
Procentul de armare, pentru armătura întinsă și cea comprimată, procentul de armare maxim corespunzător punctului de balans;
Forța axială adimensionalizată;
Înălțimea adimensională a zonei comprimate.
Efectele cutremurului sunt aproximate printr-un set de forțe convenționale (pseudoforțe) aplicate construcției. Mărimea forțelor laterale este stabilită astfel încât deplasările (deformațiile) obținute în urma unui calcul să aproximeze deformațiile impuse structurii de forțele seismice.
Calculul structural în domeniul elastic poate utiliza una din cele două metode curpinse în codul de proiectare seismică: metoda forțelor statice echivalente sau metoda de calcul modal cu spectre de răspuns.
Metodologia de nivel III
Metodologia de nivel III este o metodologie complexă se aplică la construcții importante, la care se dorește o evaluare mai precisă a performanțelor seismice ale construcției. În prealabil, construcțiile au fost supuse inițial și verificării prin metodologia de nivel II.
Metodologia de nivel III implică evaluarea calitativă care constă în verificarea listei complete de condiții de alcătuire structurală cuprinsă în anexele corespunzătoare structurilor din diferite materiale (operațiune efectuată odata cu aplicarea anterioară a metodologiei de nivel II) și o evaluare prin calcul care ia în considerare în mod explicit comportarea inelastică a elementelor structurale sub acțiunea cutremurelor severe.
Evaluarea seismică a unui imobil se face doar de către ingineri cu competență și cu atestat oficial în domeniu – experți tehnici.
În urma analizării și evaluării clădirii, concluziile emise în urma rezultatelor obținute, împreună cu descrierea eventualelor metodelor de consolidare structurală adoptate sunt cuprinse în raportul de evaluare – expertiza tehnică. [10]
CAPITOLUL 3: METODE DE CONSOLIDARE
3.1 SISTEME CONSTRUCTIVE FOLOSITE
3.1.1 Structuri cu pereți portanți din zidărie de cărămidă, realizate în perioada 1890-1977
În perioada 1890-1920 nu se aplicau norme prestabilite cu privire la corespondența între rigiditatea elementelor verticale și distribuția în plan a maselor. Astfel, multe structuri au avut probleme din acest punct de vedere.
Majoritatea planșeelor au fost realizate din lemn, cu grinzi dese și tavan suspendat. La planșeele peste subsol s-a adoptat soluția cu grinzi metalice și bolțișoare de zidărie aparentă. La acțiunea forțelor seismice orizontale, sistemele folosite nu asigură o conlucrare spațială între zidurile portante, ci fiecare lucrează independent. De asemenea, în ambele cazuri, încărcările gravitaționale transmise de planșee la pereți sunt încărcări unidirecționale. O mare parte a încărcărilor gravitaționale sunt preluate de pereții dispuși pe una din direcții, iar pereții paraleli cu grinzile planșeelor preiau încărcări reduse.
În cazul consolidării unei construcții prin care se dispune înlocuirea planșeelor de lemn/cu grinzi metalice prin realizarea unor planșee din beton armat, trebuie verificat prin calcul ansamblul pereților portanți în situația de după consolidare, datorită efectelor de torsiune generală sub acțiunea forțelor seismice.
În exploatarea curentă a construcțiilor, în pereții portanți din ziărie de cărămidă s-au dispus în mod necontrolat goluri de ferestre sau uși cu dimeniuni mari, care au micșorat capacitatea acestora de a prelua încărcări. De asemenea, au mai fost afectați de supraetajări care duc la mărirea solicitărilor de compresiune în pereți și angrenarea unei mase structurale considerabile, pe amsamblu, în preluarea eforturilor laterale din acțiunea forțelor seismice. În cazul extinderilor în plan a construcțiilor cu structuri noi, deseori diferite de cele inițiale, fără a exista rosturi între acestea, s-au înregistrat avarii prin desprinderi sau fisuri verticale sub acțiunea cutremurelor. Situații de evitat în proiectarea curentă și detectate în cazul construcțiilor vechi au fost necorespondența pe verticală a poziției pereților portanți/de rigidizare sau lipsa țeserii zidăriilor la intersecții.
Construcțiile cu ziduri portante din zidărie de cărămidă și planșee din plăci prefabricate din beton armat nu au fost grav afectate de seism. Unele avarii au apărut la zidurile paralele cu direcțiile plăcilor prefabricate.
3.1.2 Structuri din grinzi și stâlpi din beton armat, realizate în perioada 1920-1940
Sistemul constructiv alcătuit din grinzi și stâlpi din beton armat a fost folosit la multe clădiri realizate în perioada interbelică.
Prin termenul de ”structură în cadre” se înțelege un ansamblu de grinzi și stâlpi care prezintă calități specifice în preluarea încărcărilor gravitaționale și a solicitărilor seismice după orice direcție în plan. La construcțiile realizate în această perioadă s-a constatat adoptarea unor secțiuni foarte reduse pentru elementele structurale din beton armat, în special a stâlpilor (cele mai importante elemente care asigură rezistența, ductilitatea și rigiditatea structurii la acțiuni seismice). De asemenea, în execuția structurilor s-au folosit betoane de clasă inferioară C6/7,5, C8/10. Datorită acestor neajunsuri referitoare la rezistență și ductilitate, structurile cu grinzi și stâlpi din beton armat realizate în această prioadă nu sunt considerate că fac parte din categoria structurilor în cadre.
Această categorie de clădiri a fost cea mai afectată în urma cutremurului din 1977. În principiu, acestea nu sunt considerate capabile să preia forțe orizontale seismice. Totuși, au rezistat celor două seisme majore din anii 1940 și 1977 datorită aportului pereților nestructurali de zidărie, prin dimensionare suficientă și dispunere favorabilă în plan.
Măsurile de intervenție necesare pentru construcțiile respective ar trebui să consolideze partea structurală care a contribuit la preluarea solicitărilor seismice. Nu se face referire la grinzile și stâlpii din beton armat, ci la întărirea pereților nestructurali din zidărie prin care să fie schimbată și asigurată funcția de pereți structurali. Consolidarea lor de realizează prin placarea cu beton armat sau înlocuirea/completarea cu pereți structurali din beton armat.
3.1.3 Structuri în cadre din beton armat, realizate în perioada 1950-1977
Clădirile cu structura în cadre din beton armat, realizate în perioada postbelică (1950-1977) s-au caracterizat prin:
Respectarea unor concepte constructive generale;
Folosirea ansamblului de cadru (conlucrarea grindă-stâlp);
Utilizarea unor betoane de clasa mai mare (cel puțin C12/15, iar pentru clădiri înalte C16/20);
Verificarea structurilor prin calcul la acțiunea seismică, conform normativelor în vigoare la acea perioadă.
Deficiențele structurilor construite în această perioadă rezultă din faptul că forțele seismice de cod la care au fost verificate au valori foarte scăzute și din lipsa conceptului de verificare la deplasări relative de nivel, rezultând structuri prea flexibile.
S-au înregistrat următoarele avarii:
La riglele de cadru: formarea zonelor plastic la capetele riglelor pentru ambele tipuri de momente (positive și negative), deformarea remanentă a armăturilor la partea inferioară pe reazeme;
La stâlpi: fisuri in zona de deasupra zonei plastic de la extermitatea inferioară, fisuri vericale, cedări prin fisurare/dizlocare în secțiuni înclinate la forță tăietoare;
La cadre cu zidărie: fisuri vertical, fisuri înclinate;
În cazul lipsei unei greșeli majore în faza proiectare sau de execuție, deficiențele înregistrate constau în îndeplinirea unui grad de asigurare insuficient prin prescripțiile după care au fost proiectate:
Valori mici ale forțelor seismice;
Realizarea unor structure flexibile datorită lipsei unor evaluări referitoare la deplasările relative de nivel.
O îmbunătățire a comportării la acțiunile seismice s-a constatat s-a realizat prin prezența pereților structurali, în cea mai mare parte din zidărie de cărămidă.
3.1.4 Structuri cu pereți structurali din beton armat, realizate în perioada 1950-1977
În urma cutremurului din anul 1977, doar două tronsoane de bloc s-au prăbușit. În afară de acestea, structurile alcătuite din pereți structurali au avut o comportare satisfăcătoare la preluarea acțiunilor seismice.
Principalele deficiențe înregistrate au fost:
Elemente verticale: apariția fisurilor la 45ș înclinate în zona centrală a pereților, de unde se deduce faptul că aceștia nu au fost suficient proiectați pentru asigurarea unei bune rezistențe la forță tăietoare;
Rigle de cuplare: fisuri înclinate pronunțate;
Pereți: fisuri verticale pe zona de capăt a acestora, prin insuficiența preluării eforturilor de compresiune.
În realitate, momentele capabile preluate de pereți au fost superioare celor calculate după prescripțiile anterioare
3.2 METODE DE CONSOLIDARE CLASICE
3.2.1 Condolidarea planșeelor
Planșeele clădirilor monument istoric, în funcție de stilul constructiv abordat și perioada în care a fost construit, pot fi din lemn, profile laminate (metal), bolți din piatră sau cărămidă și beton armat.
Lucrări de consolidare la planșee, alcătuite din diferite mateiale, sunt:
Înlocuirea planșeelor de lemn de la nivelurile supraterane cu planșee din beton armat;
Aceasta masură imbunătățește modul de alcătuire și de comportare a construcției, în ansamblu, printr-o conlucrare spațială între pereții portanți. Astfel, se va asigura o mai bună redistribuire a eforturilor produse de forțele seismice orizontale între șpaleții de zidărie și se creeaza o ancorare mai bună între pereți și planșeu.
În cele mai multe dintre cazuri, grinzile de lemn existente sunt într-o stare avansată de degradare și dau o senzație de insecuritate.
Este recomandat ca grosimea planșeelor noi sp aibă grosimi minime și procente de armare majorate, pentru a micșora diferența de greutate față de planșeul din lemn.
Introducerea de tiranți metalici sub nivelurile planșeelor;
În cazul în care structura cu pereți din zidărie de cărămidă este prevăzută cu un planșeu de lemn care se dorește a se păstra, este necesară introducerea tiranților metalici sub nivelurile planșeelor, pentru a se asigura o mai bună ancorare a pereților exteriori în ansamblul clădirii.
Figura 2.3.1.6 – Consolidarea planșeelor cu tiranți metalici
Introducerea unor pile de ziărie pentru consolidarea cheilor arcelor, introducerea la intradosul arcelor a unor elemente structurale din beton armat, elemente metalice, tiranți metalici;
Avarierea arcelor este produsă prin dislocări în zona de nașteri și în zona de cheie. Datorită eforturilor mari în elementele structurale ale arcelor, acestea au tendința de a se lăsa pe verticală și își pierd starea de echilibru. În trecut se opta ca metodă de consolidare împănarea cu pane de stejar și etanșarea cu mortar. Această metodă de suprafață s-a dovedit ineficientă la următoarele acțiuni seismice și s-au adoptat metode de consolidare prin introducerea unor elemente structurale din zidărie, metal sau beton.
Injectarea bolților;
Pentru consolidarea bolților se stabilește gravitatea avarierii. Acestea pot prezenta fisuri, dislocări, prăbușiri parțiale/totale. După identificarea fisurilor, pe traseul lor, la extrados, se introduc ștuțuri pentru injectare, apoi se chituiește cu ipsos. Se execută injectarea cu mortar de var gras sau cu ciment cu adaosuri. În cazul dislocărilor, traseul de cărămidă se rețese, urmează operațiile de poziționare a ștuțurilor și chituirea, iar apoi injectarea, pornind din zona de naștere a bolții către cheie.
Reîntrăgirea bolților;
Această operație se execută prin rețeseri locale, utizilând materiale asemănătoare celor existente. După restabilirea continuității elementelor, extradosul bolții se cămășuiește cu mortar, beton armat sau un sistem capabil de a îmbunătății comportarea bolții.
3.2.2 Consolidarea structurilor cu pereți portanți din zidărie
Lucrări de consolidare la clădirile vechi cu pereți portanți din zidărie sunt:
Consolidarea șpaleților de zidărie prin placarea zidăriei cu beton armat pe o față sau pe ambele fețe;
Grosimea minimă constructivă pentru utilizarea unui beton torcretat este de 6 cm, iar pentru turnarea betonului în cofraje se folosesc grosimi de 8-10 cm. În cazul în care, din verificarea prin calcul reiese pereții de zidărie că sunt suprasolicitați la forță tăietoare, poate rezulta o grosime și mai mare a stratului de beton.
Armarea se poate face cu plase sudate STNB sau cu bare orizontale mai groase (φ=10…12 mm) care se prevăd, de regulă, din 6 în 6 asize de zidărie, prin orificii executate cu bormașina și umplute ulterior cu lapte de ciment.
Figura 2.3.1.1 – Armarea peretelui de zidărie cu plasă sudată
Figura 2.3.1.2 – Turnarea betonului torcretat
Introducerea de stâlpișori (sâmburi) din beton armat la capete, în cazul când sunt necesare preluarea eforturilor de întindere datorită momentelor încovoietoare
Pentru a îmbunătății legătura între zidărie și sâmbure de beton, golurile create în zidărie vor fi prevăzute cu ștrepi.
Creșterea capacității de rezistență la momentul încovoietor conduce și la o creștere a forței tăietoare asociate. Dacă în urma unui calcul a construcției în situația consolidată reiese că zidăria nu poate prelua forțele tăietoare, trebuie realizată o placare a zidăriei cu beton armat.
Un lucru mai greu de realizat în adoptarea acestei metode este asigurarea transmiterii eforturilor de întindere la baza sâmburilor prin ancorarea armăturilor lor în centuri.
Figura 2.3.1.3 – Schiță privind confinarea zidăriei
Introducerea unor pereți structurali suplimentari;
Este soluția de consolidare cea mai simplă. Este necesară legarea pereților structurali suplimentari de cei existenți prin țeserea zidăriei sau prin crearea unor sâmburi din beton armat la intersecția lor.
Lărgirea fundațiilor pereților structurali de zidărie;
Acestă metodă este aplicată în cazul în care prin calcul reiese că dimensiunea acestora este insuficientă sau prin necesitatea asigurării condițiilor de rezermare corespunzătoare, în urma cămășuirii zidăriei.
Figura 2.3.1.4 – Consolidarea fundației
Figura 2.3.1.5 – Lărgirea fundației existente
Rețeseri locale, injectări;
Avariile produse în zidurile de cărămidă sunt reprezentate de fisuri în rosturi sau distrugeri ale elementelor care alcătuiesc zidul. În cazul fisurilor, se adoptă soluția de consolidare prin injectarea acestora, metodă prin se restabilește continuitatea mortarului. În cazul ruperii cărămizilor, se propune rețeserea locală prin înlocuirea elementelor rupte ale zidăriei cu altele din același format, injectări în profunzime, incizii metalice în profunzime sau sisteme de armare locală.
Mărirea rezistențelor materialului constructiv;
Soluțiile de consolidare aplicate zidurilor ține cont de natura materialului folosit inițial, precum și natura liantului. Ductilitatea zidăriei este definită de mortarul folosit și mărimea rostului. Mortarele folosite în construirea zidăriei sunt din: din var hidraulic fără nisip, din var hidraulic cu nisip, lut cu adaos de var, var gras. Soluția folosită cel mai des la mărirea rezistențelor materialului constructiv este injectarea zonelor degradate cu lapte de var, lapte de ciment cu adaosuri (folosite la zidăriile de piatră, nu sunt indicate la zidăriile de cărămidă), mortar de var gras amestecat cu cazeinat de calciu.
3.2.3 Consolidarea elementelor din beton armat
a) injectarea fisurilor
b) placarea cu țesătură din fibră de sticlă înglobată în chit epoxidic a grinzilor fisurate
3.3 METODE NOI DE CONSOLIDARE
3.3.1 Consolidarea cu pânze din fibră de carbon
Consolidarea cu pânze din fibră de carbon se poate utiliza la structuri din beton armat, din cărămidă, metal sau lemn, pentru a crește capacitatea de preluare a încovoierii și forței tăietoare.
Avantajele folosirii pânzelor din fibre de carbon:
Asigură o performanța seismică îmbunătățită a pereților structurali din zidărie de cărămidă;
Construibuie la preluarea eforturilor de întinderea, asemenea barelor de armătură;
Contribuie la mărirea rezistenței și a ductilității stâlpilor;
Contribuire la creșterea capacității portante a elementelor;
Modificări de funcționalitate în cazul clădirilor;
Îmbunătățirea defectelor de proiectare structurală inițială a construcției;
Îmbunătățirea caracteristicilor structurale de preluare a forțelor seismice;
Aduce o îmbunătățire structurală clădirilor vechi, conformă standardelor curente.
Procedura de aplicare a pânzelor din fibre de carbon:
Pe suport de zidărie de cărămidă:
Zona aleasă pentru aplicarea pânzelor din fibre de carbon se va decoperta pe lățimea acestora, îndepărtându-se straturile vechi de zugrăveală și tencuială, până la zidăria inițială. Rosturile dintre cărămiză se vor adânci pe aproximativ 1,5 cm de la fața zidăriei, prin îndepărtarea mortarului de legătură.
Substratul de zidărie de cărămidă va fi pregătit cu mijloace mecanice, prin periere cu peria de sârmă rotativă, pentru îndepărtarea tuturor bravurilor, a resturilor de mortar și a altor neregularități ale suportului.
Se vor îndepărta praful și particulele neaderente, prin suflare cu aer comprimat sau prin aspirare cu un aspirator industrial. Suportul de cărămidă trebuie să fie în stare bună, fără acoperiri, tratamente sau particule de suprafață aplicate anterior, fără praf, impurități sau particule friabile.
Nivelarea suportului va fi efectuată prin refacerea tencuielii în sistem ud pe ud, cu mortare cimentoase. Aplicarea pânzelor se execută după minim 7 zile de la refacerea tencuielii, pe suport perfect uscat.
Reprofilarea muchiilor care se îmbracă cu pânze din fibre de carbon se va realiza la o rază minimă de 2 cm.
Referitor la planeitatea suprafeței reparate și nivelate pe care urmează a fi aplicate pânzele din fibre de carbon, aceasta nu trebuie să prezinte neuniformități mai mari de 0,5 mm. Planeitatea suprafeței va fi verificată cu o riglă metalică. Toletanța este de maxim 2 mm la 0,3 m lungime. Micile proeminențe se vor îndepărta prin sablare abrazivă sau polizare.
Este necesară verificarea rezistenței stratului suport de cărămidă. Rezistența medie la smulgere pe stratul suport de cărămidă reparat trebuie să fie de minim 0,5 N/mm2.
Pânzele se taie pe un banc de lucru la dimensiunile necesare, cu foarfeci speciale sau cutter (îndoirea materialului fiind interzisă) și se curăță pe ambele fețe cu o cârpă înmuiată în degresant, pentru îndepărtarea prafului de carbon rezultat în urma tăierii.
Pregătirea adezivului/rășinii de impregnare în vederea aplicării constă din amestecarea componentelor, în funcție de producător, cu un mixer electric cu turație joasă (maxim 600 rot/min), până la obținerea unei culori uniforme, evitând antrenarea de aer în masa amestecului.
Înainte de aplicarea pânzelor, pe stratul reparat și nivelat se va aplica cu gletiera netedă ori trafaletul un strat de aproximativ 1 cm de adeziv epoxidic, de lățime similiară cu lațimea pânzelor ce urmează a fi aplicate.
După uscarea completă a soluției de curățat (degresant) de pe cele două fețe, pânza de carbon se aplică pe poziție și se fixează pe suport prin roluire pe întreaga suprafață, executând mișcări exclusiv în lungul fibrelor cu ajutorul unei role presoare din material plastic, până la obținerea unei impregnări (laminări) uniforme cu rășină. În urma laminării, rășina iese printre fibre și se distribuie uniform pe întreaga suprafață a pânzei. Se va evita laminarea prin presare excesivă a materialului, pentru a împiedica plierea sau încrețirea pânzelor.
In cazul aplicării mai multor straturi suprapuse de pânză, între fiecare dintre acestea se va aplica câte un strat de adeziv pe stratul aplicat anterior, ud pe ud, în timp de 60 de minute de la aplicarea stratului anterior și se va repeta procedura de laminare. Dacă din varii motive aplicarea stratului următor de pânză nu poate fi făcută în cele 60 de minute, se va respecta un timp de așteptare de cel puțin 12 ore înainte de aplicarea acestuia.
Suprapunerile la capetele fâșiilor de pânză se vor face doar pe direcția fibrelor și vor fi de minim 10 cm. Pentru aplicarea de fâșii alăturate, suprapunerea nu este necesară.
Temperatura ambientală și a suportului de cărămidă la aplicarea adezivului epoxidic va fi cuprinsă între 10 și 35șC. Temperatura ambientală în timpul aplicării trebuie să fie cu cel puțin +3șC peste punctul de rouă. Umiditatea stratului suport trebuie să fie ≤4%.
Straturile exterioare de pânze din fibre de carbon pot fi acoperite cu mortare cimentoase pentru refacerea tencuielii.
Pentru asigurarea unei bune aderențe între pânze și mortarele cimentoase, pentru obținerea unui strat rugos, pe suprafața exterioară a pânzelor se va aplica un strat suplimentar de adeziv epoxidic, de maxim 0,5 kg/m2, peste care se împrăștie din abundență nisip de cuarț, prin aruncare. Nisipul se împrăștie peste stratul de adeziv, imediat după aplicarea acestuia, atâta timp cât adezivul nu este întărit.
Mortarele cimentoase se vor aplica numai după întărirea adezivului epoxidic, atunci când nisipul cu care acesta a fost peliculizat nu se mai desprinde.
Pe durata aplicării este necesară curățarea periodică a uneltelor de lucru cu diluant, pentru a nu se ajunge la imposibilitatea utilizării lor datorită întăririi rășinii. Odată întărită, rășina se poate îndepărta doar pe cale mecanică.
Pe suport de beton:
Stratul de beton va fi pregătit cu mijloace mecanice, polizare cu disc diamanțat tăietor sau disc pentru șlefuire cu freză rotativă diamanțată, până se ajunge la agregat, ori prin sablare abrazivă. Pregătirea este obligatorie pe întreaga suprafață de aplicare a pânzelor, pe o lățime cu aproximativ 2-5 cm mai mare decât cea a pânzelor de urmează a fi aplicate.
Se vor îndepărta praful și particulele neaderente, prin suflare cu aer comprimat sau prin aspirare cu un aspirator industrial. Suportul de beton trebuie să fie în stare bună, fără acoperiri, tratamente sau pelicule de suprafață aplicate anterior, fără praf, impurități.
Nivelarea stratului suport de beton va fi efectuată folosind mortare cimentoase de reparații, aplicare în sistem ud pe ud. Aplicarea pânzelor se execută după minim 7 zile de la repararea betonului, pe suport perfect uscat.
Reparațiile necesare în scopul nivelării suprafețelor suport pot fi executate, de asemenea, și cu mortare epoxidice, plicate pe beton uscat. În acest caz, aplicarea pânzelor de poate face la 2-3 zile după nivelare, când mortarul epoxidic nu mai este lipicios la atingere.
Reprofilarea muchiilor care se îmbracă cu pânze din fibre de carbon, ale căror fibre sunt dispuse perpendicular pe muchii, se va realiza la o rază minimă de 2 cm.
Referitor la planeitatea suprafeței reparate și nivelate pe care urmează a fi aplicate pânzele din fibre de carbon, aceasta nu trebuie să prezinte neuniformități mai mari de 0,5 mm.
Este necesară verificarea rezistenței stratului suport, prin efectuarea de teste la smulgere. Rezistența minimă la smulgere pe stratul suport de beton reparat trebuie să fie de minim 1,5 N/mm2.
Pânzele se aplică pe suporturi de beton cu vârsta minimă de 28 zile.
Pânzele se taie pe un banc de lucru la dimensiunile necesare, cu foarfeci speciale sau cutter și se curăță pe ambele fețe cu o cârpă înmuiată în degresant.
Pregătirea adezivului/rășinii de impregnare în vederea aplicării constă din amestecarea componentelor, în funcție de producător, cu un mixer electric cu turație joasă (maxim 600 rot/min), până la obținerea unei culori uniforme, evitând antrenarea de aer în masa amestecului.
Înainte de aplicarea pânzelor, pe stratul reparat și nivelat se va aplica cu gletiera netedă ori trafaletul un strat de aproximativ 1 cm de adeziv epoxidic, de lățime similiară cu lațimea pânzelor ce urmează a fi aplicate.
După uscarea completă a soluției de curățat (degresant) de pe cele două fețe, pânza de carbon se aplică pe poziție și se fixează pe suport prin roluire pe întreaga suprafață, executând mișcări exclusiv în lungul fibrelor cu ajutorul unei role presoare din material plastic, până la obținerea unei impregnări (laminări) uniforme cu rășină. În urma laminării, rășina iese printre fibre și se distribuie uniform pe întreaga suprafață a pânzei. Se va evita laminarea prin presare excesivă a materialului, pentru a împiedica plierea sau încrețirea pânzelor.
In cazul aplicării mai multor straturi suprapuse de pânză, între fiecare dintre acestea se va aplica câte un strat de adeziv pe stratul aplicat anterior, ud pe ud, în timp de 60 de minute de la aplicarea stratului anterior și se va repeta procedura de laminare. Dacă din varii motive aplicarea stratului următor de pânză nu poate fi făcută în cele 60 de minute, se va respecta un timp de așteptare de cel puțin 12 ore înainte de aplicarea acestuia.
Suprapunerile la capetele fâșiilor de pânză se vor face doar pe direcția fibrelor și vor fi de minim 10 cm. Pentru aplicarea de fâșii alăturate, suprapunerea nu este necesară.
Temperatura ambientală și a suportului de cărămidă la aplicarea adezivului epoxidic va fi cuprinsă între 10 și 35șC. Temperatura ambientală în timpul aplicării trebuie să fie cu cel puțin +3șC peste punctul de rouă. Umiditatea stratului suport trebuie să fie ≤4%.
Straturile exterioare de pânze din fibre de carbon pot fi acoperite cu mortare cimentoase pentru refacerea tencuielii.
Pentru asigurarea unei bune aderențe între pânze și mortarele cimentoase, pentru obținerea unui strat rugos necesar ancorării mecanice, pe suprafața exterioară a pânzelor se va aplica un strat suplimentar de adeziv epoxidic, de maxim 0,6 kg/m2, peste care se împrăștie din abundență nisip de cuarț, prin aruncare. Nisipul se împrăștie peste stratul de adeziv, imediat după aplicarea acestuia, atâta timp cât adezivul nu este întărit.
Mortarele cimentoase de tencuială se vor aplica numai după întărirea adezivului epoxidic, atunci când nisipul cu care acesta a fost peliculizat nu se mai desprinde, iar adezivul nu mai este lipicios la atingere (se recomandă 2-3 zile după întărirea periculei de adeziv).
Pe durata aplicării este necesară curățarea periodică a uneltelor de lucru cu diluant, pentru a nu se ajunge la imposibilitatea utilizării lor datorită întăririi rășinii. Odată întărită, rășina se poate îndepărta doar pe cale mecanică.
Exemple de consolidare cu pânze din fibre de carbon:
Casa ing. Nicolae Caranfil – clădire de patrimoniu situată pe strada Emil Zola, nr. 2 – București
Pânzele din fibre de carbon au fost utilizare pentru consolidarea planșeelor de lemn existente (planșeu peste parter) și a grinzilor de lemn pe care acesta sprijină.
Figura 3.3.1.1 – Consolidare planșeu și grinzi de lemn cu pânze din fibre de carbon
Figura 3.3.1.2 – Consolidare grinzi peste parter cu pânze din fibre de carbon
Figura 3.3.1.3 – Consolidare grinzi peste subsol cu pânze din fibre de carbon
Hotel Continental, Sibiu
Metoda de consolidare a constat în aplicarea unor pânze din fibre de carbon pe fețele laterale ale stâlpilor din beton armat.
Figura 3.3.1.3 – Aplicarea pânzelor din fibre de carbon pe stâlp
Hotel Căprioara, Covasna
Metoda de consolidare a constat confinarea stâlpilor cu pânze din fibre de carbon
Figura 3.3.1.3 – Confinarea stâlpilor cu pânzelor din fibre de carbon
3.3.2 Consolidarea cu lamele din fibră de carbon
Avantajele folosirii metodei de consolidare cu lamele din fibre de carbon:
Greutate proprie redusă în comparație cu alte elemente;
Lungimi mari;
Nu necesită realizarea unor îmbinări;
Prezintă o rezistență foarte mare;
Modulul de elasticitate este foarte mare;
Nu necesită tratare înainte sau după utilizare;
Este rezistent la posibili factori alcalini din mediul înconjurător;
Prezintă calități deosebite la solicitări ciclice (oboseală).
Lamele din fibră de carbon au o largă întrebuințare în domeniul construcțiilor civile, putând fi folosite în diverse situații:
Înregistrarea unor suprasarcini în construcțiile existente: modificări structurale la clădiri, părți de construcții expuse la vibrații, poduri cu trafic intens ș.a;
Repararea unor defectelor de la suprafața elementelor portante, datorate îmbătrânirii materialelor sau coroziunii armăturilor de oțel.
Realizându-se o comparație, pe mai multe planuri, între metoda de consolidare clasică cu lamele din oțel și metoda de consolidare modernă cu lamele din fibră de carbon, rezultă următoarele aspecte:
Procedura de aplicare a pânzelor din fibre de carbon:
Pe suport de zidărie de piatră:
La fața zidăriei de piatră pe care urmează a se aplica lamele din fibre de carbon, în vederea consolidării structurale, se executa trasarea pozițiilor reale de lipire a lamelelor, respectând dispunerea dată în proiect și lățimile lamelelor recomandate. Trasarea va fi urmată de decopertarea eventualelor straturi de tencuială, până la expunerea completă a pietrelor din zidărie. Decopertarea se execută între limitele trasării, respectând lățimile lamelelor și extinzând-o maxim câte 1 cm de-o parte și de alta a liniilor trasate care indică limitele muchiilor laterale ale lamelelor ce vor fi aplicate. Rosturile dintre pietrele zidăriei se vor adânci pe aproximativ 1,5 cm de la fața zidariei, prin îndepărtarea mortarului de legătură.
Stratul suport din zidărie de piatră va fi pregătit cu mijloace mecanice, prin polizare ușoara cu disc diamanțat tăietor sau disc pentru șlefuire cu freză rotativă diamanțată, pentru îndepărtarea tuturor bavurilor, a resturilor de mortar, a micilor proeminențe sau a altor neregularități ale suportului. Pregătirea este obligatorie pe întreaga suprafață de aplicare a lamelelor, inclusiv pe extinderile laterale de 1 cm pe care s-a executat decopertarea, de-o parte și de cealaltă a limitelor lamelelor.
Se vor îndepărta praful si particulele neaderente, prin suflare cu aer comprimat sau prin aspirare cu un aspirator industrial. Suportul de zidărie de piatră trebuie să fie în stare bună, fără acoperiri, tratatmente sau pelicule de suprafață aplicate anterior, fără praf, impurități sau particule friabile, fără urme de grăsimi, uleiuri, combustibili sau produse bituminoase.
Nivelarea suportului va fi efectuată prin aplicarea unui pat din mortar epoxidic bicomponent, aplicat în sistem uscat (fără udarea cu apă sau amorsarea prealabilă a suprafețelor), pentru asigurarea planeității necesare pentru aplicarea lamelelor pe un plan continuu, uniform. Aplicarea mortarului va începe cu umplerea rosturilor și se va continua pe întreaga suprafață de aplicare a lamelelor, inclusiv pe extinderile laterale de 1 cm pe care s-a executat decopertarea, de-o parte și de cealaltă a limitelor lamelelor. Aplicarea lamelelor se va executa a doua zi după executarea nivelării suportului. Înainte de aplicarea lamelelor, pe suprafața stratului de nivelare se vor relua operațiile de desprăfuire și degresare. Degresarea se execută cu o cârpă înmuiată în solvent.
Referitor la planeitatea suprafeței stratului de nivelare pe care urmează a fi aplicate lamelele de carbon, se recomandă ca aceasta să nu prezinte neuniformități mai mari de 0,5 mm. Planeitatea suprafeței va fi verificată cu o riglă metalică. Toleranța este de maxim 5 mm la 2 m lungime si de 1 mm la 0,3 m lungime.
Înainte de aplicarea mortarului de nivelare pe întreaga suprafață prevăzută în proiect, acesta se va aplica local, pe 3 – 5 zone recomandate de către proiectant, iar la minim 24 de ore (când stratul de mortar este întărit, nu este lipicios la atingere, iar la zgâriere cu unghia nu rămân urme) se vor face teste la smulgere de pe suport, pentru verificarea rezistenței stratului suport. Rezistența medie la smulgere pe suportul de zidărie de piatră pe care s-a aplicat stratul de nivelare de mortar epoxidic trebuie să fie de 1-1,5 N/mm2. În cazul în care, pe durata efectuării testului la smulgere, dispozitivul de testare indica valoarea de 1,5 N/mm2 fără ca proba să se fi desprins din suport, testul se întrerupe, iar suportul este considerat corespunzător pentru aplicarea de fibre de carbon în vederea consolidării structurale.
Lamelele se fasonează pe un banc de lucru prin tăiere cu flexul și se curăță pe ambele fețe cu o cârpă înmuiată în solvent, pentru îndepărtarea prafului de carbon și a altor eventuale contaminări.
Pregătirea adezivului în vederea aplicării constă în amestecarea componentelor, timp de 3 minute, cu un mixer electric cu turație joasa (maxim 600 rot/min), până la obținerea unei culori uniforme, evitând antrenarea de aer în masa amestecului..
Înainte de aplicarea lamelelor, pe suportul reparat și nivelat se va aplica cu gletiera un strat de aproximativ 2 mm de adeziv epoxidic, de lățime similară cu lățimea lamelelor ce urmează a fi aplicate, plus maxim cate 1 cm de-o parte și de alta a lamelelor.
După uscarea completă a soluției de curățat de pe suprafața lamelelor, pe fața acestora care va fi lipită pe suport se va aplica, de asemenea, un strat de 2 mm grosime de adeziv epoxidic. Aplicarea adezivului pe lamelă se execută prin tragerea lamelei în lungul ei, printr-un dispozitiv de aplicare uniformă care se confecționează pe șantier sub forma unei cutii din lemn sau metal, cu fante la ambele capete, care se umple cu adeziv după fiecare golire. Fantele cutiei vor avea înălțimea egală cu grosimea lamelei la care se adaugă cei 2 mm care reprezintă grosimea stratului de adeziv care trebuie aplicat. Lățimea interioară a cutiei va fi de lățime egală cu cea a lamelelor, plus o rezervă de aproximativ 2 mm care să permită tragerea comodă a lamelelor prin cutie.
Înaintea întăririi adezivului, aplicat pe lamele în urma tragerii prin cutie, acestea vor fi lipite pe suport așezând lamelele cu fața pe care s-a aplicat adeziv peste stratul de adeziv întins anterior pe suport. Fixarea definitivă a lamelelor se realizează prin presarea acestora în masa de adeziv epoxidic. Presarea se execută cu o rolă specială din cauciuc dur, până când adezivul refulează pe la marginile lamelelor. Adezivul epoxidic în exces trebuie îndepărtat.
La colțuri, pentru asigurarea continuității consolidării vor fi utilizate profile preformate din fibre de carbon în forma literei ”L”, prevăzute cu două brațe, sub un unghi de 90°. Lungimile celor două brațe sunt de 20, respectiv 40 cm, iar grosimea pieselor este de 1,4 mm.
Suprapunerile la capetele lamelelor din fibre de carbon vor fi de minim 10 cm. Suprapunerile se realizează în lungul fibrelor.
Temperatura ambientală și a suportului de zidărie de piatră la aplicarea mortarului de nivelare și a adezivului epoxidic va fi cuprinsă între 8 si 35șC. Temperatura ambientală în timpul aplicării trebuie să fie cu cel puțin +3șC peste punctul de rouă. Umiditatea stratului suport trebuie să fie ≤ 4%.
Lamelele din fibre de carbon pot fi acoperite cu mortare cimentoase comune, pentru refacerea tencuielilor exterioare care vor masca întreaga consolidare.
Pentru asigurarea unei bune aderente între lamele si mortarele cimentoase de mascare, pentru obținerea unui suport rugos adecvat realizării unei ancorări mecanice corespunzătoare, pe fața exterioară a lamelelor se va aplica un strat suplimentar de adeziv epoxidic, de 1 mm grosime, peste care se împrăștie din abundență nisip cuarțos, prin aruncare. Nisipul cuarțos se împrăștie peste stratul de adeziv, imediat după aplicarea acestuia, atâta timp cât adezivul nu este întărit.
Mortarele cimentoase de mascare se vor aplica numai după întărirea adezivului epoxidic, atunci când nisipul cu care acesta a fost peliculizat nu se mai desprinde. Se consideră ca stratul de adeziv exterior, având pe suprafața lui nisip, este întărit dacă acesta nu este lipicios la atingere și nu poate fi zgâriat prin scrijelire cu unghia. Înainte de aplicarea mortarului de mascare se execută perierea ușoară a suprafeței stratului de adeziv epoxidic cu nisip, pentru îndepărtarea acelor particule de nisip care nu au fost prinse corespunzător în stratul de adeziv epoxidic.
Pe suport de zidărie de cărămidă:
Zona aleasă pentru aplicarea lamelelor de fibre de carbon se va decoperta pe lățimea acestora, îndepărtându-se straturile vechi de zugrăveală și tencuială, până la zidăria inițială. Rosturile dintre cărămiză se vor adânci pe aproximativ 1,5 cm de la fața zidăriei, prin îndepărtarea mortarului de legătură.
Substratul de zidărie de cărămidă va fi pregătit cu mijloace mecanice, prin periere cu peria de sârmă rotativă, pentru îndepărtarea tuturor bavurilor, a resturilor de mortar și a altor neregularități ale suportului.
Se vor îndepărta praful și particulele neaderente, prin suflare cu aer comprimat sau prin aspirare cu un aspirator industrial. Suportul de cărămidă trebuie să fie în stare bună, fără acoperiri, tratamente sau particule de suprafață aplicate anterior, fără praf, impurități sau particule friabile.
Nivelarea suportului va fi efectuată prin refacerea tencuielii în sistem ud pe ud, cu mortare cimentoase. Reparațiile locale sau remedierea defectelor de planeitate se vor realiza cu mortar epoxidic. Dacă nivelarea se execută cu mai mult de 2 zile înainte de aplicarea lamelelor, suprafața nivelată trebuie să fie periată cu peria de sârmă pentru a asigura o lipire corespunzătoare a lamelelor.
Referitor la planeitatea suprafeței reparate și nivelate pe care urmează a fi aplicate lamelele de carbon, aceasta nu trebuie să prezinte neuniformități mai mari de 0,5 mm. Planeitatea suprafeței va fi verificată cu o riglă metalică. Toletanța este de maxim 5 mm la 2 m lungime și de 1 mm la 0,3 m lungime.
Este necesară verificarea rezistenței stratului suport de cărămidă. Rezistența medie la smulgere pe stratul suport de cărămidă reparat trebuie să fie de minim 0,5 N/mm2, în funcție de vârsta, tipul și starea cărămizilor.
Lamelele se fasonează pe un banc de lucru și se curăță partea neetichetată cu o cârpă înmuiată în degresant, pentru îndepărtarea prafului de carbon și a altor eventuale contaminări.
Pregătirea adezivului în vederea aplicării constă din amestecarea componentelor, în funcție de producător, timp de 3 minute, cu un mixer electric cu turație joasă, până la obținerea unei culori uniforme, evitând antrenarea de aer în masa amestecului.
Înainte de aplicarea pânzelor, pe stratul reparat și nivelat se va aplica cu gletiera netedă ori trafaletul un strat de aproximativ 1 cm de adeziv epoxidic, de lățime similiară cu lațimea pânzelor ce urmează a fi aplicate.
Înainte de aplicarea lamelelor, pe suportul reparat și nivelat se va aplica cu gletiera un strat de aproximativ 1 mm de adeziv epoxidic, de lățime similară cu lățimea zonei reparate li cu lațimea lamelelor ce urmează a fi aplicate.
Înaintea întăririi adezivului, lamelele pe care s-a aplicat trebuie presate pe suport. Presarea definitivă a lamelelor în masa de adeziv epoxidic se execută cu o rolă specială din cauciuc, până când adezivul refulează pe la marginile lamelelor. Adezivul epoxidic în exces trebuie îndepărtat.
La colțuri, pentru asigurarea continuității consolidării, vor fi utilizate profile preformate în formă de ”L” din fibre de carbon.
Suprapunerile la capetele lamelelor de carbon vor fi de minim 10 cm.
Temperatura ambientală și a suportului de cărămidă la aplicarea mortarului/adezivului epoxidic va fi cuprinsă între 8 și 35șC. Temperatura ambientală în timpul aplicării trebuie să fie cu cel puțin +3șC peste punctul de rouă. Umiditatea stratului suport trebuie să fie ≤4%.
Lamelele din fibre de carbon pot fi acoperite cu mortare cimentoase pentru refacerea tencuielii.
Pentru asigurarea unei bune aderențe între lamele și mortarele cimentoase, pentru obținerea unui strat rugos, pe suprafața exterioară a lamelelor se va aplica un strat suplimentar de adeziv epoxidic, de 1 mm grosime, peste care se împrăștie din abundență nisip, prin aruncare. Nisipul se împrăștie peste stratul de adeziv, imediat după aplicarea acestuia, atâta timp cât adezivul nu este întărit.
Mortarele cimentoase se vor aplica numai după întărirea adezivului epoxidic, atunci când nisipul cu care acesta a fost peliculizat nu se mai desprinde.
Pe suport de beton:
Substratul de beton va fi pregătit cu mijloace mecanice, polizare cu disc diamanțat tăietor sau disc pentru șlefuire cu freză rotativă diamanțată ori sablare abrazivă, pentru îndepărtarea tuturor bavurilor, a resturilor de mortar, a micilor proeminențe și a altor nereguli ale suportului. Pregătirea este obligatorie pe întreaga suprafață de aplicare a lamelelor, pe o lățime cu aproximativ 2-4 cm mai mare decât cea a lamelelor de urmează a fi aplicate.
Se vor îndepărta praful și particulele neaderente, prin suflare cu aer comprimat sau prin aspirare cu un aspirator industrial. Suportul de beton trebuie să fie în stare bună, fără acoperiri, tratamente sau pelicule de suprafață aplicate anterior, fără praf, impurități, urme de grăsime, uleiuri sau carburanți
Nivelarea suportului va fi efectuată prin refacerea planeității, cu mortar epoxidic. Cavitățile pronunțate se vor umple cu mortar epoxidic și nisip cuarțos. Aplicarea lamelelor se va executa a doua zi după executarea reparațiilor suportului. Înainte de aplicarea lamelelor, pe zonele reparate se vor relua operațiile de desprăfuire și degresare.
Referitor la planeitatea suprafețelor reparate și nivelate pe care urmează a fi aplicate lamelele de carbon, se recomandă ca aceasta să nu prezinte neuniformități mai mari de 0,5 mm.
Se recomandă verificarea rezistenței stratului suport din beton. Rezistența minimă la smulgere pe strat de beton pregătit trebuie să fie de 1-1,5 N/mm2.
Lamelele se aplică pe suporturi de beton cu vârsta minimă de 28 zile.
Lamelele se fasonează pe un banc de lucru prin tăiere cu flexul și se curăță pe ambele fețe cu o cârpă înmuiată în degresant.
Pregătirea adezivului în vederea aplicării constă din amestecarea componentelor, timp de 3 minute, cu un mixer electric cu turație joasă, până la obținerea unei culori uniforme, evitând antrenarea de aer în masa amestecului.
Înainte de aplicarea lamelelor, pe suportul reparat și nivelat se va aplica cu gletiera un strat de aproximativ 2 cm de adeziv epoxidic, de lățime similiară cu lațimea lamelelor ce urmează a fi aplicate, plus maxim câte 1 cm de-o parte și de alta a lamelelor.
După uscarea completă a soluției de curățat de pe suprafața lamelelor, se va aplica un alt strat de 2 mm grosime de adezic epoxidic pe una din fețele lamelelor prin tragere printr-un dispozitiv de aplicare uniformă (cutie lemn/metal, cu fante la ambele capete).
Înaintea întăririi adezivului, lamelele pe care s-a aplicat trebuie presate pe suport. Presarea definitivă a lamelelor în masa de adeziv epoxidic se execută cu o rolă specială din cauciuc, prin roluire cu o presiune uniformă, în lungul fibrelor, până când adezivul refulează pe la marginile lamelelor. Adezivul epoxidic în exces trebuie îndepărtat.
Temperatura ambientală și a suportului de cărămidă la aplicarea mortarului/adezivului epoxidic va fi cuprinsă între 8 și 35șC. Temperatura ambientală în timpul aplicării trebuie să fie cu cel puțin +3șC peste punctul de rouă. Umiditatea stratului suport trebuie să fie ≤4%.
În cazul mascării lamelelor din fibre de carbon cu un strat ulterior de tencuială cimentoasă, fața exterioară a acestora se va acoperi cu un strat fin (aproximativ 1 mm grosime) de mortat epoxidic, care imediat după așternere va fi saturat cu nisip cuarțos uscat, aplicat prin împrăștiere. Acest procedeu este recomandat pentru realizarea unui suport rugos necesar asigurării ancorării mecanice a tencuielii cimentoase finale de lamelele aplicate anterior.
Aplicarea tencuielilor cimentoase peste lamelele din fibre de carbon este posibilă la 2-3 zile după întărirea peliculei de adeziv cu nisip aplicat pe fața lamelelor (când adezivul nu mai este lipicios la atingere).
Exemple de consolidare cu lamele din fibre de carbon:
Hotel Domogled, Băile Herculane
Consolidarea pereților din zidărie s-a realizat pe ambele fețe ale pereților. Metoda a constat în folosirea unui sistem mixt, format din lamele și pânze din fibre de carbon. Lamele din fibre de carbon au fost ancorate la capete, iar lateral, pe conturul peretelui și în zona de mijloc a acestora s-a realizat bordaje cu pânze din fibre de carbon. Fibrele aplicate la pe două fețe ale pereților au fost legate prin conectori (mănunchiuri rulate de țesătură) care s-au montat în găuri injectate cu rășină epoxidică.
Figura 3.3.2.1 – Consolidarea peretelui folosind lamele și pânze din fibre de carbon
Figura 3.3.2.2 – Faza intermediară de consolidarea peretelui de zidărie cu lamele și pânze din fibre de carbon
Hotel Continental, Sibiu
Metoda de consolidare s-a aplicat grinzilor din beton armat și a constat în aplicarea unor lamele din fibre de carbon în lungul grinzilor, iar în câmp, unde se înregistrează o valoare mare a momentului încovoietor, au fost aplicate pânze din fibre de carbon.
Figura 3.3.2.3 – Faza finală de consolidarea peretelui de zidărie cu lamele și pânze din fibre de carbon
Hotel Căprioara, Covasna
Metoda de consolidare suplimentarea armăturii verticale a stâlpilor cu lamele din fibre de carbon.
Figura 3.3.1.3 – Aplicarea lamelelor din fibre de carbon pe stâlp
3.3.3 Consolidarea cu fibre de carbon tip NSM
Metoda de consolidare cu elemente structurale cu fibre de carbon tip NSM (Near Surface Mounted ) este una dintre cele mai noi și cele mai promițătoare tehnici de întărire a betonului armat. Cercetarea cu privire la acest subiect a început în urmă cu doar câțiva ani, dar acum a atras atenția la nivel mondial. Problemele ridicate privind armarea cu fibrelor de carbon NSM includ optimizarea detaliilor de construcție, modele pentru comportamentul de legătură între fibrele NSM și beton, metode de proiectare fiabile pentru consolidarea elementelor supuse la încovoiere și la forfecare, precum și maximizarea avantajelor acestei tehnici.
Evaluând amploarea lucrărilor de reparații necesare aplicării aparente a lamelelor, o alternativă mai eficientă din punct de vedere economic ar putea fi sistemul de înaltă performanță pentru consolidări care constă din realizarea unei armări cu fibre de carbon îngropate în suport, fixată cu ajutorul adezivilor epoxidici, fără să necesite lucrări speciale de pregătire prealabilă a suprafețelor. Aplicarea lamelelor din fibre de carbon este perfect posibilă chiar dacă betonul suport prezintă fisurări superficiale, nefiind necesare reparații anterioare ale acestuia.
Se diferențiază două tipuri noi de fibre de carbon NSM, sub formă de:
– lamele de lățime redusă care permit consolidarea elementelor structurale plate, liniare, imediat sub planul suprafeței exterioare, în stratul de acoperire de beton existent, deasupra armăturilor;
– bare de secțiune circulară care oferă posibilitatea consolidării suprafețelor curbe, dar pot fi folosite în egală masură și pentru consolidarea elementelor plane.
Figura 3.3.3.1 – Fibre de carbon NSM (sus: bare de secțiune circulară, jos: lamele)
Lamelele de lățime redusă pot fi utilizate pentru consolidarea planșeelor, radierelor, a plăcilor de acoperiș sau a pereților, îndeosebi atunci când suportul prezintă neuniformități de planeitate sau este fisurat. Șliturile în care vor fi înglobate aceste lamelele se taie exclusiv în acoperirea de beton, fără a deterioraarmăturile existente.
Barele circulare se aplică, de regulă, la pereții curbați, arce și bolți, în cazul structurilor civile, sau la profilele deversante și paramentele construcțiilor hidrotehnice din beton simplu sau armat. Șlițurile pentru montarea barelor se taie liniar în stratul suport, iar barele pot fi îndoite astfel încât să urmărească curbura suprafeței suportului. Ca și armăturile din oțel înglobate în beton, fibrele de carbon încastrate în suport preiau complet eforturile de întindere maxime proiectate, realizând o armare care nu rămâne vizibilă după aplicare.
Armarea executată prin procedeul de consolidare utilizând fibre de carbon NSM este o armare post-construcție, care nu depinde de rezistența la întindere a betonului suport, nu necesită protecție anticorozivă, nu este expusă la agresiuni mecanice și nu flambează, ceea ce o face adecvată aplicării pe zonele comprimate și pe elementele comprimate (grinzi supuse la acțiuni seismice caracterizate prin variații ale direcției de încovoiere).
Pe lângă exceptarea de la necesitatea execuției unor reparații prealabile ale stratului suport, un alt avantaj important al sistemului este calitatea ancorării.
Datorită metodei speciale de aplicare, în șlițuri tăiate la suprafața suportului, lamelele de mică lățime sau barele din fibre de carbon sunt încastrate în stratul suport, prin fixare pe trei laturi, spre deosebire de lamelele obișnuite, mai late, care fiind aplicate aparent pe suport nu sunt fixate decât pe o singură față.
În afara posibilitatății aplicării sistemului la elementele structurale din beton simplu sau armat cu vârste înaintate, acesta poate fi adoptat în egală masură și pentru consolidarea structurilor din zidărie sau lemn. [11]
Etapele aplicării sistemului de consolidare cu fibre de carbon NSM pe elemente structurale din beton armat sunt:
Se taie șlițurile în stratul de beton de acoperire existent, deasupra armăturilor metalice;
Șlițurile se umplu cu adeziv;
În șlițurile umplute cu adeziv se introduc lamelele sau barele din fibre de carbon.
Figura 3.3.3.2 – Schema etape de aplicare
Tăiere șlițuri b) Umplere cu adeziv c) introducere lamele/bare
Figura 3.3.3.3 – Poze etape fizice de aplicare
Exemple de consolidare cu fibre de carbon tip NSM:
Castelul Vercilli, Italia
Metoda de consolidare a fost aplicată unui turn din zidărie de cărămidă. Acesta prezenta fisuri verticale. Au fost tăiate șlițuri în rosturile orizontale dintre cărămizi și au fost montate bare circulare din fibre de carbon, fixate cu adeziv epoxidic.
Figura 3.3.3.4 – Consolidarea zidăriei folosind fibre de carbon tip NSM
Soazza, Elveția
Metoda de consolidare a fost unei parcări subterane. Acesta prezenta fisuri deoarece armătura metalică înglobată a fost insuficientă la partea superioară a planșeelor de beton armat. Execuția șlițurilor și aplicarea lamelelor au fost posibile in planșeul de beton fisurat. Au fost tăiate șlițuri paralele la partea superioară a planșeului, la nivelul acoperirii cu beton a armăturii și au fost montate lamele din fibre de carbon, fixate cu adeziv epoxidic. Pregătirea suportului a fost minimă.
Figura 3.3.3.5 – Consolidarea planșeului din beton armat folosind fibre de carbon tip NSM
CAPITOLUL 4: UTILIZAREA SOLUȚIILOR NOI DE CONSOLIDARE LA MONUMENTELE ISTORICE. STUDII DE CAZ
In acest capitol se vor analiza 7 studii de caz privind lucrări de consolidare utilizând materiale noi – fibra de carbon și metodele diverse de aplicare a acestora.
Studii de caz:
STUDIU DE CAZ 1 – CLĂDIREA VICTOR SLĂVESCU, BUCUREȘTI
STUDIU DE CAZ 2 – HOTEL PALACE, GOVORA
STUDIU DE CAZ 3 – FILARMONICA DIN ARAD
STUDIU DE CAZ 4 – BASILICA MARIA RADNA, LIPOVA
STUDIU DE CAZ 5 – BISERICA MĂNĂSTIRII GOLIA, IAȘI
STUDIU DE CAZ 6 – BISERICA BANU, IAȘI
STUDIU DE CAZ 7 – BISERICA SFÂNTUL NICOLAE, CRACOVIA
4.1 STUDIU DE CAZ 1 – CLĂDIREA VICTOR SLĂVESCU, BUCUREȘTI
Figura 4.1.1 – Clădirea Victor Slăvescu
Scurt istoric
Clădirea monument istoric se află pe Calea Griviței nr. 2-2A, București și a fost ridicată între anii 1905 – 1908.
Funcțiunea imobilului: clădire de învățământ universitar.
Descrierea geometriei și structurii inițiale
Este o construcție S+P+2E+M cu structură din zidărie de cărămidă cu planșee de beton armat.
Dimensiunile construcției:
Lungime: 55,20 m;
Lățime: 20,87 m;
Înălțime: 22,50 m;
Suprafață totală: 3168 mp;
Amprenta la sol: 1056 mp.
Figura 4.1.2 – Plan parter
Grosimea peretilor din zidărie de cărămidă este variabila pe înălțimea clădirii, după cum urmează:
Subsol: pereți exteriori/interiori: 112 cm/70 cm;
Parter: pereți exteriori/interiori: 70 cm/56 cm;
Etaj 1, 2: pereți exteriori/interiori: 56 cm/42 cm;
Figura 4.1.3 – Fațada imobil
În cursul existenței sale, construcția a fost afectată de:
În anul 1930 s-a dispus reamenajarea sălii de consiliu, situată la etajul 1;
Cutremurul din data de 10.11.1940, cu magnitudinea M=7,4 pe scara Richter;
În anul 1951 s-a dispus reamenajarea sălilor de curs și a amfiteatrelor;
Cutremurul din data de 04.03.1977, cu magnitudinea M=7,2 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 30.08.1986, cu magnitudinea M=7,0 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 30.05.1990, cu magnitudinea M=6,7 pe scara Richter.
Datorită deteriorărilor înregistrate ca efect al modificărilor interioare și al seismelor majore la care a fost supusă strucutura, s-a concluzionat că starea de siguranță a acestora este precară și nu corespunde normativelor actuale de proiectare antiseismică.
Pentru consolidarea structurală a construcției s-au folosit două sisteme de consolidare, alcătuite din materiale compozite.
Materialele compozite au fost utilizate pentru consolidarea parterului și al etajului 1 și au fost dispuse după cum urmează:
Figura 4.1.4 – Plan de intervenții cu materiale compozite
Legendă:
Albastru: elementele de legătură pentru pereții de cărămidă – au fost rezlizate injectări în zona colțurilor cu un produs cimentos bicomponent, urmate de aplicarea unor piese din fibră de carbon L 300/700 mm;
Roșu: pereți din zidărie de cărămidă îmbrăcați în fibră de carbon.
Soluțiile de consolidare prin utilizarea materialelor compozite adoptate au constat în: consolidarea pereților din zidărie de cărămidă cu pânze și lamele, confinarea stâlpilor de beton armat cu pânze, crearea unor centuri exterioare din lamele la fiecare nivel, consolidarea și ancorarea scărilor de urgență cu piese preformate, refacerea tencuielilor cu mortare cu rezistențe mecanice superioare, umplerea crăpăturilor din pereții de zidărie cu mortar turnabil de granulație fină.
Figura 4.1.5 – Aplicarea pânzei din fibră de carbon pe pereții interiori
Pânza din fibre de carbon a fost aplicată într-un singur strat, peste care s-a împrăștiat nisip pentru a asigura un suport rugos pentru tencuiala de morar ulterioară. Cantitatea totală de pânză aplicată: cca. 2000 mp
La colțuri și pe anumiți pereți, la interior, au fost aplicate piese preformate sub forma de L și lamele din fibră de carbon. Cantitatea totală de lamele aplicate: aproximativ 3000 m.
Figura 4.1.6 – Aplicarea lamelelor și a pieselor sub forma de L din fibră de carbon pe pereți
Piese preformate sub formă de L au fost, de asemenea, aplicate pe fiecare a doua treaptă a scării de serviciu, pentru consolidarea ansamblului.
Figura 4.1.7 – Aplicarea pieselor sub formă de L din fibră de carbon pe scări
Fisurile existente în pereții din zidărie, atât la interior cât și la exterior, au fost deschise și curățate corespunzător, după care au fost umplute gravitational cu mortar turnabil, fluid.
Figura 4.1.8 – Repararea fisurilor în zidărie
La exterior, în jurul clădirii, între fiecare nivel au fost montate centuri de consolidare din lamele din fibră de carbon.
Figura 4.1.9 – Centuri exterioare din lamele din fibră de carbon
Soluția adoptată pentru consolidarea clădirii are un caracter unicat și se bazează pe principiul izolării seismice a bazei, prin modificarea (mărirea) perioadei proprii de vibrație a structurii, astfel încât aceasta să fie plasată în afara zonei de amplitudine maximă a spectrului de răspuns pentru amplasmentul existent.
4.2 STUDIU DE CAZ 2 – HOTEL PALACE, GOVORA
Figura 4.2.1 – Hotel Palace înainte de consolidare
Figura 4.2.2 – Hotel Palace dupa consolidare
Scurt istoric
Hotel de lux la acea vreme, Palace a fost construit în mijlocul parcului statiunii Băile Govora, județul Vâlcea. Clădirea este cel mai mare monument hotel privat din România.
Imobilul monument istoric și de arhitectură a fost construită între anii 1911 – 1914, fiind primul hotel cu bază de tratament din România. A fost realizat după proiectul arhitectului francez Ernest Doneaud, lucrările fiind coordonate de inginerul român Brătescu și italianul Pukliky. Arhitectura clădirii este eclectică, cu influențe de art nouveau și elemente de arhitectură neoromânească. Clădirea, veche de 100 de ani, e printre primele construcții din țară la care s-a folosit beton. Clădirea are 365 de goluri (uși, ferestre), cifra simbolizând număru de zile dintr-un an.
Funcțiunea inițială și actuală: hotel
Clădirea existentă are formă compactă în plan.
Dimensiunile construcției:
Lungime: 33,25 m;
Lățime: 18,5 m;
Regimul de înălțtime: S+P+5E+M;
Aria construită: Ac = 1.372,7 mp
Planșeele peste parter și etaje sunt din beton armat. Acoperișul este de tip șarpantă de lemn cu învelitoare din țiglă. Fundația clădirii este radier general cu grosimea de 50 cm. Structura de rezistență este realizată din zidărie portantă de cărămidă, cu grosimea zidurilor de minim 70 cm și maxim 100 cm. La subsol, pereții portanți de cărămidă au grosimea minimă de 45 cm și cea maximă de 75 cm. De asemenea, stâlpii și grinzile au armatură rigidă (profile metalice înglobate în beton).
În cursul existenței sale, construcția a fost afectată de:
În anul 1967 hotelul a mai fost renovat, fără a fi făcute și lucrări de consolidare (incărcari suplimentare asupra structurii);
Cutremurul din data de 10.11.1940, cu magnitudinea M=7,7 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 04.03.1977, cu magnitudinea M=7,4 pe scara Richter;
În anul 2006, clădirea hotelului se găsește într-o stare de degradare avansată.
Renovarea recentă a structurii a presupus consolidarea unei clădiri seculare, cu păstrarea aspectului inițial. Este una dintre realizările estetice și tehnologice de referință ale ultimilor ani. Tâmplăria fusese inițial propusă pentru recondiționare, atacată de bacterii și insecte, a trebuit înlocuită din cauza degradării avansate, astfel încat să se respecte designul original. Toate aceste lucrări neprevăzute au fost realizate, desigur, în urma unor noi expertize și reproiectări. Trecerea timpului a afectat și structura, prin urmare a fost necesară o consolidare generală. Pentru a nu influența arhitectura clădirii, pentru consolidarea structurii s-a recurs la o solutie deosebită: s-a optat pentru cămășuirea pereților cu fibră de carbon, o metodă modernă și durabilă în timp (momentan este cea mai mare clădire din România unde s-a folosit această tehnologie).
Metoda constă în consolidarea ambelor fețe a pereților din zidărie de cărămidă cu fâșii verticale de pânză din fibre de carbon de 10 cm lățime, cu diagonale din 50 în 50 cm pe verticală și interconectare la fiecare intersecție de fibre cu mănunchiuri de fibre (conectori) rulate și impregnate cu rășină epoxidică, pozate în găuri de diametru 20 cm care traversează secțiunile pereților injectate ulterior cu același tip de rășină.
Figura 4.2.3 – Consolidarea pereților din zidărie de cărămidă exteriori cu lamele verticale de pânză din fibre de carbon
Figura 4.2.4 – Consolidarea pereților din zidărie de cărămidă interiori cu lamele verticale de pânză din fibre de carbon
Figura 4.2.5 – Mănunchiuri de fibre rulate (conectori)
Figura 4.2.6 – Interconectarea fâșiilor verticale de pânză din fibre de carbon de pe ambele fețe ale peretelui cu conectori
4.3 STUDIU DE CAZ 3 – FILARMONICA DIN ARAD
Figura 4.3.1 – Filarmonica din Arad
Scurt istoric
Monumentul prezintă o îmbinare de stiluri: neoclasic (fațada), corintic (coloanele care sprijină frontonul fațadei), stilul Renașterii italiene (aripile laterale), cel de inspirație gotică (elemente ale castelului huniazilor, prezente în partea dinspre parc a clădirii).
Este o clădire cu valoare istorică.
Clădirea Palatului Cultural din Arad a fost construită între anii 1911-1913, după proiectul arhitectului Ludovic Szantay. Actualul Palat al Culturii este amplasat pe malul Mureșului, la doar câțiva pași de centrul orașului, în poziție diagonală pe intersecția străzilor Drăgălina și Geoge Enescu. Volumetria clădirii este determinantă și astăzi în aspectul urban al malului Mureșului, iar importanța culturală a edificiului a rămas aceeași vreme de aproape un secol. [12]
Clădirea Palatului Cultural din Arad a fost declarată monument istoric de categoria B.
Figura 4.3.2 – Planul clădirii
Descrierea edificiului
Planul clădirii este un pentagon neregulat, fațada principală fiind determinată de intrarea monumentală și turnul central, așezat deasupra holului.
În axa principală a clădirii, pe porțiunea dintre intrarea principală și turnul de la întâlnirea fațadelor posterioare s-a amplasat sala de spectacole de plan dreptunghiular alungit. Pe ambele laturi ale sălii sunt coridoare prin care se accesează vestiarele din spatele sălii de spectacole, respectiv spațiile muzeistice din aripile laterale ale clădirii și birourile. Coridoarele se deschid spre cele două curți interioare, cuprinse între sală și aripile clădirii.
Intrarea principală în Palatul Culturii se deschide într-un hol monumental. Holul este înconjurat de galerii pe trei laturi, având efectul unui spațiu impozant cu mai multe nave. Pe laturile holului sunt rampe largi de scări, care urcă la nivelul galeriilor, balustrada fiind compusă din stâlpi de marmură și grilaje de fier forjat bogat ornamentate. Din hol se accesează sala de spectacole.
Funcțiunea inițială: filarmonică, muzeu, bibliotecă
Funcțiunea actuală: filarmonică, muzeu
În cursul existenței sale, construcția a fost afectată de:
În anul 1991, în zona Banatului au fost înregistrate o serie de 8 cutremure, și anume:
cutremurul din data de 12.07.1991 (cu magnitudinea M=5,7 grade pe scara Richter) a avut intensitatea cea mai mare și a fost primul din serie);
cutremurul din data de 18.07.1991;
cutremurul din data de 19.07.1991;
cutremurul din data de 12.08.1991;
cutremurul din data de 14.08.1991;
cutremurul din data de 02.12.1991;
cutremurele din data de 19.12.1991 (au avut loc în aceeași zi sunt ultimele două cutremure cu intesitatea de peste 4 grade pe scara Richter).
De-a lungul timpului, au mai fost executate reparații la fațadele cladirii, la acoperiș si la cupole, iar în anul 1976 s-au făcut ultimele modificări majore față de destinația inițială de filarmonică.
Ultimele lucrări de restaurare în interior au avut loc în perioada 1978-1980. Pe parcursul existenței clădirii au mai fost executate reparații la fațade, la acoperișul cupolelor mari și mici de la intrarea principală, în anul 1996.
Lucrările de reabilitare a Palatului Cultural au vizat reabilitarea învelitorii acoperișului, a fațadei principale și a sălii de concerte. În sala de concert au fost consolidate: zona scenei, a pardoselii, au fost făcute finisaje la tâmplărie, la vitralii și la picturile murale, la holuri, la scări, la sala mică de concert și la subsol. De asemenea, se vor face lucrări parțiale la acoperiș, la fațada principală și în curțile interioare.
Avarii și degradări
Clădirea prezenta degradări mari atât la interior, cât și la exterior, în special la acoperișul sălii filarmonicii, la o parte din salile muzeului, la toate instalațiile, mai ales în subsolul clădirii, și în curțile interioare, degradând clădirea și punând în pericol buna funcționare a activităților culturale din clădire.
În cazul sălii filarmonicii, grinzile metalice și diagonalele din structura acoperișului au fost consolidate prin utilizarea lamelor din fibrele de carbon.
Figura 4.3.3 – Consolidarea locală a ginzilor metalice și a diagonalelor cu lamele din fibre de carbon
Figura 4.3.4– Consolidarea structurii metalice a acoperișului cu lamele din fibre de carbon
4.4.STUDIU DE CAZ 4 – BASILICA MARIA RADNA, LIPOVA
Figura 4.4.1 – Basilica Maria Radna
Scurt istoric
Ansamblul monumental este format din basilica propriu-zisă și alte trei corpuri de clădire, toate monumente istorice și de arhitectură din secolele XVIII-XIX. Mănăstirea a fost ridicată în mai multe etape. Întemeierea lăcașului de cult a început în jurul anului 1551. Prima biserică a fost ridicată în 1520, dar lăcașul a fost distrus de două ori: sub ocupația turcească și de un incendiu. Construcția bisericii propriu-zise de astăzi a început în anul 1756 și a fost finalizată în anul 1782.
Dimensiunile construcției:
Lungime: 55,20 m;
Lățime: 20,87 m;
Înălțime interioară: 22,50 m;
Înălțime exterioară: 67 m.
În cursul existenței sale, construcția a fost afectată de:
În anul 1911 s-a dispus supraînălțarea celor două turnuri cu câte 30 m fiecare;
Cutremurul din data de 10.11.1940, cu magnitudinea M=7,4 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 04.03.1977, cu magnitudinea M=7,2 pe scara Richter.
În cadrul proiectului s-a dispus restaurarea bisericii principale și a altor trei monumente istorice din cadrul complexului. De asemenea, a fost prevăzută consolidarea turnurilor din beton, înalte de 67 metri. Cu această ocazie au fost întărite fundațiile, au fost înlocuite elementele deteriorate ale șarpantelor și a fost completată zidăria lipsă. Pentru valorificarea substanței istorice, ferestrele și ușile au fost restaurate prin metode specifice monumentelor și s-au refăcute finisajele nepotrivite, astfel încât atmosfera barocă să fie cât mai fidel redată. Fiind monument istoric, lucrările nu permit modificarea structurii turnurilor sau a acoperișului.
Refacerea structurii de rezistență a celor două turnuri a constat din consolidarea pereților la ambele fețe cu lamele verticale din fibre de carbon, prinse în centuri de pânză din fibre de carbon.
Figura 4.4.2 – Consolidarea pereților din zidărie de cărămidă
Suplimentar, fibrele aplicate la cele două fețe ale pereților au fost legate prin conectori realizați în șantier din mănunchiuri rulate de țesătură, care s-au montat în găuri injectate cu rășină epoxidică.
Figura 4.4.3 – Realizarea conectorilor din mănunchiuri rulate de țesătură
Figura 4.4.4 – Conectori din mănunchiuri rulate de țesătură
Stâlpul central și grinzile radiale ce susțin acoperișul fiecărui turn au fost cămășuite, de asemenea, cu pânze din fibre de carbon. Înainte de aplicarea fibrelor de carbon, recondiționarea stratului suport din beton s-a realiat cu mortar de reparații pe baza epoxidică.
Figura 4.4.5 – Consolidarea stâlpului central și a grinzilor radiale din structura acoperișului
4.5 STUDIU DE CAZ 5 – BISERICA MĂNĂSTIRII GOLIA, IAȘI
Figura 4.5.1 – Biserica mănăstirii Golia
Figura 4.5.2 – Secțiune transversală
Figura 4.5.3 – Plan biserică
Scurt istoric
Așezământul ecleziastic de la Golia se prezintă ca o fortăreață tipic medievală. Vechea biserică a fost ridicată în secolul al XVI-lea. Actuala biserică, refăcută între anii 1650-1653 și terminată în 1660 prezintă specificul bisericilor ortodoxe moldovenești, atât ca formă de construcție, cât și ca arhitectură. Biserica actuală reprezintă o îmbinare de stiluri, îndeosebi baroc și bizantin. Planul exterior este rectangular, cu ziduri înalte, care se sprijină pe epifaștri, de factură corintică, de peste 12 metri înălțime, ancorați într-o cornișă. Cornișa este depășită de o compoziție unică, acoperișul fiind străjuit de șapte turle, unicat ca model, dar diferențiate între ele, ceea ce atestă, supoziția că au fost realizate treptat, în etape diferite, influențate și de restaurări.
Funcțiunea inițială: biserică de mănăstire
Funcțiunea actuală: biserică în cult.
Dimensiunile construcției:
Lungime: 30 m;
Lățime: 13 m;
Înălțime totală: aproximativ 30 m.
Incinta mănăstirii are o formă patrulateră neregulată. Cele patru turnuri de colț au fost ridicate între 1667/1668. Turnurile cu parter și două niveluri sunt rotunde. Planșeele sunt din bârne de stejar, iar scările înguste sunt din piatră realizate în grosimea zidurilor. La ultimul nivel au boltă din cărămidă, din care se ieșea pe drumul de strajă. În turnul din nord-vest, ultimul nivel este paraclis.
În cursul existenței sale, construcția a fost afectată de:
Numeroase modificări structurale și arhitecturale;
Mai multe incindii;
Cutremurul din data de 09.08.1679, cu magnitudinea M=7,5 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 19.08.1681, cu magnitudinea M=7,1 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 11.06.1738, cu magnitudinea M=7,7 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 17.11.1821, cu magnitudinea M=6,5 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 23.01.1838, cu magnitudinea M=7,5 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 06.10.1908, cu magnitudinea M=7,1 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 10.11.1940, cu magnitudinea M=7,7 pe scara Richter;
Cutremurul din data de 04.03.1977, cu magnitudinea M=7,4 pe scara Richter;
Avarii și degradări
Grave avarii în pereți, arce și cupole;
Fisuri, crăpături și fracturi în întreaga structură de rezistență.
Cauzele avariilor și degradărilor
Datorită sistemului constructiv inițial, cât și a cutremurelor suportate de la ridicarea edificiului și până în prezent, coraborate cu structura materialelor de construcție utilizate și a aspectelor hidro-geologice specifice zonei, se constată degradările mai sus prezentate.
Consolidarea turlelor s-a realizat la exterior, cu lamele verticale din fibre de carbon, prinse în centuri orizontale din pânză din fibre de carbon. Tencuiala suport pentru fibre s-a executat cu mortare cimentoase cu conținut de fibre sintetice de armare.
Figura 4.5.4 – Consolidarea zidăriei cu lamele verticale din fibre de carbon
Figura 4.5.5 – Centuri orizontale din pânză din fibre de carbon
Figura 4.5.6 – Consolidarea turlelor
4.6 STUDIU DE CAZ 6 – BISERICA BANU, IAȘI
b)
Figura 4.6.1 – Biserica mănăstirii Banu – a) în timpul consolidării; b) după consolidare
Remarcabil exemplu de arhitectură urbană ce a trecut dincolo de perioada stilului baroc, atingand noul stil al secolului al XVII-lea, clasicismul, biserica Banu poartă amprenta culturii și civilizației europene, îmbogățind patrimoniul spiritual si artistic al Iașului.
Biserica este situată între strada Lăpușneanu și strada Banu, având ca vecini o grădină de vară și terenul sportiv al Liceului Național.
Scurt istoric
Atestată documentar din anul 1638, în perioada domniei lui Vasile Lupu, biserica Banu este un important monument istoric și de arhitectură al Iașului.
Biserica de lemn ( 1705 – 1800)
La începutul secolului al XVIII – lea, prima biserică executată din bârne de stejar, având ctitor pe "Savin Zmucilă vel Ban" la 1705, avea o parcelă suficient de mare pentru a putea avea și cimitir parohial. Biserica ctitorită de Savin Banu a fost sfințită la 15 iunie 1705. În biserica de lemn s-a slujit de la început numai în limba română, față de alte biserici sau mănăstiri din Iași unde se săvârșea serviciul divin în limbile slavonă sau greacă, ca un protest împotriva liturghisirii în limbi străine pe pământ românesc. Ca urmare a dezvoltării orașului pe direcția nord-vest, biserica devine neîncăpătoare.
Biserica din piatră (1802 – )
În jurul anului 1799 vechea biserică din lemn devenise neîncăpătoare și se deteriorase mult. Mitropolitul Iacob Stamati contribuie cu o sumă mare la construirea noii biserici alături de obștea parohiei. Tradiția numelui "Banu" al ctitorului primei biserici Savin Zmucilă, a fost întărită atât de preoți, cât și de alți donatori care prin danii oferite bisericii deveneau ctitori. Pentru întocmirea planurilor noii biserici și supravegherea execuției s-a apelat la un arhitect din Ardeal (probabil) Herr Leopold.. Edificiul actual a fost ridicat pe amplasamentul bisericii de lemn, având pridvorul actual pe locul altarului fostei biserici. Noii biserici din zid numită Banu, i se schimbă hramul în "Duminica Tuturor Sfinților", păstrat și astăzi.
Dimensiunile construcției existente:
Lungime: 37 m;
Lățime: 12,5 m;
Înălțime acoperiș: 16 m;
Înălțimea turnului clopotniță: 19 m
Suprafață construită: 365 mp.
Structura bisericii este alcătuită din ziduri de piatră foarte groasă, iar turla din zidărie de cărămidă.
În cursul existenței sale, s-au înregistrat următoarele evenimente:
Biserica a fost arsă în timpul invaziei cazace;
Din 1 iunie 1821 și până la 1 iunie 1822 biserica a fost închisă;
În anul 1828 – 1829 – șindrila ce acoperea biserica este înlocuită;
În anul 1840 se fac reparații la biserică;
În Buletinul Oficial al Moldovei nr. 63, din 9 august 1853, ulița plasată în fața bisericii era denumită "Ulița Bisericii Banu";
Din documentele studiate rezultă că după anul 1859 biserica este învelită cu tablă;
La restaurarea din 1882 – 1883 se face reparația învelitorii din "tinichea", iar primele laminoare pentru tablă au apărut la Reșița în 1845 și la Nădrag (Timiș) în 1859 – 1861. În contractul pentru restaurare s-a prevăzut pardoseală din plăci de mozaic așezate în pronaos și naos;
La 8 aprilie 1882, R. Gruber a întocmit un dosar pentru lucrări suplimentare efectuate sau în curs de execuție, ce prevede: desființarea zidului din fața străzii Lăpușneanu, împreună cu zidul vechi de la cimitir, execuția unui grilaj cu 13 plase și stâlpi; trotuar din "asfalt" pe conturul bisericii; vopsitorii suplimentare;
La 21 iunie 1882 arhitectul diriguitor F.D. Xenopol face un deviz de lucrări ce se suprimă și adăugirile ce se fac cu modificarea ferestrelor, pardoselii și înălțarea cu 3 m a clopotniței bisericii Banu, aflată în restaurare. Restaurarea din anul 1882 a cuprins și "refacerea pridvorului" în stilul bisericii". În procesul verbal datat 13 noiembrie 1883 întocmit de Comisia de recepție se consemnează opinia arhitectului N. Bădărău: "Consider că turnul clopotniței ridicat cu 3 m pe fundația veche a nartexului va periclita pereții naosului fără contraforturi";
În anul 1882 se întocmesc devize pentru repararea bisericii ce cuprindeau și pictarea unei suprafețe de 2.400 m2 la interior. Antreprenorul I. Finkelstein a apelat pentru execuția lucrărilor al pictorul Nicolae Roteanu. Nerespectându-se anumite norme tehnice, pictura s-a deteriorat după numai 2 ani;
O comisie formată pentru verificarea stării interiorului bisericii Banu, constată că la data de 10 ianuarie 1894 pictura era complet distrusă pe o suprafață de 380 m2;
Episcopul Gherasim al Romanului, numit la Iași, a construit un baldachin înalt până aproape de semicalota altarului, executat pe stâlpi de lemn, împiedicând mai târziu pictarea bisericii în zona altarului în anii 1882 – 1883. Din acest motiv altarul nu a fost niciodată pictat, cu excepția picturii de pe calota, executată înainte de montarea baldachinului;
După o perioadă relativ scurtă, de la supraînălțarea cu 3 m a turnului clopotniței în anul 1891 la 9 februarie, Tribunalul Iași însărcinează o comisie de experți compusă din: C.D. Stahi și I Păun pentru cercetarea lucrărilor la biserică, ce formează obiectul reclamației Epotropiei Bisericii Banu contra I. Finkelstein, consemnându-se următoarele: Dosar 1887 fond 10 "Crăpătura ce se vede astăzi pe toată înălțimea păretului dinspre miazăzi, începând de la baza lui și trecând în sus prin mijlocul ferestrei în sens vertical, până la submarginea bolții superioare din centrul bisericii și chiar pe o porțiune din boltă…. Prin urmare, această crăpatură după cum se vede în interiorul bisericii, tot astfel se vede și în exterior, străbătând în același loc și în aceeași direcție atât înălțimea, cât și grosimea zidului". Această crăpătură în structura de rezistență a bisericii este una din marile probleme ale reparațiilor la Biserica Banu din Iași, consecință a înălțării turnului clopotniță cu 3 m fără asigurarea unor măsuri suplimentare structurale.
În anul 1904 s-au făcut lucrări de reparații și s-a repictat biserica;
Lucrări de mai mare amploare erau urgent necesare la acoperișul turnului bisericii, reparații și zugrăvirea pridvorului, la clopotul cel mare. Din lipsa mijloacelor financiare, în ședința Consiliului Parohial nr. 87/ din 13 august 1919 se menționează că reparațiile nu se pot executa;
Prin adresa nr. 59 din 19 iulie 1927 Consiliul parohial anunță luarea unor "măsuri necesare în scopul reparației exterioare a bisericii Banu, care nu mai poate dăinui în halul în care se află acum";
În anul 1937, preotul slujitor Ioan Andreescu a desființat baldachinul, pe semicalota altarului, apărând o pictură înnegrită;
În anul 1942, paroh fiind preotul Th. Cojocaru, se tencuiește exteriorul bisericii;
În anul 1948, se execută lucrări de restaurare sub conducerea arhitectului Vasile Paraschiv. Comisia Monumentelor istorice, prin delegatul său, pictorul Corneliu Baba, a dispus răzuirea picturii, deoarece era înnegrită, coșcovită și nu prezenta valoare istorică, din pictură păstrându-se un medalion în pronaos pe stânga sub fereastră;
În urma cutremurului din 1940, crăpătura existentă pe latura de sud în pronaos pe verticala zidului și pe boltă s-a mărit;
Consolidarea făcută în anul 1948, a cuprins țeserea cu căramidă a marii crăpături existente, subzidirea cafasului, repararea scărilor din turn și a întregii lemnării la uși și ferestre;
După anul 1948 s-au făcut unele reparații curente la acoperiș și s-a acoperit cu tablă galvanizată. La restaurarea din acest an altarul era complet văruit în alb;
La furtuna din 4 august 1950, biserica a avut deteriorări la acoperiș, geamuri și tâmplărie exterioară;
În anul 1958, s-a schimbat acoperișul la clopotniță și s-a reparat crucea de pe acoperiș;
În anul 1966 s-a înlocuit întreaga instalație electrică și s-a curățat catapeteasma;
În anul 1968, cu prilejul unor reparații la tencuiala din altar s-a descoperit Icoana murală a Maicii Domnului cu Pruncul, posibil pictată de zugravul Altini în 1803;
La reparația din anul 1976 s-a subzidit pridvorul, s-a executat treptele de acces în biserică;
Cutremurul din 4 martie 1977 a redeschis crăpătura din pronaos pe latura de sud a bisericii, realizându-se apoi unele lucrări de consolidare, printre care și subzidirea pridvorului și zugrăveli interioare;
După anul 1981, cu toate încercările de consolidare a bisericii, crăpătura existentă pe latura de sud s-a mărit, apărând și crăpături pe latura de nord în zona turnului clopotniță;
După cutremurele din anii 1986 și 1990, aceste crăpaturi s-au mărit, apărând crăpături mari și la pridvorul biserici, odată cu tasarea zonei turnului clopotniță cu aproximativ 17 cm;
În anul 1990 s-a început o consolidare prin turnarea unei centuri exterioare pe latura de Nord a bisericii plasată sub cornișă și s-au practicat goluri în zidărie pentru executarea stâlpișorilor de monolitizare;
În anul 1999 au început lucrări de consolidare și reparații capitale, continue. [13]
Au fost întreprinse cercetări istorice, bibliografice și de arhivă, cartografice și de arhitectură. Cercetarea de arhitectură a impus studiul la fața locului, inclusiv decapări de tencuială, în scopul descifrării unor probleme legate de etapele de construire a bisericii. Decapările și sondajele au oferit noi informații, nu de puține ori surpriză, privitor la unele etape de construire și intervenții la monument. S-a analizat, de asemenea, releveul situației existente întocmit de S.C. "HABITAT PROIECT" S.A. Iași în octombrie 1998. Pentru aceste cercetări s-au folosit ca surse principale lucrările menționate în bibliografia anexată. Informațiile culese din sursele menționate, corelate cu alte materiale bibliografice permit o sinteză a principalelor evenimente legate de evoluția bisericii Banu.
Avarii și degradări
− fisurarea/fracturarea longitudinală pe linia (semi) cupolei altarului-portic (adică exact pe o direcție aproximativ normală la cea a directivității principale a undelor seismice cu epicentrul Vrancea), rezultând practic două “jumătăți” cvasisimetrice; arcele și bolțile de pe traseu sunt deci fisurate (la cheie), iar pe traseu s-au determinat chiar dislocări de material;
− fisurări/fracturări transversale în pereți;
− fracturi ale fundațiilor (mai ales sub golurile de fereastră de pe axa longitudinală).
Cauzele avariilor și degradărilor
Îmbătrânirea materialelor este o cauză generală a degradării structurale. Cutremurele de pământ cu intensitate medie și ridicată reprezintă un factor important în generarea avariilor suprastructurii monumentului istoric.
Fiind incadrată ca monument istoric, construcția impune măsuri de consolidare speciale. Zidăria a fost realizată din piatră de Repedea cu un mortar alcătuit numai din var și nisip. Tencuiala este o tencuială de tip frescă realizată din var, nisip și calț. Podeaua este din plăci realizate dintr-un microbeton din nisip de siliciu. Pentru confecționarea lor s-au depus eforturi considerabile pentru a fi asemănătoare cu plăcile inițiale. Ca și soluție de consolidare la fundație s-a apelat la o grindă cadru. Din ea s-a plecat cu 5 perechi de stâlpi care au rolul de a prelua toate încărcările din acoperiș. Pentru consolidarea turlei s-au realizat stâlpi din beton armat și centuri înglobați în zidărie care descarcă prin niște grinzi, la baza turlei având loc astfel descărcarea structurii.
Consolidarea arcelor acestei biserici s-a realizat prin proiectul profesorului universitar Gosav Ionel de la facultatea de construcții din cadrul Universitătii Tehnice “Gh. Asachi” Iași. Soluția de consolidare a fost schimbată de 3 ori: inițial a fost o soluție de consolidare a pereților, a doua variantă presupunea consolidarea golurilor de geam, iar soluția finală executată a fost consolidarea arcelor. O particularitate a proiectului ar fi aceea că în cadrul consolidării s-a aplicat țesătura din fibre de carbon, și apoi lamelele de carbon, pe un strat suport de cărămidă arsă. Consolidarea la forță tăietoare a arcelor interioare este realizată cu pânze dispuse transversal și consolidarea la încovoiere s-a realizat cu lamele pozate, care urmăresc curbura arcelor. Suprafața suport din zidărie de cărămidă a fost recondiționată prin aplicarea unor tencuielilor de rezistență.
Figura 4.6.2 – Consolidarea turlei
Figura 4.6.3 – Aplicarea țesăturii și a lamelelor din fibră de carbon
Figura 4.6.4 – Materialele din fibre de carbon urmăresc curbura arcelor
4.7 STUDIU DE CAZ 7 – BISERICA SFÂNTUL NICOLAE, CRACOVIA
Figura 4.7.1 – Biserica Stântul Nicolae – fațada frontală
Figura 4.7.2 – Biserica Stântul Nicolae – fațada sudică
Scurt istoric
Biserica Sfântul Nicolae din Cracovia, situată pe strada Kopernik, este unul dintre cele mai vechi și reprezentative monumente ale orașului.
Prima mențiune a acestui edificiu datează din anul 1229, când Papa Grigorius Nonus a emis o bulă papală în care biserica era menționatăsub numele de ”capella”. Capela a devenit biserică parohială abia în 1327, iar în prezent aceasta este un obiectiv foarte bine conservat și protejat corespunzător prin grija autorităților guvernamentale poloneze, beneficiind de regimul specific clădirilor cu caracter de monument istoric, aparținând patrimoniului cultural universal.
Construcția originală a fost ridicată în a doua jumătate a secolului al XII-lea. În 1456, biserica a fost încredințată Universității din Cracovia, cu scopul de a oferi călugărilor o educație solidă.
Datorită sprijinului financiar acordat de către Universitate, biserica a fost extinsă semnificativ în două etape – în prima jumătate a secolului al XV-lea și în prima jumătate a secolului al XVI-lea.
Arhitectura Bisericii Sfantul Nicolae, așa cum se prezintă ea astăzi, respectă stilurile baroc și neo-baroc, cu specific caracteristic bazilicilor cu trei compartimente.
În cursul existenței sale, construcția a fost afectată de:
Extinderi semnificative în perioade de timp diferite;
În a doua jumătate a secolului al XVII-lea s-a înregistrat un moment critic în istoria bisericii. Ploile abundente din iulie 1652 au determinat creșterea nivelului apei Râului Vistula, biserica fiind complet inundată până la retragerea apelor;
În anul 1656 s-a petrecut cel mai dureros incident, în timpul asa numitului Potop Suedez abătut asupra Poloniei, când biserica a fost incendiată și distrusă până la temelie de invadatori, pentru a nu servi ca adăpost armatei poloneze în fața focurilor lansate de artileria suedeză;
La mijlocul secolului al XVII-lea, după un lung șir de războaie care au avut loc pe axa Polonia-Lituania, biserica se afla în ruină;
Începând cu a doua parte a secolului al XVII-lea, biserica a fost succesiv reconstruită și extinsă;
La începutul secolului XX au fost construite naosul, pronaosul și sacristia din partea sudică a bisericii.
Figura 4.7.3 – Vedere în plan – extinderi succesive ale clădirii
Construcția originală
Structura acoperișului bisericii este realizată din lemn și constă în elemente de susținere verticale (popi) și înclinate (contrafișe, căpriori), fixate pe grinzi orizontale (pene sau clești). Dispunerea acestor elemente este adaptată corespunzător deschiderii fiecărui spațiu, delimitat de pereții ce descriu incinta bisericii, fiind poziționate deasupra naosului principal și altarului, deasupra culoalelor nordic și sudic, deasupra sacristiei și pronaosului aflate în partea de sud, deasupra sacristiei nordice și deasupra capelei. În cea mai mare parte a sa, acoperișul este învelit cu țiglă, dar există și zone de mici dimensiuni unde s-a folosit tabla de cupru.
Figura 4.7.4 – Structura din lemn a acoperișului
Tavanele altarului, ale naosului principal și cele aferente sacristiilor laterale sunt realizate sub formă de bolți arcuite, în timp ce tavanele curespunzătoare culoarelor laterale și a pronaosului au formă de bolți încrucișate. Peste altar, tavanul de prezintă asemeni unei cupole ce se închide pe peristilul estic exterior.
Figura 4.7.5 – Tavanul peste pronaos și peste altar
Avarii și degradări
La inspecția vizuală, în pereții portanți, bolți și arce au fost constatate defecte structurale.
Cauzele avariilor și degradărilor
În anul 2009, o echipă de experți tehnici de renume din cadrul Universității Tehnice din Cracovia a enunțat o serie de considerente prin care au fost explicate necesitatea intervențiilor structurale asupra construcției, și anume:
Biserica a fost construită pe ruinele lăcașurilor de cult ridicate anterior, în etape diferite;
Structura multicompartimentată, rezultată prin extinderi nesimetrice, a devenit instabilă, neavând o rigiditate spațială necesară;
Datorită tasării terenului, fundația peretelui frontal a cedat, având drept consecință abaterea accentuată de la verticală și desprinderea de pereții structurali transversali;
Figura 4.7.6 – Fisuri în pereții interiori
Figura 4.7.7 – Fisuri în peretele altarului Figura 4.7.8 – Fisuri în arc și absidă
Descrierea lucrărilor de reparații prevăzute în proiect
Lucrările au fost executate în mai multe etape, respectând o ordine logică și firească din punct de vedere tehnic.
Prima etapă a cuprins lucrări de construcții specifice stabilizării fundațiilor. Fundațiile au fost consolidate prin metoda tradițională, constând în realizarea, prin subturnare, a unor blouri de beton peste un strat de egalizare din mortar dens de ciment. Subturnarea s-a executat pe tronsoane de până la 1,20 m lungime, folosind cofraje. Conectarea blocurilor de fundație cu fundațiile existente s-a realizat prin intermediul unor bare din oțel și suplimentar, prin injectări. În timpul fazei de execuție a fundațiilor, constructorul a descoperit urmele unor morminte datând de mai multe secole. Rămășițele umane găsite au fost ridicate cu grijă și reînhumate ulterior într-o criptă specială.
Din cauza existenței crăpăturilor la bolțile altarului, ale naosului principal și ale culoarelor laterale (care au apărut ca urmare a nepreluării forțelor ce ar fi trebuit să descarce prin pereți), s-au luat măsuri de stabilizare a acestora cu ajutorul unor cadre metalice prevăzute cu rigidizări, amplasate în podul bisericii.
În următoarea etapă a fost realizată consolidarea pereților prin aplicarea de lamele sau pânze din fibre de carbon și prin injectarea fisurilor și crăpăturilor. S-a refăcut, de asemenea, termoizolația peste bolți. Fibrele de carbon au fost utilizate datorită proprietăților fizico-mecanice ale acestora (dimensiuni, greutăți reduse și rezistențe înalte) care au permis realizarea consolidării, fără a aduce niciun fel de modificare asupra fațadelor bisericii.
Inginerii structuriști au recomandat consolidarea locală a pereților parterului, la ambele fețe, în zonele afectate de fisuri și crăpături, cu benzi din fibre de carbon. Schema generală aplicată pentru preluarea forțelor de întindere a constat în prevederea unor lamele din fibre de carbon cu secțiunea trasversală de 50 mm x 1,2 mm si modulul de elasticitate de 165 Gpa, poziționate la intervale de 50 cm una față de cealaltă, cu lungimi de ancorare de minim 50 cm de fiecare parte a crăpăturii.
Suplimentar, deasupra ferestrelor, absida a fost consolidată cu două lamele din fibe de carbon, ceea ce poate fi considerat drept crearea unei centuri. Astfel, lamelele au fost aplicate pe fața exterioară a peretelui, deasupra ferestrelor. La interior, în lungul pereților naosului, au fost aplicate lamele pe ambele fețe ale acestora, pe două rânduri (deasupra și sub nivelul bolților), una dintre lamele ancorându-se în peretele frontal.
Bolțile au fost consolidate cu pânze din fibre de carbon unidirecționale, orientate perpendicular pe fisuri, cu extinderi de minim 50 cm de o parte și de alta a liniilor fisurilor, echivalente lungimilor de ancorare. Țesăturile din fibre de carbon s-au aplicat atât la bază, cât și la partea superioară a fisurilor de la cheia bolții situate deasupra altarului și absidei, iar suplimentar, deasupra ferestrelor altarului, în zonele cele mai afectate de fisuri.
De fiecare dată, înainte de aplicarea lamelelor sau a pânzelor din fibre de carbon, s-au efectuat teste pentru verificarea stratigrafică a mortarului de zidărie existent. Anterior aplicării fibrelor de carbon, toate fisurile sau crăpăturile din pereți și bolți au fost injectate cu mortare pe bază de microciment alb, cu conținut de aditivi speciali.
Etapele consolidării cu lamele și pânze din fibre de carbon a pereților bisericii
În ceea ce urmează, se prezintă consolidarea peretelui fisurat de pe latura nordică a bisericii.
Figura 4.7.9 – Pasul 1 – Inventarierea și Figura 4.7.10 – Pasul 2 – Proiectarea soluției
relevarea fisurilor de consolidare
Figura 4.7.11 – Pasul 3 – Pregătirea stratului Figura 4.7.12 – Pasul 4 – Aplicarea lamelelor
suport înaintea aplicării fibrelor de carbon și a pânzei din fibre de carbon
Figura 4..13 – Pasul 5 – Finisarea peretelui cu mortar pe zonele de aplicare a fibrelor de carbon
Lucrările de consolidare s-au desfășurat între anii 2011-2012.
Succesul proiectului a constat în alegerea soluției tehnice de consolidare și în timpul redus de execuție. [14]
CAPITOLUL 5: CONSOLIDAREA UNEI STRUCTURI DIN ZIDĂRIE DE CĂRĂMIDĂ
În prezentul capitol este prezentată consolidarea unei clădirii de patrimoniu P+2E cu pereți structurali din zidărie nearmată și planșee din lemn prin două metode:
Consolidarea prin folosirea planșeului de lemn pe post de cofraj și turnarea unui planșeu de beton cu grosimea de 13 cm (rigidizarea structurii în plan orizontal);
Consolidarea zidăriei folosind cu pânze din fibre de carbon.
Date generale despre obiectiv:
Anul construcției: 1935;
Funcțiune: clădire rezidențială;
Clădirea este amplasată în orașul Constanța, iar accelerația de vârf a terenului din zona este ag= 0,20 g;
Structura este identică la toate nivelurile și este alcătuită din pereți structurali din zidărie simplă nearmată și planșee din lemn rezemate pe pereți;
Grosimea pereților exteriori: t1 = 42 cm;
Grosimea pereților interiori: t2 = 25 cm;
Structura este modelată cu pereți cu secțiune dreptunghiulară
În urma etapei de evaluare calitativă rezultă următoarele aspecte:
Clădirea este în curs de exploatare, finisată complet;
Nu există planurile inițiale ale clădirii;
Nu există informații cu privire la comportarea structurii la cutremurele majore din anii 1940, 1977;
Nu sunt vizibile degradări sau deteriorări ale structurii;
A fost întocmit releveul de arhitectură al structurii, conform Figura 5.1.
Figura 5.1 – Plan parter
Metodologia de nivel 2 se aplică tuturor clădirilor cu pereți structurali din zidărie nearmată cu planșee fără rigiditate semnificativă în plan orizontal, indiferent de zona seismică și de regimul de înălțime.
Metodologia de nivel 2 constă în:
evaluarea calitativă detaliată;
evaluarea prin calcul cu metode liniar elastice, pentru efectele acțiunii seismice în planul pereților și pentru acțiunea seismică perpendiculară pe planul pereților.
Evaluarea calitativă a clădirilor din zidărie pentru metodologia de nivel 2
Rezultatul analizei calitative:
R1 =
Evaluarea cantitativă a clădirilor din zidărie prin calcul liniar elastic utilizând spectre de răspuns
Evaluarea încărcărilor seismice s-a realizat conform codurilor de proiectare seismică P100-1/2013 – Prevederi de proiectare pentru clădiri și P100-3/2008 – Prevederi pentru evaluarea seismică a clădirilor existente.
Perioada fundamentală de vibrație a clădirii în direcția considerată, T1, necesară pentru stabilirea valorii spectrale de proiectare Sd, se poate calcula cu expresia:
T1 = kT * H3/4
kT = 0,045 pentru structuri cu pereți de zidărie
H etaj = 3,50 m → H tot = 10,50 m
T1 = kT * H3/4 = 0,045 * 10,50 3/4 = 0,26 s
Este satisfăcută următoarea condiție:
TB= 0,07 s < T1 = 0,26 s < TC = 0,7s → factorul de amplificare dinamică maximă a accelerației: β(T) = β0 = 2,75
Se consideră spectrele răspunsului elastic cu ordonatele nereduse prin factorul q .
Se (T) = = 0,20g * 2,75 = 0,55 g
Determinarea valorii de proiectare a forței tăietoare de bază (Fb) pentru calculul liniar elastic prin calcul modal bazat pe spectrul de răspuns se face cu precizarea că spectrul de răspuns elastic se corectează, conform P 100-1/2013, Anexa A, A.5, prin înmulțire cu coeficientul η, determinat admițând că fracțiunea din amortizarea critică este ξ = 8%.
Factorul de corecție:
η = = = 0,88 > 0,55
Spectrul de răspuns elastic corespunzător unei alte fracțiuni din amortizarea critică (ξ = 8% ≠5%):
Pentru T = 0,26 s > TB = 0,07 s
Se (T) = Se (T) * η = 0,55g * 0,88 = 0,48g
Rezultă ordonata spectrului de proiectare:
TB = 0,07 s < T1 = 0,26 s → Sd = Se / q, unde:
Valoarea factorului de comportare al structurii q se ia funcție de natura structurii și a materialului din care este realizat. Astfel, pentru structuri din zidărie simplă nearmată: q = 1,5
Sd (T1) = Se / q = 0,48g / 1,5 = 0,48 * 9,81 / 1,50 = 3,14 m/s2 5,395 m/s2
Evaluarea prin calcul a siguranței seismice a clădirilor din zidărie, în prezența încărcărilor verticale (permanente și utile), implică două categorii de verificări:
– verificarea ansamblului structurii și a pereților structurali pentru acțiunea seismică în planul pereților;
– verificarea pereților pentru acțiunea seismică perpendiculară pe plan.
Verificările ulterioare se referă numai la starea limită ultimă.
5.1 EVALUAREA CLĂDIRII
La construcțiile existente, în special la monumentele istorice, gama de planșee este mare, iar multe dintre ele nu formează o diafragmă plană orizontală.
La clădirea de patrimoniu P+2E, planșeul este realizat din lemn, cu grinzi dese, la 50 cm distanță, cu tavan suspendat pe șipci și trestie (conform figura 5.2). Acest model structural de planșee nu formează șaibe rigide, și astfel nu asigură o conlucrare spațială între zidurile portante de cărămidă la acțiunea forțelor seismice orizontale.
Figura 5.2 – Planșeu de lemn
Date referitoare la zidărie:
zidărie plină din argilă arsă (γzid = 18 kN/m3);
dimensiuni element zidărie: 240x115x63 mm;
rezistența medie de compresiune: 7,5 N/mm2;
mortar de var-ciment tip M2,5 (2,5 N/mm2);
peretele este tencuit pe ambele fețe 2 cm, rezultă o greutate tencuială de 2*0,02m*20kN/m3= 0,8 kN/m2 perete;
Evaluarea clădirii în situația existentă s-a realizat prin introducerea în programul de calcul structural ETABS. Ansamblul structural este descris într-un sistem triortogonal, unde axele X și Y descriu planul orizontal, iar axa Z este perpendiculară pe acestea și descrie planuri verticale (normală la planul structurii).
Figura 5.3 – Introducerea structurii in programul ETABS – vedere în plan
Figura 5.4 – Introducerea structurii in programul ETABS – 3D
S-a considerat în calcul un model spațial compus din pereți modelați cu element 2D panouri, considerate indeformabile în planul lor. S-a luat în considerare conlucrarea între pereții de zidărie. Aceștia au fost definiți …. Cum planșeul intermediar are structura din lemn, acesta nu a mai fost modelat în programul de calcul deoarece nu rigidizează structura în plan orizontal și nu are un aport în preluarea forțelor seismice orizontale.
Figura 5.5 – Valoarea momentului pe perete Figura 5.6 – Valoarea efortului axial pe perete
5.2 CONSOLIDAREA CLĂDIRII CU PLANȘEE DIN BETON ARMAT
Este cunoscut faptul că o construcție cu planșee din beton armat se comportă mai bine la un cutremur decât una cu planșee din lemn. Pentru proiectarea unei consolidări antiseismice optime, este necesară, în primul rând, rigidizarea structurii în plan orizontal. Se ia în considerare folosirea planșeului de lemn ca și cofraj pentru turnarea unor plăci din beton armat la toate cele 3 niveluri ale clădirii; peste parter, peste etajul 1, peste etajul 2.
Planșeele sunt elemente de rezistență care lucrează la încovoiere pe una sau două direcții, în funcție de raportul dintre laturi. În vederea asigurării unei comportări spațiale solidare a ansamblului structural este necesar ca planșeele să prezinte rigiditate ridicată în plan.
5.3 CONSOLIDAREA CLĂDIRII CU PÂNZE DIN FIBRE DE CARBON
Clădirea de patrimoniu cu pereți structurali din zidărie nearmată și planșee din lemn se consolidează prin utilizarea pânzelor din fibră de carbon.
Metoda constă în aplicarea de fâșii din pânze din fibre de carbon cu lungimea de 1,00 m la fiecare intersecție de pereți, pe ambele fețe ale acestora (interior și exterior), după cum urmează:
Proprietățile pânzelor din fibre de carbon:
Greutate: 230 g/m2 = 0,23 kg/m2
Grosimea fibrelor: t = 0,13 mm;
Densitatea fibrelor: γ = 1,76 g/cm3 = 17,25 kN/m3
Rezistența la întindere a fibrelor: f yd = 4 300 N/mm2;
Modulul de elasticitate longitudinal, în lungul fibrelor: EL = 238 000 N/mm2;
Modulul de elasticitate longitudinal, perpendicular pe direcția fibrelor: EP=11 000 N/mm2;
Modulul de elasticitate transversal al fibrelor: GF = 10 385 N/mm2
Coeficientul lui Poisson: υ = 0,3
Elongația la rupere a fibrelor: ε = 1,8 %
Orientare fibre: unidirecțională;
CAPITOLUL 6: CONCLUZII
Monumentele istorice formează o categorie aparte de clădiri. Majoritatea sunt încadrate astfel prin vechime și arhitectură, având valoare incontestabilă de patrimoniu, Reabilitarea și consolidarea unei clădiri monument istoric este o provocare, prin prisma faptului că trebuie mărită capacitatea portantă locală/pe ansamblu și asigurarea siguranței la seism în condițiile unor lucrări care să nu pericliteze valoarea imobilului.
Lucrările de consolidare consacrate, clasice, se realizează cu costuri mari, tehnologie umedă (betonări, tencuiri), necesită timp îndelungat de lucru, și nu în ultimul rând măresc greutatea proprie a elementelor. Din aceste motive se caută soluții alternative.
În ultimii ani, proprietățile fibrelor de carbon au crescut datorită cererii de materiale mai rezistente și mai ușoare. Ca raport rezistență/greutate, este cel mai bun material ce poate fi folosit la scară industrială. Au fost folosite pentru prima dată în industria aerospațială, ulterior utilizarea lor s-a extins către alte domenii.
În urma prezentului studiu, efectuat pe cele șapte monumente istorice, s-a concluzionat că soluția de consolidare prin utilizarea fibrelor de carbon a fost des adoptată datorită unei mari aplicabilități ale acestora în diferite cazuri și pe diferite materiale de construcție. Sistemele de cămășuiri și consolidări cu materiale compozite se pot aplica pe toate elementele structurii de rezistență.
În categoria construcțiilor, fibrele de carbon se potrivește consolidării structurilor civile, cu mare aplicabilitate în sfera clădirilor monument. Sistemele de consolidare cu materiale compozite au o mare aplicabilitate datorită caracteristicilor sale care permit respectarea limitării intervențiilor majore asupra monumentelor:
posibilitatea păstrării arhitecturii inițiale;
adaptabilitatea în funcție de necesități;
permite alegerea materialului adecvat pentru fiecare situație în parte;
poate fi particularizat pe fiecare tip de structură;
contribuie la sporirea capacității portante a elementelor structurale;
nu se înregistrează o creștere semnificativă a greutății proprii a structurii datorită greutatății reduse a materialelor utilizate;
nu afectează spațiile utile datorită grosimii reduse a straturilor de material utilizat.
Prin utilizarea unor soluții noi de consolidare se poate respecta principiile enunțate în documentele internaționale de referință, referitoare la intervențiile pe construcții – monument istoric: lucrări non-invazive, discrete și conservative care să altereze cât mai puțin proprietățile materialelor și a structurilor existente, compatibile cu materialele existente.
Marele lor avantaj este că se pot aplica pe aproape orice formă geometrică, sunt relativ simplu de executat și nu aduc sarcini suplimentare structurii existente.
BIBLIOGRAFIE
Hollaway L.C. and Teng J.G., Strengthening and rehabilitation of civil infrastructures using fibre-reinforced polymer (FRP) composites, TJ International Ltd., Padstow, Cornwell, England
Budescu Mihai, Ciongradi Ioan-Petru, Țăranu Nicolae, Reabilitarea construcțiilor, Ed. Vesper, 2001
Agent Radu, Expertizarea și punerea în siguranță a clădirilor existente, afectate de cutremure, Ed. Fast Print, 1997/1998
Carta de la Veneția, 1964.
Carta de la Laussane, 1989.
Articol – Laurențiu Spoială, Unele observațiuni asupra alcătuirii planșeelor la monumentele istorice (cu pereți structurali de zidărie), www.monumentul.ro
Lungu D., Aldea A., Arion C., Văcăreanu R., Cutremure istorice majore în România, Revista Monumentelor Istorice nr.XXVI, 2007
M.P. 025-04 – Metodologie pentru evaluarea riscului și propunerile de intervenție necesare la structurile construcțiilor monumente istorice în cadrul lucrărilor de restaurare ale acestora
Curs – Seismologie și inginerie seismică
P100-3/2008 – Cod de evaluare seismică a clădirilor existente
Articol – Sistem compozit de consolidare, montat in șlițuri tăiate la suprafața suportului, Revista AICPS, 2013
Georghe Lanevschi – Ujj János, Arad. Patrimoniul cultural construit, Arad, 2007.
Articol – Arh. Ioan Sasu, Consolidare și restaurare Biserca Banu Iași, www.monumentul.ro
Articol – Consolidarea structurală a bisericii Sf. Nicolae din Cracovia, Polonia, www.spatiulconstruit.ro, 2015
Lungu, D., Arion C.,Clase și nivele de protecție seismică pentru monumente istorice și construcții noi, Conferința Internațională Structuri Portante Istorice, Cluj, 2012.
Ing. Vlad Petrescu, Protecția clădirilor cu statut de patrimoniu prin metode moderne de intervenție/Teza de doctorat UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREȘTI, București, 2014
Ing. Lucian Soveja, Evaluarea și reabilitarea structurilor istorice din zidărie/Teza de doctorat UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” IAȘI, Iași, 2015
Ing. Gabriela Gherghel, Studii și cercetări privind soluții de consolidare a construcțiilor avariate si urmărirea în timp a acestora/Teza de doctorat UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV, Brașov, 2011
Crișan M., Restaurarea structurală a clădirilor de cult ortodox din Tara Românească și Moldova, Ediția a 2-a revizuită, Editura Universitară „Ion Mincu”, București, 2010.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Ing. Alexandra Sofron [301558] (ID: 301558)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.