Mihai BUDESCU - Reabilitarea Constructiilor (2001)

tiEAEII-ITAI?EACONSTRIJCT L_On

MI{-JAItsUDESCUIOAN.PETRU CIONGRADINICOLAE TARANUICAN CAVRILASM II-]AELA . ANCA CIUPALAIRINA LUNGU

VESPER 2OOI

Descrierea CIP a Bibliotecii Na$onale a Roraini,eiReabilitarea construc{iilor I Budescu Mihai, Ciongradi

Ioan Petru, JEranu Nicolae, . .. - Iaqi: Vesper, 200 i2t0 p,23 cm.Bibliogr.isBN 973-96589-9-7

I. Budescu, MihaiII" Ciongradi, Ioan PetruIII" Ttuanu, Nicolae

624

Tipirit Ia Tipografia POLIROM laqi 2001

PREFATA

Cartea de fafd a fost elaborati in cadrul ProiectuluiSOCRATES-CDA intitulat,,Resources Managernent andLocal Developmenf', coordonat de Prof. Georges Balafoutasde la Aristotle University of Thessaloniki, Grecia 9i a fostpusfl la dispoziEia specialiqtilor prin Edirura VESPER.

Lucrarea se doregte un mijloc de informare generai6 asupra

modalitdfilor de reabilitare a construcpiilor eare au fostafeetate urnare a numeroaselor cauze care pot apare pe

durata existentei lor cum ar fi: efectul acfiunilorextraordinare (seismele, vdntul, alunecdrile de teren,inundafiile, varialiile mari de temperaturE, incendiile,exploziile ete.), inbitrlanirea materialetror, efeetul proceselor

tehnologice qi al agenfilor chimici, degadarea terenului de

fundare gilsau a infrastructurii, greqeli de proiectare gi deexecufie etc.

Cutremurele de pdmAnt rdmin tnsi una dintre cele maiimportante cauze generatoare de degradiri gi avarii latsatecategoriile de construcfii, cele mai vulnerabile fiind clidirilevechi, la care nu s-au aplicat m[suri specifice de protecfie.

De altfel gi la construcfiile noi, proiectate pe baraconcephrlui ductil - care sti la baza normelor ach.rale deproiectare antiseismic[ - pot aparc degradilri limitate inzonele potenfial plastice, care trebuie refrcute.

Lucrarea debuteazl, cu descrierea tehnicilor de evaluarecalitativi gi analiticd a stdrii construcfiilor gi a modului deprersntare gi de sintetizare a concluziilor evaluirilor intr-unraport de expertizl.. in continuare sunt indicate procedeeleauxiliare evaluirii gi anume diagnosticarea stdrii structurilorcu ajutorul diferitelor echipamente gi aparate de determinarea rezisten,telor materialelor gi a caracteristicilor dinamice aleconstruc,tiilor.

in capitolele urmitoare sunt preznntate produsele gimaterialele compozite moderne pentru reabilitareastructurilor, procedeele de consolidare a infrastrucfurilorn aconstrucfiilot dinaddne de clrimid5 gi piatri" a structurilordin beton armat, precum qi de reabilitare higrotermic| aclidirilor.

Un capitol special al lueririi se ocup[ de reabilitareaconstruefiilor la acfiunea seismici cu ajutorul iznl1riribazeigi prin creqterea capaciti\li de disipare a energiei indus6. decukemur.

Lucrarea este orientati astfel incit s[ rEspundi cerinfelorstudenlilor, doctoranzilor gi inginerilor constructori caredoresc si se inforrneze in acest domeniu vast gi divers alreabilitirii construcfiilor.

Autorii

CTJPRII{S

ASPECTE GENERALE1.1 REABILITAREACONSTRUCTtrLOR1.2 EXEMPLEDECAZI.3 NOIPROCEDEE DEREABILITARE STRUCTURALA1.4 REABTLTTARE HIGROTERMICA

EVALUAREA STARII CONSTRUCTIILOR2.1 NECESITATEA EFECTUARTI EXPERTIZELOR2.2 METODOLOGIT DE EVALUARE A STARTT CONSTRUCTIILOR

E)OSTENTE2.2.1 Etapeleevalu6rii2.2.2 Date inifiale2.2.3 Evalulricalitafive2.2.4 Evalu6rianalitice

2.3 RAPORTULDEDGERTTZA

SI.STEME SI APARATURA PENTRU DIAGNOSTICAREASTRUCTURILOR3.1 ASPECTE GENERALE3.2 DIAGNOSTICAREACUULTRASUNETE3.3 DETERMINAREA REZISTENTET BETONULUI PRIN METODE.

MECANICE3.3.1 Metoda amPrentei3.3.2 Metoda reculului

3.4 DETERMINAREA REZISTENTEI BETONULUT PRIN INCERCARI

DISTRUCTIVE PE CAROTE3.4.1 Extragereacarotelor3.4.2 Numirul 9i condiliile de plstrare a carotelor

3.4.3 Incercarea la compresiune a earotelor

3.4.4 lncercarea nedistructivi a carotelor3.5 METODE DE MASURARE A VIBRATIILOR. APARATURA ST

PROCEDEE3.5.1 Sisteme gi procedee de acfionare

3.5. 1.a Generatoare mecanice3.5. l.b Generatoare hidraulice3.5. 1.c Generatoare electrodinamice

pag.

1

41aLL

l5

19

2lzl22242930

3535

40404l

ia

iaNL

444446

474748505l

3.5.2 Traductori gi captori pentru misurarea vibrafiilor3.5.2.a Traductori electrici rezistivi3.5,2.b Traductori inductivi' 3.5.2.cTraductoripiezoelectrici

3.5.3 Captori3.5.3.aCaptori de for{n3.5.3.b Captori penrm vibragii

3.5.4 Aparatura pentru captarea gi prelucrarea informa{iei3.5.4.a Conversia analog-numericd3.5.4.b Prelucriri ale misur[torilor dinamice

MATERIALE COMPOZTTE MODERNE PENTRU REABILITAREASTRUCTURII,OR4.T ASPECTE GENERALE

4.1.1 Definireasistemelorcompozite4.1.2 Rolul fazelor ln stabilirea proprietifilor materialelor

compozite armale cu fibre4.I.2.aMatrieea4.1.2.b ArmStura4.1 .2.e Interfata armituri-matrice

4.1.3 Problerne specifiee utiliz6rii conrpozitelor polimerice instructurile inginereqti

4.2 FIBRE PENTRUARMAREACOMPOZITELORPOLIMERTCE4.2.1 Aspecte generale4.2.2 Fibre din sticli4.2.3 Fibre din carbon qi din grafit4.2.4 Fibre aramidice

4.3 MATRTCE POLIMERICE4.3.1 Aspecte generale

4.3.1.a Matrice polimerice termoplastice4.3.1.b Matrice polimerice termorigide

4.3.2 Tipuri de matrice polimerice termorigide utiliz-atelareabilitarea structural64.3 .2.a Raqinile poliesterice4.3.2.b R6ginile vinilesterice4.3.2.c Rdqinile epoxidice

4.4 PRODUSE COMPOZITE PENTRU REABLTTARESTRUCTURALA4.4-l Compozitele polimerice armate cu fibre din sticli4.4.2 Compozitele polimerice armate cu fibre din carbon4.4.3 Compozitele polimerice armate cu fibre aramidiee

4.5 PARTICULARITATT ALE REABILITARII STRUCTURALE CUMATERIALE COMPOZITE

5253545555555660606l

6565

66666868

687A

7A7A

71

734at)

73IJ75tj

751(}

/D

77777878

79

111

CONSOLIDAREA INFRASTRUCT URILOR5.1 ASPECTEGENERALE 81

s.2 TipuRrDEDEGRADAnral,rFLiNDATrrLoR 825.2.1 Eroziunea funda{iilor din piatrX 82

5.2.2 Mdcinarea fundafiilor si perefilor de subsol din cdrlmidd 845.2.3 Putrezirea in&astructurilor din lemn 84

5.2.4 Degradlri prin umezire a infrastrucfurilor din piatri qi

clrimidi ce au ca liant varul sau argila 84

5.2.5 Degradiri prin dezvoltarea unor taslri suplimentare 85

5.2.5.ala sclderea nivelului apei subterane 85

5.2-5.b La terenuri cu capacitate portantd scdnttl 86

5 .2.5 .e La terenuri cu stratificalie neuniformd in znna activd afundaliilor 86

5.2.5.d La cregerea incirc6rilor 865.2.5.e La demolarea conshucfiilor invecinate 86

5.3 CONSOLIDAREAFUNDATIILORDINPLATRA 875.4 CONSOLIDAREAFUNDATTILORDINBETONARMAT 89

5.5 TIPURTDEPILOTTLTTLIZATTLACONSOLIDAREA 92INFRASTRUCTI]RILOR

5.6 CONSOLIDAREA FUNDATIILOR PE PILOTI5.7 CONSOLIDAREATERENULUDEFUNDARE

5-7.1 Consolidareaterenuluiprin silicatizare5.7.2 Consolidarea terenului prin cimentare5.7.3 Consolidarea terenului prin argilizare5.7.4 Consolidarea terenului prin bitumare5.7.5 Consolidarea terenului prin alte procedee

6 CONSOLIDAREA STRUCTURIIORDINZDARIEDE CARAMIDASIPIATRA

93949596979899

6.1 ASPECTE GENERALE6,2 PRINCIPIT GENERALE DE CONSOLIDARE

6.2.1 Refacereazidiriilordislocate6.2.2 Betonarea parfiald in qtrepi cu beton6.2.3 Injectarea qi matarea fisurilor gi crdpiturilor6.2.4 Coaserea fisurilor cu scoabe din o,tel6.2.5 C[miSuireaperqilor6-2.6 Bordareagolurilor6.2.7 Legarea zonelor de colf6.2.8 lntroducerea de tiranfi6.2.9 Inkoducerea de eclise din profile metalice

103

108108109110lll111

L IJ

ltJ

114Lt6

6.2.10 Dispunerea de elemente orizontaie gi verticale din beton armat 116

6.2.11 Consolidarea structurilor din zidlrie fotrosind rnateriatecompozite armate cu fibre (CPAF) ll7

1V

CONSOLIDAREA STRUCTURILOR DIN BETON ARMAT7.T ASPECTEGENERALE T237.2 PRINCIPI GENERALE DE CONSOLIDARE 125

7 '2.1 consolidarea cu panouri din beton annat sau din ziddrie lzg7.2.2 Consolidarea cu sisteme de contravdntuire din ofel 1307.2.3 consolidarea prin introducerea unor strucfuri adiacente i337.2.4 Consolidarea prin refacerea / cregterea capacithfiiportante a

elementelor structurale 1337.3 CONSOLIDAREA CU PRODUSE DIN CPAF 137

7.3.1 Componentele soluliilor de consolidare bazatepe CpAF l3g7.3.2 Probleme speciale gi precau{ii necesare lautirizarcasistemelor

compozite de consolidare l3g7.3.3 Folosirea CPAF la consolidarea elementelor incovoiate din

beton armat VA7.3.3.a Modul de realizare a solufiei de consolidare 1407 .3.3.b Consolidare pentru sporire a capacitillii portants la

incovoiere L4l7 .3 .3 .c Consolidare penfru sporire a capacitllii portante Ia

forfecare V47.3.4 ufilizarea cPAF la consolidarea st6tpilor din beton armat 147

NOI STSTEME DE RB,ABILTTARE A STRUCTURIICIR I"A ACTIUNEASETSIIIICA8.I ASPECTEGENERALE8.2 IZOLAREASETSMICAA BAZEE

&.2.1 Reazemecinematice8.2.2 Reazenre din elastomeri8.2.3 Exemple de structuri reabilitate prktizolareabazei

8.3 CRESTEREA CAPACITATI DE DTSiP.AREAENERGIET8.3.1 Disipatori cu deformarea plasficd a ofelului8.3.2 Disipatori cu extruderea plumbului8.3.3 Disipatori cu frecare8.3.4 Disipatori v&scoelastici gi vdscogi

8.3.4.a Disipatori vdscoelastici8.3.4.b Disipatori vdscoqi

8.3.5 Exemple de structuri reabilitate cu disipatori de energie

REABILTT TERMICA A CLADIRILOR9.1 ASPECTE9.2 NECESITATEA TLITARII HIGROTERMICE

9.2.1 ScSderea ca ilor de lzr.lare termici ale materialelor9.2.2 Creqterea nive i de exigenfe privind confortul higrotennic

\xigenEe privind gradul de izolare termici

153153

155t56160r65t66t69169t7lLt I

172173

177181

18it82r829.2.3 Cregtereaniveltrlui

9.3

g.2.4 Modernizarea unor cl5diri existente

PRINCIPI'L REABILITARII HIGROTERMICE PRIN

SUPLIMENTAREA CAPACITATII DE ZOLARE

9.3.1 Reabilitarea ir:moa opac6 a perefilor exteriori

9.3.1.a Reabilitarea pe fata interioarf,

9.3. 1 .b Reabilitarea pe fala exterioarl9.3.1.e Reabiiitarea pe ambele fege

g.3.2 Reabilitarea in zonele vitrate ale perefilor exterlort

9.3.2'a Reabilitarea termicl a zoneior transparenteg.3.2.b Reabilitarea termic6 a cercevelelor

g.3.3 Reabilitarea acoperigurilor - terasi9.3.3.aReabilitarea acoperiqurilor prin inlocui re totzl|9. 3. 3.b Reabil itarea acoperiqurilor cu straturi supli mentare

g.j.3.cReabilitarea acoperilurilor prin prevederea de prpante

g.3.4 Reabilitarea planSeului peste subsol

9.3.5 Reabilitarea perelilor de subsol

MATERTALE TTNUCIZbTANTE PENTRU REABILITAREA

HIGROTERMICA A CLADIRILORsoLUT[ TEHNICE DE REABILTTARE TERMOFIZICA A'

CLADIRILOR9.5.1 Apticareatermoizolafiei suplimentare

9.5. 1.a Peretele exterior - zona opasd

9.5.1.b Peretele exterior - zona vitratd

9.5. I .c AcoPerigul - terasi9.5.1.d Planqeul Peste subsol

9.5.1.e Peretele de subsolg.5.2 Froteclia stratului termoirnlantsuplimentar

9.5.2.a Pere{ii exteriori9.5.2.b Perelii de subsol

9.5.2.c AcoPeriqul - teras6g.5.3 Sisteme achrale dL reabilitare higrotermicl a perefilor exteriori

g.5.4Efecteleeconomicealereabilitiriihigrotermiceaclsdirilor9 .5.4-aEconomia de energie datoriti reabititirii termiceg.5.4.b Durata de recuperare a investitiei pentru reabilitarea

termofizic5

t84

185

186t87i88188

189189189190190191

191L9lr92

193

196196t96197i981981981991992AZ

2432A3245245

209

9.4

9.5

ASPECTE GENERALE

1.1 REABILITAREA CONSTRUCTIILOR

Reabilitarea unei construclii se referd la readucerea in stare activd, prin

refacere, a anumitor run4iuni ale acesteia care au fost deteriorate in

procesul de exploatare din diverse carrze.

Reabilitarea construcfiilor este o preocupare permanentd a inginerilor

constructori. Explica{ia acestui fapt este asociatd atdt cu degraddrile care pot

apare in timp, ca urmare a fenornenului de imbdtrdnire a materialelor, cdt qi

ie efectete inor acyiuni extraordinare. Astfel seismele, vdntul, alunecdrile

de ieren, incendiile, inundaliile, exploziile, agen{ii chimici 9i procesele

tehnologice sunt numai o parte din factorii care pot produce avarii' O altd

cavzi.,ire tinde sd aibd chiar ponderea cea mai mare, se referd la dinamica

modific6rilor func{ionale din contextul actual.

In mod curent se intdlnesc degradiri ale construcfiilor cauzate de

imbdtrbnirea materialulut prin lepagirea duratei de vialL, apanlia

fenomenului de obosealS, curgere 1ent6, fluaj 9i din incdrcdri alternante sau

din acfiunea unor agenti chimici.

Sunt numeroase caztxTle cdnd avariile construcliilor sunt datorate

degraddrii terenului de fundare ptin creqterea nivelului panzelor

fre-atice, lipsa mdsurilor de proteclie in cazul pdmdnturilor sensibile la

umezire gi a pamanturilor cu umflari 9i contrac{ii mari, infiltra{ia apelor

pluviale'gi tehnologice sau infiltra{ia apelor ca urmare a intrefinerii

defectuoase a instafaliilor de alimentare cu ap[, de canalizare 9i de

incdlzire.

Nu sunt de neglijat nici greselile de proiectare cate pot impune procesul de

reabilitare, "rrit'u,

fi situaliile c6nd inginerul proiectant acceptd sisteme

structurale improprii, ca produs al crealiei arhitecturale, sau cazurile cdnd

Reabilitarea construcfiilor

b:*3"3T1 schimbd ulterior destinalia constructiei gi rezultd o subevaluarea rncarcanlor.

uleori, in procesul de proiectare pot apare gi erori conceptuale referitoare laalclfuirea structurald, de modelare sau chiarde calcul.

Foarte frecvente sunt gi greselile de execulie, cdnd sunt utilizate materiale decalitate inferioard, 1u.se respectd proiectui sau tehnolojiit. a. punere in

operd' Pot apare deficienfe prin solicitarea elementelor sltructurale ?nainteaatingerii parametrilor de -rezisten{6 ai materialelor sau prin efectuarea

lucrdrilor pe timp friguros fdrd mdsuri adecvate.

Indirect, construcfiile pot fi avariate gi de o serie de factori externi cumar fi: cregterea traficului din zond, iealizarea unor"construcfii noi saudegradarea sistemelor de infrastructurd, cum sunt canalizdrile,aduc{iunile de ap5 etc.

In industrie sunt numeroase procese tehnorogice cu degajdri de substanfechimice agresive (exemplu clorul, sulful etc.)"care pot uJ.ltrru procesul dedegradare, mai ales dacd umiditatea este excesivd gi lipsesc sistemele deventilare' Uneori modificSrile tehnologice pot conduce la cregterea niveluluide agresivitate chimici sau la cregteria nivelului vibraliilor. Totodatd suntcunoscute numeroase cazui de degradari provocate de avarierea utilajelor qiinstalaliilor industriale.

Acliunea seismicd rdmdne ins[ una dintre cele mai importante cauzegeneratoare de degraddri ale construcfiilor, cele mai vulnerabile fiindclddirile vechi, la care nu au fost luate mdsuri specifice de protec{ie.uneori nurndrul mare de seisme inregistrate pe durata vie{ii uneiconstruclii duc la pierderea capacitdfii portante ca unnare a oboseliimaterialului. Dar cel mai grav este atunci c6nd apar acliuni seismiceextraordinare, nespecifice amplasamenfului, care pot

"urru distrugeri in

masd ale fondului construit.

Nu trebuie uitat nici conceptul de proiectare ductil, care std labazatufurorcodurilor actuale de proiectare la acliuni seismice, ji .*. acceptd aparifia inanumite zone a degraddrilor' strucfurale tn cazul unor acfiuni seismiceputernice.

Aspecte generale

Modificarea funclionald sau schimbarea destinaliei construc{iei, chiar f6r^6

existlla urruriiloi, impune reabilitarea structurald pentru a avea sigUranld in

exploatare.

Reabilitarea structurali po ate fi r ealizatd p/rn

i. schirnbarea destinaliei clidirii;

ii. inlocuirea sau modificarea par{ial[ a construc]iei;

iii. refacerea structurald loca16;

iv. modificarea structuralS.

Toate aceste modalitdli de reabilitare sunt strict legate de starea construc{iei

gi de posibilitdfle tehnice 9i economice de intervenJie'

schimbarea de destinalie (i) este posibilS numai in cazul c6nd sistemul

struetural nu este puternic ifectat, iar prin trecerea intr-o clas[ inferioard de

importanld sunt satisfdcute cerinlele de siguranld'

Inlocuirea sau modificarea parliald (1i)poate insemna eliminarea definitiva

a unei pdrfi a conJtrucliei-(de exemplu reducerea numdrului de niveluri,

pastrarea numai a faladeloi etc.) sau, dac6 sistemul structural permite,

iefacerea integrali a unor pdrfi din construcfia avaiatd'

Refacerea structurald locald (consolidarea) (iii) este aplicabila in situalia in

care numai anumite elemente ale structurii sunt avariate 9i pot fi aplicate

masuri obignuite de interven{ie. ln acest mod, schema staticd a structurii nu

se modificd iar prin intervenlie se reface capacitatea portanta a elementelor

avariate.

Modificarea structurald (iv) poate fi in{e1eas6 in mai multe moduri:

. introducerea unor elemente constructive adiacente care impreund cu

structuraexistentdformeazdunaltsistemstructural;

.schimbareaconceptuluistructuralprinalteprocedeecarepotconduce la cregterea siguranfei in expl'oatare, cum ar fiizolateabazei

pentru structurile amplasate in zone seismice'


In reabilitarea structurali trebuie parcurse o serie de etape:

i. expertizarea clddirii care constii in:

- relevarea st6rii sistemului structural,

- diagnosticareastiirii materialelor atilizate,

- diagnosticareaexperimentalE,

- diagnosticarea analitici a structurii;

ii. stabilirea mdsurilor de intervenliegi proiectarea lor;

iii. execulia reabilitdrii structurale (consoliddrii);

iv. diagnosticarea experimentald a sistemurui reabilitat.

o parte din aceste etape nu sunt totdeauna obligatorii, ele fiind determinated:.:?t"1 construcfiei,.de importanfa acesteia, d. -ar*it, de intervenfiestabilite de specialigti gi propunerile acestora.

1.2. EXEMPLEDE CAZ

Degi in literatura de specialitate sunt descrise numeroase constnrcfii avariategi modalitdfile de intervenfie penhu reabilitare, r" prrrirria in continuarenumai unele exemple reprezentative din experienfa auiorilor.

Atunci cdnd betonul este supus unor temperaturi ridicate o perioadiindelungati

99 ,i*p se produce imbetranirea accelerati ji*utrtiutul devinemult mai friabil. un exemplu in acest sens este clddirea unei fabrici de:utoane, unde cuptoarele au.fost_amplasate prea aproape de stdlpii centrali,fErd mEsuri de izolare termicd, rrg.f.t. nfectut a-fosf cedarea stdlpilor inmomentul producerii unei ac{iuni seismice puternice [l].curent in industie existti utilaje care produc vibrafii, iar lipsa unor mdsuri deizolate locald poate genera slibirea imbinarilor dintre elemrt.f" sftrch'ale.

un exernplu tn acest sens este clddirea unui combinat chimic destinatproducerii de materiale plastice [2]. Astfel, recipientul de barbo tare a

Aspecte generale

materialului plastic a fost amplasat, din condi{ii tehnologice, la primul nivelal construc[iei, frg.l.2.a. Dupd o perioad[ de circa 15 ani de funcfionareimbindrile dintre elementele prefabricate au cedat, crescdnd astfel nivelul de

vibrafii din structuri la o valoare periculoasi. Prin introducerea unuiegafodaj de susfinere a recipientului, fundat independent de structurd, s-aueliminat complet vibra{iile, iar prin dispunerea unor reazeme flexibile a

crescut qi randamentul utilajului, frg.l .2.b.

Fig.l.1 Imbdtrdnirea betonului ca rumare a supuneriila temperaturi ridicate o perioadtr indelungati.

DESTJSTINERE GHIDA'E

Fig.l.2 Imb[trdnirea ca urnare a supunerii la vibratiio perioadd indelungatd.

a. situalia ini1ial6, b. solu{ia de eliminare a sursei de vibra{ii

b.

6 Reabilitarea construcfiilor

Avarii importante asupra constructiilor le intalnim insd in industrie gi inmod special in industria chimicd. Degajdrile de gaze in atmosferd in condiliide mediu umed formeazd, acizi care, in contact cu elementele de construcfieneprotejate, conduc la degradarea accelerati a lor.

cel mai grav efect, din punctul de vedere al construcfiilor, este ins6 celprovocat de pierderile sau deversdrile de substan{e chimice in sistemele decanalizare care, intrdnd ulterior in pdnzele freatice, atacd structurile dinspretundatii, fig.1.3, [3].

Reabilitarea construcf iilor

FUNDATIE SI STILPDISTRUSE DEAPELE AGRESIVEF

Fig.1.3 Efectele agresivit[ii apei din pdnza freatic[ pe platformaunui combinat de celulozd gi hdrtie.

unele centrale termoelectrice construite in Romania in perioada anilor'50-'60 au sala cazanelor conceputd astfel incdt structura cazanelor susfineqi acoperigul halei. La primele cazane conskuite nu s-a linut seama denivelul acliunii seismice, astfel cd dupd cutremurul dn 1977 la una dincentrale o contravdntuire qi-a pierdut stabilitatea, fig.L.4. In consecinld,grinda cu z[brele a fost antrenat[ de cazan iar efectul cel mai important afost cedarea legdturilor cu corpul intermediar al clddirii [4].

De cele mai multe ori gregelile de concepfie structural6 sunt puse in eviden!6atunci cdnd apar acfiuni extraordinare.

Degi hala din fig.1.5 cu destinafia fabricr de hdrtie a fost bine execut atd, acedat la acfiunea seismicd. ca urmare a diferenlei exagerate de rigiditate aelementelor adiacente care susfineau acoperigul, legdfurile chesoanelor au

Aspecte generale

cedat gi s-au produs deplasdri care au condus la prdbugirea lor. O parte dinchesoane s-au pr[bugit pe grinda de rulare iar altele s-au rupt gi s-au prdbugit

pe magina de fabricat hdrtie. Reabilitarea s-a fdcut prin inlocuireaacoperigului din beton armat cu o structurd metalicd gi tiranfi care sd lege

stdlpii liberi de restul structurii.

Fig. 1.4 Cedarea contravdntuirilor la un cazan de Ia

o central[ termoelectricl.

Sunt frecvente cazurile c6nd pierderile de apl din re{elele de alimentare cu

apd gi canalizdri reduc capacitatea portantd a terenului de fundare. Unexemplu reprezentativ este un bloc de locuinfe din Iaqi, frg.l.6.a, care s-a

?nclinat datoritd pierderilor de apd dintr-o canalizarc. Blocul este cu

structura in cadre gi fundalii de tip re{ele de grinzi, iar terenul a refulat insubsol, fig.l.6.b.

Reabilitarea s-a realizat prin eliminarea pierderilor de apd, blocarea

posibilit{ii de refulare a terenului gi sdparea in zona opus6. Dup6

readucerea structurii la verticald s-a rcalizat un radier general ce a inclus

refelele de grinzi existente, fig.1.6.c.

zg

8

x6IU

tr2

ftX

CfiIESON DEACOPERIS


Fig.1.5 Prrbugirea din acfiunea seismicr a chesoanelor acoperiguluiunei hale ca urmare a diferenfei de rigiditate a structurilor adiacente.

1___ \/SAPAruRA CONSOLIDARE\

TEREN

c.

Fig.1.6 Cedarea terenului de fundare ca urmare a infiltrdriiapelor dintr-o canalizar e.

a. situalia inifialS, b. refularea pdmdntului, c. structura reabilitatl

TERENSI REFULARE

Aspecte generale

Cele mai grave gre$eli de execufie, greu de evaluat, sunt cele care fac parte

din categoria lucririlor ascunse de la nivelul infrastructurilor.

Dintre numeroasele exemple intdlnite in practicd menfionbm o construcfiedin Iagi [6], cu structura in cadre din beton armat gi fundafii izolate. Astfel,in timpul execufiei construc{iei, beneficiarul a solicitat introducereapadialda unui nivel suplimentar. Pentru rcalizarea acestei cerinte, proiectantul a

mdrit dimensiunile unor funda1ii. In momentul sdpdrii pentru consolidarea

fundaliilor s-a constatat cd realizarea acestora s-a fdcut numai prin sdpare

mecanizatd, fAfi corectarea manuald a suprafefei de contact cu terenul a

blocului de fundafie, frg.l.7 .

Fig.1.7 Fundalii rcalizate numai prin s6pare mecanizatl.

Fundarea superficiald, deasupra cotei minime de inghef, poate provoca

ridicarea fundafiilor gi ced[ri locale ale construcfiei. Un inghe! cu

temperaturi sub -20oC, in mai multe zile succesive, a provocat in Iagi

diskugerea a numeroase vitrine ale spaliilor comerciale de la parterul unorconstrucfii, ale cdror parapete au avut fundalii care nu respectau addncimea

minim[ de inghe{, fig.1.8. Aceeagi situalie se intalnegte qi la funda{iilescdrilor de acces in unele blocuri de locuinfe.

De foarte multe ori, in zonele colinare, amenajdrile impun realizarea unorziduri de sprijin. Dezvoltarea rddlcinilor copacilor conduce la suplimentarea

impingerilor care de cele mai multe ori se soldeaz[ cu ceddri locale ale

zidurilor, dacd sunt din piatrd sau cdrdmidl (structuri rigide), frg.I.9(Sheffield, Anglia).

NECORECTATAIi'IANUAL @NSON-IDARE PROPUS

10 Reabilitarea construcliilor

Fig.1.8 Funda{ii realizate deasupra cotei

tLIFIARE FUNDATIE I

DIN INGHET

de inghet.

CEDAREAZIDULUI DE SPRIJIN

. cAURTVIAREA|MP|NGER|LORPROVOCATE DE DEA/ETAREARADACINILORUNUI COPAC

Fig.1.9 Cedarea unui zid de sprijin din piatr6 din impingerilesuplimentare provocate de r[dicinile unui copac.

Dintre toate acliunile care pot provoca distrugeri ale construc{iilor, ac{iuneaseismicd este cea mai importantd.

Cele mai vulnerabile la acliunea seismic6 sunt construcfiile vechi din ziddriede piatrd gi cdrimidd concepute fdrr m[suri de protecfie seismic6, mai alesdac[ au fost surprinse de mai multe cutremure pe durata lor de viafd. pentruc[ multe dintre acestea sunt monumente istorice, reabilitarea acestora

1lAspecte generale

implicd o abordare speciala, astfel inc6t prin mdsurile luate sa nu se

diminueze valoarea artisticd (de patrimonlu) [7]'

Un exemplu este intervenlia lui Lecompte du NogY Tlupra mai multor

biserici din Rom6nia, cum ar fi Trei Ierarhi, Sf. Nicolae Domnesc qi curtea

de Argeg. Dacd modalitatea de reabilitare prin demontare 9i refacere a

construcliilor poate fi consideratd ca o procedura remarcabila, dat

modificdrile arhitecturale aduse sunt considerate ca fiind negative'

La clddirile vechi, inalte qi masive, cele mai frecvente degradari la pere{i din

acliunea seismicS sunt decuplarea gpale{ilor ca ulmare a lipsei unor

elemente de cuptare capabile sA asigure. conlucrarea dintre elementele

verticale, fig. 1. 10, [8].

Fig.1.10 Degradlri specifice sffucturilor vechi din ziddtie

portant[ la ac{iunea seismicl.

Dac6 se face bilanlul numai a cutremurului din 4 martie 1977 , in condiliile

in care se analizea zd numai construcliile care au avut la baz6 norme de

froiectare qi tehnologii moderne, se constatd o diversitate de cavze care au

generat degradarea qi "hiu.

pr[buqirea unor construclii [5]'

Excluzind faptul cd acfiunea seismic[ utllizatdin proiectare nu acoperea tot

,p".rJ de caracteristici dinamice, se evidenfiazd numeroase alte cauze ale

Jegadarilor qi in special cele conceptuale. Dintre acestea se menfioneaT\i1

moddeosebitlipsam6surilorpentruoblinereauneiductilit{icorespunzitoare pentru elementele structurale' Deqi exemplele sunt

numeroase, se menlion eaz6 numai blocul de locuinle in cadre din beton

armat de la valea Cdlugdreasca, fig.1.11. Construclia a fost conceputd cu

parter flexibil, cu destiiagie comercia\d, iar celelalte trei niveluri pentru

12

locuinle. Lipsa etrierilor la stdlpii parteruluireducerea cu un nivel a construcliei [S1.


a generat cedarea acestora gi

Fig.1.1l cedarea din acfiunea seismicd a stdlpilor de la parterulunui bloc de locuinfe, insuficient freta1i.

1.3 NOI PROCEDEE DE REABILITARE STRUCTURALA

Mdsurile de reabilitare structurald, curent utilizate in practic6, au in vederecregerea capacitilii portante a elementelor sau crJgterea capacitiilii dedisipare energeticd, dac6 este vorba de structuri amplasate in zone seismice.

o prim6 posibilitate de diminuare a cantitiifii de energie indus[ de seism lnstructuid este aceea a 9re1te1ii canacitdlii de disipore-aenergiei, diferitn de

27a bazata pe incursiuni inelastice aie structurii, prin iniermediul unordispozitive speciale, fig.1.12. Acest procedeu este utilizat din ce in ce maimult la reabilitarea structurilor din zone seismice.

o altd modalitate de diminuare a cantit[gii de energie care se induce instructur5 const5 in adaptabilitatea asesteia din punct ie vedere al rigiditifii.Adaptarea structurii se-poate reari'aprin decuplur"u *oilgatori, fig.r.13,sau prin introducerea in lucru u unoi elementl, fig.r.rl, in*ambeie i'itouliirezultdnd o modificare a rigidit[.tii structurii.

Aspecte generale

DE ENERGIE

Fig. I . 12 Comportrarea unei structuri cu amortizare suplimentard [ 1 I ].

In cazul decupldrii unor elemente are loc un consum energetic, rezult6nd o

structurd cu caracteristici dinamice diferite de structura initiald, avdnd astfel

o comportare diferit[ la acfiuni seismice 9i implicit o altd capacitate de

absorblie a energiei.

Fig. 1.13 Structurd cu legdturi decuplabile [11].

K-ffi#

13

Fig. 1.14 Struchrd cu elemente de rigidizare [11].


Prin introducerea in lucru a unor elemente, rigiditatea structurii semodificd cotinuu in raport cu o anumit6 deplasare impusd elementelorde cuplare. Astfel, cantitatea de energie care se induce diferd, fiindfuncfie de rigiditatea, respectiv de caracteristicile dinamice alestructurii. In plus, prin capacitatea de decuplare a unor legdturi, are loco disipare de energie ca mdsurd suplimentald de cregtere a siguranlei inexploatare.

Disiparea energiei introdusd de seism in structurd se poate ob{ine gi cuajutorul unor sisteme inerliale. un sistem inerfial esteii cel prezentat infig.1.15, la care rolul masei suplimentare este acela de a limita deplasdrile,fiind utilizat la construc{iile inalte in scopul diminudrii deihsariloilaterale.

Fig. l.l5 Structurd cu legdturi inerfiale [l l].

Masa este amplasati pe un sistem de role care ii permite deplasarea liberd,fiind in acelagi timp cuplatd de structurE prin intermediul unor resoarte. Incazul deplasdrii structurii, masa rdmdne in repaos, generdnd fo4e derevenire ale structurii prin intermediul resoartelor.

In ultimele decenii, mai nou, pentru cregterea siguranfei in zone seismicea unor construcfii declarate monumente, se propune izolarea seismicd [9,101. Prin acest procedeu se realizeazd o supiafald de lunecare (lagerjintre infrastructuri gi suprastructurd, fig.l.16, care permite deplasirealiberd a infrastructurii fdrd ca suprastructura s6 fie anirenatd de migcareaseismicd ill]. In momentul de fafd cele mai utilizate.olagdre,; suntreazemele din elastomeri, dar existd numeroase alte sistemi pe role,elipsoizi, penduli etc.

r

I

i

I

I

l

I

I

1

I

I

iIII

I

I

Aspecte generale

Fig. l. I 6 Principiul izoldrii seismice.

a. efectele ac{iunii seismice asupra unei construclii obignuite,

b. construclie izolatd seismic

De asemenea, in ultimul timp au ap6rut 9i solulii de reabilitare bazate pe

utilizarea materialelor compozite cu matrice polimerice ll2l, care fafd de

sistemele tradilionale oferd o serie de avantaje, dintre care cele mai

semnificative ar fi:

. consolidare fErd creqterea masei construcfiei,

. rezist€nfd la coroziune,

. rezisten{e mecanice ridicate in raport cu greutatea specificd,

. aplicare simp16, fbrd dificultdli in spalii limitate,

. reducerea duratei de realizare a lucrdrilor de consolidare.

Astfel de solufii sunt aplicate in mod frecvent la consolidarea grinzilor

tablierelor gi a stdlpilor podurilor de beton armat [13, 14].

1.4 REABILITARE HIGROTERMICA

Separarea spatiului util al unei construcfii fafd de mediul ambiant, in vederea

,"iliretii unui microclimat in concordan![ cu necesitdlile specifice

activitl;ilor sau proceselor care se desf[qoarb in acest spafiu, se rcalizeazd

prin elemente de inchidere care alcdtuiesc anvelopa clddirii ltll.

15

b.

l6 Reabilitarea construcfiilor

Reabilitarea higrotermicd a unei construcfii reprezintd un ansamblu demaguri tehnice aplicate componentelor anvelopei acesteia, la care au apdrutprobleme privind calitatea microclimatului interior, cu scopul de a le sporiperformanfele in ceea ce privegte comportarea la transf:erul de caldura,corespunzitor nivelurilor de exigen{e determinate de cerinlele de confort gide economie de energie considerate cele mai rafionale pentru o anumitdperioadd de timp.

Componenta de bazd a reabilitdrii higrotermice o constituie reabilitareatermicd, prin care se urmdregte asigurarea unor calitiifi de izolarcimbundtd{ite la transfer de cdldurd ale elementelor de tnchidere.

Pe l6ng6 componenta termic6, in cadrul reabilitdrii higrotermice se poatevorbi de reabilitarea higro, respectiv imbundtd{ireirrno, elemente dec-onstrucfii sub aspectul comportdrii la difuzia vaporilor de apd, precum gide reabilitarea ventildrll, respectiv ru[ionalizarea schimbuluideLer dintreinterior gi exterior pentru a se asigura condiliile de confort gi sanitarecerute.

Reabilitarea higrotermicd a unor elemente de inchidere care alcdtuiescanvelopa unei construcfii poate deveni necesard, dupd o anumitd perioadd detimp de exploatare, din urmdtoarele cauze [15]:

. diminuarea accentuatd a calitdlilor de izolare termicE atermoizolaliilor datoritd acfiunii unor factori climatici gi deexploatare,

. cre$terea nivelului de exigenle privind microclimatul higrotermic dinincdperi, conform cerinlelor sporite de igiend gi confort aleutilizatorilor,

. cre$terea nivelului de exigenle privind gradul de izolare a anvelopeidupi o perioad6 de exploatare, din considerente economice gienergetice impuse,

. necesit&tea modernizdrii generale, determinatd de aspecte estetice,funcfionale, de rezistenf[ etc., situalie in "*i reabilitareahigrotermicd constituie doar o componentd conjuncfurald a uneireabilitdri generale, dar care se impune.

l7Aspecte generale

Principiul general al m6surilor de reabilitare termici a elementelor de

inchidire ale unei cl6diri [15] constd in majorarea rezisten{ei la transfer

termic a acestora, prin aplicare a de straturi termoizolante suplimentare, de

mare eficienld higrotermicd 9i cu durabilitate ridicatS.

Pentru zonele cu alcdtuire particulard din cadrul anvelopei, reprezentati de

suprafefele vitrate, zonele iu rosturi neetange etc., reabilitarea higfotermicd

se-poate realiza gi pe baza altor principii, urmdrindu-se insd tot diminuarea

pierderilor gi conservarea cdldurii.

BIBLIOGRAFIE

1. Orlovschi, N., Leonte, C., Ionescu, C., Budescu, M', Efectul ac{iunii

seismice a varia{iilor de temperaturd asupra comportdrii unei

structuri in cadre de beton armat, Simpozionul national

Interacfiunea construcfiilor cu mediul inconjurator v, 13, Iagi

octombrie 1978.

2. Ciongradi, I., Ionescu, C., Budescu, M., Reabilitarea sistemului de

suslinere a convertorului de material plastic de pe platforma

Sivinegti, Proiect I.P.Iagi, 1980'

3. Mihul, A., orlovschi, N., Budescu, M., studiul rdspunsului seismic

al unor structuri speciale din industria hartiei 9i celulozei,

Combinatul din Brdila, Studiu I.P.Iagi, 1977.

4. * * *, CET Borzegti, Expettizdtehnic[, ISPE, 2000'

5. * * *, Cutremurul de pdmdnt din Romania de la 4 mattie 1977,

Editura Academiei, 1982.

6. Ciongradi,I., Budescu, M., Biserica Evanghelicd Ia$i, Proiect 1992.

7. Budeicu, M., Ciongradi, I., Ciupal6, A.M., Proposal of Intervention

in order to Rehabiiitate The Resistance Structure of "Trei Ierarhi"

Monastery" Buletinul I.P.Iaqi, Tomul XL (XLN), Fasc' l-4,1994'8. Negoita, Al., Aur, v., Budescu, M., cOmpOrtarea materialelor 9i a

"o*trorliilor din zidane portant[ din municipiul IaPi, Buletinul

I.P.Iagi, Tomul XXIV (XXVtrI), Fasc.3-4,1979'g. Skinner, R.I, Robinson, W.H., McVerry, G.H', An Introduction to

Seismic Isolation, John Wiley & Sons, England, 1993

10. Kelly, J.M., Earthquake-resistant Design with Rubber,

Spriner-Verlag, London, 1997.

2"ded.,

l8

11.

12.

13.

Reabilitarea construcliilor

Budescu, M., contributii privind izorarea seismicd a structurilor ,teza de doctorat , Institutul politehnic Gheorghe Asachi Iasi , 19g4.

]Tanu, N., Isopescu, D., Structures Made of Composite Materials,Editura Vesper, Iagi, 1996.Neale, K.W, Labossiere, p., Advanced Composite Materials inBridges and structures", 1" International conference, Ed. euebec,1992.crasto, A.s., Kim, R.y., Mistretta, J.p., Rehabilitation of concrerebridge beams with externally-bonded composite plates. part tr -International sAMpE symposium ana niniuition (lroceedings),Yol.4I,1996.Gawilag, I., Fizica construcfiilor. Reabilitarea higrotermicd aclddirilor. Editura Cermi, Iagi, 1999.

14.

15.

EVALUAREA STARII CONSTRUCTIILOR

2.1 NECESITATEA EFECTUARII EXPERTIZELOR

Sunt multe situafii tn care proprietarul, beneficiarul sau administratorul unei

construcfii are obligafia sau dorinfa de a cunoaqte starea clddirii 9i de aevalua capacitatea sa de a rezista la diverse acliuni, fapt care poate fi catzatde degraddrile apErute in structura de rezistentd ca urmare a vechimii sale

sau de diversele modificdri gi transform[ri func{ionale sau tehnologice care

necesitd interven{ii.

Evaluarea stdrii unei construc{ii implicd verificarea gi cercetarea st6rii

acesteia de c6tre un specialist cu temeinice cunoqtinle in domeniu,

recunoscut/atestat oficial de autoritatea publicS, numit expert. Expertiza unei

construclii se incheie cu o lucrare denumitd raport de expertizd in care sunt

consemnate constatdrile, concluziile qi propunerile expertului privind starea

construcfiei gi deciziile de interventie cele mai potrivite din punct de vedere

tehnic Ai economic necesare a fi luate de beneficiar.

Cele mai intdlnite situalii de iniliere a unei expertize sunt:

i. schimbarea destinaliei construc{iei sau a unei pdrfi/incdperi a acesteia

datoritd mai multor cavze gi anume:

- modificarea funcfionalului (amenajarea sau crearea de subsoluri,

supraetajdri gi mansardlri, desfiinlarea sau practicarea de goluri ?n

pere{ii structurali, de rigidizare, de inchidere sau de compartimentare),

- inlocuireafmbundt6lirea proceselor tehnologice din clSdirile destinate

indusfriei, schimbarea- gi/sau reamplasarea echipamentelor,

modificarea ?nc[rcdrilor utile, modificarea caracteristicilor utilajelor,

cregterea nivelului vibraliilor, schimbarea fiaseelor instala{iilor etc.;

ii. apari[ia de defecte (vicii) la structura de rezistent6 din cauza unorgregeli de proiectare, a executiei necorespunzdtoare sau a exploatdrii

(inhe{inerii) defectuoase a construcJiei, precum 9i degraddrii 9i

20 Reabilitarea construcf iilor

tasirilor inegale ale terenului de fundare, coroziunii, condensului,fenomenelor- de .inghe['dezgfie[, diferenleior mari de temperatur{modificdrii in timp a rezistenfei gi capacitifii de defo'rmare ;materialelor de construcfie, efectelor oboselii materialelor, vibraliilorgi traficului;

iii' sesizarea de citre organismuVpersoana care exploateazi cl6direa saude cdtre inspectorii autoritdlii publice a situafiilor in care uneleelemente structurale sunt subdimensionate sau c6 inc6rc6rile deexploatare sunt mult mai mari decdt cele de proiectare;

iv. aparifia unor imprejurdri in care construcfii sau tehnologii aldturateclddirii pot cauza acesteia diverse degraddri (de exemplu, un castel deapd' avaiat se poate prdbugi peste conitrucfiile invecinate);

v' apan[ia unor avarii importante datoritii calamitafilor naturale (v6nturiputernice, inundafii, alunecdri de teren, prabugiri de mine sau decavit?i{i, cutremure) sau altor cauze (incendii, expiozii).

un caz deosebit il reprezintd consfiucfiile amplasate in regiuni seismicepentru care actele normative din multe 16ri impun ca tofi proprietarii sdefectueze evaluarea lterii (expertizareaj structuilor d; iezisteng aleconstuc{iilor care au fost supuse unor ac{iuni seismice putemice. cu acestprilgj se stabilesc gradul gi modalrtifile de asigurare'a construcfiilor inconformitate cu normele/codurile de proiectare in vigoare gi evenfuale misuride interventie penftr cre$terea nivelului de siguranfd ia acliunea seismici.

Reabilitarea seismicd a clddirilor istorice tebuie precedatii de o bogatidocumentare, de o atentd evaluare a acestora gi a amitasamentului p"

"uri *

gdsesc precum gi de o planificare minufioasd a integii activitdfi de reabilitare.Toate acestea firnizeaza date cu privire la istoricil clddirii, la cei care aulocuit in ea, la utilitiifile pe care le-a awt de-a lungul ti-plrri gi, cel maiimportant lucru, oferi indicii referitoare la ceea ce trebuie reparat sau pistatpe durata reabilitirii gi a elementelor asupra crrora se poate inLrveni.

Documentarea include studiul istoricului gi a evolufiei in timp a clddirii dindocumente scrise gi fotografii, urmatd de examinarea propriu-zisi a clddiriiprin fotografierea interiorului, exteriorului gi a amplaru*r'"toiui acesteia. Deasemenea, se evalueazi materialele inifiale, caracteristicile acestora.

Evaluarea stirii construcfiilor

finisajele etc. precum gi modific[rile suferite in timp. Aceste modificdri potface parte integrantd sau nu din caracterul istoric astfel inc0t ele trebuieanalizate cu mare atenfie inainte de inceperea operafiei de reabilitare 9ipentru a decide care elemente necesitd repararea gi care trebuie inlocuite.

La intocmirea proiectului de reabilitare se stabilesc care materiale, elemente

caracteristice gi finisaje trebuie protejate pe durata reabilitdrii gi se hotdr[;teordinea logicd de desfdgurare a operafiei de reabilitare.

Protejarea unui edificiu istoric se bazeazd in parte pe conservarea

materialelor de construcfie, a caracteristicilor care asiguri caracterul istoricgi arhitectural al intregii clSdiri. Aceste insugiri diferd de la o clddire la altagi se referd la materiale (piafid, c6rdmid6, lemn, gips, alamd), trdsdturicaracteristice exterioare (porticuri, elemente decorative, ferestre,

acoperiguri), spalii interioare (vestibule, auditorii, sdli) etc.

Inainte de inceperea reabilitdrii, trebuie identificate deci acele materiale 9icaracteristici care sunt importante gi trebuie conservate pe durata reabilitdrii.

2.2MNTODOLOGII DE EVALUARE A STARII CONSTRUCTIILOREXISTENTE

2.2.1 Etapele evaluirii

in literatura de specialitate sunt prezentate mai multe proceduri

(metodologii) de apreciere a stdrii construcfiilor existente 11,2,3, 4, 5l care

sebazeazdpe cdteva principii comune qi anume:

a. evaluarea stdrii unei construcfii se face in etape succesive, din ce in ce

mai complexe, pentru o cunoagtere c6t mai aminunlitd 9i mai exactd a

condi{iilor tn care se aflI gi frrncfioneazd elementele componente

structurale gi nestructurale ale clSdirii;

b. procesul de evaluare se desfdgoarfl, in general, pe mai multe niveluri:

. stabilirea datelor iniliale dtn analiza documentafiilor existente

privind construcfia gi din prescripfiile tehnice valabile la data

execuliei, relevee etc.,

2l

Reabilitarea constructiilor

. evaluarea preliminarA calitativb, prin observdri directe (in situ),analize vizuale, inspecfii Ia fa[a locului,

. evaludri calitative suplimentare, amdnunlite, prin sondaje,decopertdri etc.,

. evaluarea preliminard/aproximativd, analiticd,,

. evalu[ri analitice detaliate, de complexitate ridicatd;

c. procedurile de evaluare menfionate pot fi abordate independent - cdteuna - sau succesiv, cdte doud sau mai multe, funclie de informafiile gidatele obfinute in etapele anterioare.

Dup[ cum se observd in fig. 2.1, procesul debuteazd prin strdngerea datelorinifiale urmatd de evaluarea preliminar[ calitativd gi, dacfl se considerdnecesar, de evaluarea preliminard analiticd.

Evaluirile inifiale conferd primele date despre starea conskucfiei gi astructurii de rezisten[d pe baza cdrora expertul gilsau beneficiarul pot hotdricontinuarea evaludrilor detaliate, suplimentare. Trebuie de menlionat c6aceastd decizie este stabilitd gi funcfie de gradul de protecfie preconizatpentru construcf ia expertizatd.

Rezultatele evaludrilor sunt prezentate intr-un raport de expertizd careinclude recomanddrile gi propunerile de intervenlie (de exemplu reparafii,consoliddri, schimbarea destinaliei clddirii, demolarea parliald sau totald) qi,la cerere, studii privind costul intervenliilor.

Aplicarea succesivd a unor proceduri de evaluare din ce in ce mai evoluategi rafinate se numesc "filtre" sau "site" iar aplicarea 1or se realizeazdpebazaunei metode denumitd meto da fi ltr dril or succ esiue (screening method).

2.2.2 Date inifiale

Datele inifiale reniltd din informafiile ob{inute urmare analizeidocumentelor existente la beneficiar, proiectant, in arhivd: proiectul inilial,cartea construcfiei, studiul geotehnic, baza de date privind urmdrireacomportdrii construc{iei, informa{ii furnizate de administrafie privindexploatarea gi comportarca la cutremurele anterioare sau la alte actiunineprevdzute sau deosebite.

Evaluarea stlrii construcfiilor

EVALUAREA CALITATIVAPRELIMINARA

Inspectii la fata loculuiStabilirea caracteristicilor materialelor

EVALUAREA ANALITICAPRELIMINARA

Scheme de calcul simplificateMetode de analiza curente

EVALUARI CALITATIVE SIANALITICE DETALIATE

. Revederea documentatiilorr Inspectii suplimentare. Analiza materialelor. teste. Scherne de calcul detaliater Metode de al.taliza

Fig.2.l Schema de evaluare generab a stArii unei construclii existente.


Datele initiale vor cuprinde:

. perioadele proiectdrii gi execufiei construcfiei, numele proiectan{ilor giexecutantilor lucrdrilor,

. destinafiaconstrucliei, amplasament,

. descrierea construcfiei - deschideri, travee, num6r de niveluri,structura de rezistenfd gi dimensiunile geometrice ale principalelorelemente strucfurale, sistemul de compartimentare, sisteme deinchidere gi izolafii, finisaje,

. mdsura in care proiectul respectd prevederile prescripfiilor in vigoarereferitoare la conformarea gi alcdtuirea construcfiilor,

. descrierea tehnologiilor de execufie, durata gi etapele de execufie,

. intervalul de exploatare a construcfiei, interven{ii, reparalii gimodificdri ale construcfiei, anomalii, abateri qi evenimente deosebiteproduse pe durata exploatdrii etc.,

. caracteristicile materialelor din proiect (pentru beton - marca sauclasa, granulometria agregatelor, tipul gi calitatea cimentului, metodade preparaf,e etc., pentru armdturd - marca gi tipul de ofel,caracteristicile olelului rentltate din buletinele furnizorilor giincercdrile de pe gantier etc., pentru o{elul din confecfiile metalice -marca qi tipul de ofel, furnizorii, buletinele de incerciri efectuate indiverse laboratoare, suduri etc.),

o r€Zufn&tuI studiului geotehnic.

2.2.3 Evaluiri calitative

Evaluarea calitativd a unei construcfii este prima etapd a expertizdriicare se face printr-o inspectie gi examinare la fafa locului pentru a i sestabili alcdtuirea, avariile/degrad[rile/defecfiunile apdrute gi cauzeleacestora.

cu acest prilej se apreciazd dacd sistemul constructiv analizat arcasigurat gradul de proteclie corespunzdtor destinafiei gi importanfeiconstruc{iei,zonei seismice in care se afld, acfiunilor la care este supus6.

Evaluarea stlrii construc{iilor

Urmare acestui fapt se identifici constructiile care au cu certitudine nivelulde proteclie impus, cele care in mod sigur prezintd risc seismic sau la alte

acfiuni gi a celor care au un grad de protecfie incert, cu un risc poten{ial laacfiunile exterioare gi care urmeazda fi examinate prin metode analitice.

Evaluarea calitativd se face urmdrind proiectul de rezisten!5 gi de arhitecturda construcfiei gi, in lipsa acestora, pebaza releveelor care se executi odatd

cu evaluarea. Sunt situalii in care elementele structurale nu sunt observabile,

fiind ascunse de finisaje gi izolalii (termice, contra focului, fonice). De aceea

sunt necesare decopertdri sau desfaceri ale acestor proteclii pe unele porfiunipentru a se recunoagte elementele strucfurale. In general se urmdregte

identificarea urmitoarelor componente :

. elemente verticale: st0lpigori gi perefi din beton / beton atrnat, ziddrii,

. elementeprincipale gi secundare aleplangeelor: pldci, centuri, girui,ifle,

. elemente de acoperig,

. elemente prefabricate folosite gi modul de imbinare,

. sisteme de contrav0ntuire,

. scdri, podeste,

. elemente de inchidere gi de compartimentare,

. sistemul de fundare,

. elemente de finisaj gi de izolare in mdsura in care sunt fixate de

componentele structurale.

Concomitent cu depistarea (identificarea) elementelor se efectueazd, qi

releveul acestora. Releveul este sumar in cazul existen{ei documenta{iei

tehnice gi mai detaliat in lipsa proiectului. in orice situalie, relevarea

construcliei permite stabilirea poziliei gi dimensiunilor reale ale elementelorstructurale gi nestructurale gi a faptului dacd construcfia a suferit modificdripe durata exploat[rii cu gi fdr6 documentalie intocmitd 9i aprobatd de

organismele competente. Se vor precizaurmitoarele date:

. oXele construc{iei,

25


. &xele futuror elementelor, tn plan orizontal gi vertical,

. deschideri, travee, inil{imi (cote) de nivel,

. forma gi dimensiunile secfiunilor elementelor,

o Bfirr&reo elementelor din beton armat,

. pozilia gi alcdtuirea imbinbrilor dintre elementele prefabricate dinbeton armat,

. pozilia gi alcdtuirea irnbindrilor metalice.

Evaluarea calitativi urmdregte de asemenea starea tehnicd gi de conservare aelementelor gi stabilirea defecfiunilor, degraddrilor gi avariilor apErute peparcursul exploatirii construcfiei. Se vor urmdri in special urmitoareleaspecte vizibile:

deplas[ri ale construcfiei datoritd alunecdrilor de teren,

fisuri gi crdpdturi generate de tasdri diferenliate,

descrierea (cercetarea) terenului de fundare (prin foraje sau/gi sondajesau ganfuri), nivelul apelor subterane gi gradul lor de agresivitate,

existenla infiltratiilor de apd la nivelul fundafiilor din diverse cauze(alimentdri cu apd gi canalizdri defecte, accesul apelor pluviale, lipsatrotuarelor, lipsa jgheaburilor gi burlanelor etc.),

existenla scurgerilor de apd, a igrasiei gi condensului gi efectele asupraelementelor constructiei,

starea izolafiilor de orice naturd,

efectele diferen{elor/varia{iilor de temperaturb, a radiatiilor solare giciclurilor de inghef -d ezglre[,

efectele condiliilor de mediu agresiv asupra betonului gi metalului(starea procesului de coroziune - superficial, in profunzime, evolutiv -,starea sistemului de protecfie anticoroziv[, degradarea betonului giarmdturilor prin coroziune, starea stratului de acoperire a armdfuriloretc.),

Evaluarea stlrii construcfiilor

efectele acliunii unof factori biologici (de exemplu prezen{a unor

ciuperci sau microorganisme la elementele din lemn),

dezaxdri ale elementelor, secfiunilor sau imbindrilor,

inexistenfa unor elemente structurale,

efectele unor cutremure, accidente, avarii, explozii, incendii (ruperea

unor elemente sau bare, flambajul unor bare, deplasdri sau deformalii

mari ale elementelor gi structurii, fisuri mari in elementele de beton

armat sau zid6rie, degradiri ale imbindrilor metalice din cauza lipsei

unor piese de leg5turd, a sudurilor incomplete sau incorecte, a lipsei

unor guruburi sau datoritd guruburilor insuficient str0nse etc.),

starea de deformare a constfucliei (care poate rezulta 9i din mdsurdtori

topometrice),

. stafea betonului ca unnafe a degraddrilor provenite din uzurd 9i

lovituri accidentale gi modul de protecfie a armdturilor.

Degraddrile evidenliate la analiza stdrii tehnice a construcliilor sunt trecute

inrelevee ale avariilor gi defecfiunilor. Aceste relevee vor cuprinde:

. defectele, natura qi pozilia (traseul) acestora in elementele de

constructie,

. lipsa unor elemente, bare, piese, guruburi, nituri, suduri etc',

. date privind elementele dimensionale ale defectelor: deformdri (sdge{i)

gi deplasflri (dezaxdri, translalii ale structurii, deplasdri remanente),

deschiderea fisurilor gi distanlele dintre frsuri (la pereli 9i elemente din

beton, beton arrnat, ziddrll),

. gradul de degradare a betonului, addncimea stratului de beton afectat

de agenfii chimici qi fizici,

a

a

gfadul de degradare a armdturilor, grosimea stratului de coroziune,

grosimea stratului de coroziune la elementele din ofel,

porliunile elementelor din lemn afectate de umezeald, microorganisme etc.,

zonele din clddire afectate de umezeal6 9i igrasie,

27


. starea de degradare a izolaliilor hidrofuge, termice, acustice,

. starea de degradare a instalafiilor de orice naturd.

in situalia in care sunt necesare valorile caracteristicilor fizice, chimice gimecanice ale materialelor, dacd elementele nu prezintd degraddri, se potconsidera valorile caracteristicilor din proiect. in caz contrar se vor efectuadetermin6ri experimentale pentru stabilirea acestor proprietifi, precum qipozilia armrturilor in elementele de beton armat, calitateasudurilor etc.

ln literatura de specialitate (vezi cap.3) sunt prezentate in amdnuntmetodologia incercdrilor nedistructive gi distructive, in situ gi in laborator,cu prezentarea aparaturii necesare, modul de prelevare a probelor gimetodele de interpretare a rezultatelor. De asemenea, fac obiectul anumeroase studii in domeniu, stabilirea efectului coroziv al mediiloragresive asupra elementelor de construc{ie gi aprecierea evolufiei probabilein timp a acestor procese.

Alt gen de determindri experimentale in situ se referd la caracteristiciledinamice ale construc{iilor. Dupd cum este cunoscut, construcfiile suntafectate in timp de schimb5ri in structura materialelor, iar eventualeledegraddri pot conduce la sldbirea sau suprimarea unor legituri dintreelementele structurale; de asemenea pot apare modific5ri in interacfiuneadintre structurd gi elementele nestructurale gi dintre fundafii gi terenul defundare. Aceste considerente fac necesard in multe situalii stabilireaexperimentald a perioadelor gi formelor proprii de vibralie gi a amortizdrii.

Dacd se considerd cd datele din studiul geotehnic iniflal nu sunt concludente sausuficiente sau se considerd cd au apdrut modificdri ?n sfiuctura terenului defrrndare datoriti ascensiunii sau migrdrii apelor freatice sau a scurgerii celorpluviale sau din pierderile de la sistemul de canalizare, atunci este necesardrefacerea studiului geotehnic prin efectuarea de foraje (sondaje) sau decopertiripdnS la anumite addncimi funcfie de natura terenului gi importanfa construcfiei.

in conformitate cu diversele metodologii de evaluare calitativd, rezultateleanalizelor se pot sistematiza, nota gi consemna in diverse tipuri dedocumente sau formulare, care cuprind sintetic constatirile referiloare laelementele structurale gi nestrucfurale. in final, funcfie de importanfd,

Evaiuarea stirii construc{iilor

constructia poate primi wr calificativ prin care se apreciazl capacitatea sa de

rezistenld sau se caracteizeazd sub raportul riscului sau a sigUranlei.

2.2.4 Evaluirianalitice

Pe 16ngd date de decizie, evaluarea calitativd preliminard oferd 9i datele

iniliale pentru o analizd,mai detaliatd, prin calcul.

Evaluarea analiticd preliminard - mai exactd decdt o evaluare calitativd - se

bazeazd in general pe determinarea pentru intreaga construcfie, pentru

elemente sau secliuni caracteristice a unor rapoarte dintre for{a generalizatd

capabild gi forfa generalizatd necesard, pe care ar trebui sd o preia

construc{ia, elementul sau secfiunea conform normelor in vigoare la data

efectudrii expertizei. Aceste rapoarte poarti diferite denumiri - coeficient de

capacitate seismicd, grad de asigurare la acliuni seismice sau la alte ac{iuni'

O ?orfd generalizatd din expresia raporfului poate fi forla tdietoare totald (de

baz1l pentru construc{ia in ansamblu, efortgri gilsau tensiuni pentru

elemenie gi secfiuni. De asemenea, aceste rapoarte se pot exprima prin

deplasdri absolute sau deplasdri relative de nivel.

Valorile rninime admise pentru rapoartele de evaluare a siguranlei

structurale sunt precizate in noftne 9i in general sunt funcfie de

categoria/clasa de importanld a construcfiei. Desigur cd o construc{ie va

uu.u o capacitate portantd mai buni cu cdt rapoartele menlionate au valori

mai apropiate (sau mai mari) de 1.

Modelarea structurii din punct de vedere al incdrcdrilor, maselor gi

rigiditifilor se face utiliz0nd scheme simplificatoare pentru fiecare direc{ie

principald a construcliei sau modele de tip "stick" sau al rigiditd{ilor de nivel(cu luarea in considerare in rnod aproxirnativ a influenlei torsiunii). Calculul

structurii se va face la ac{iunile gravitalionale, climatice qi seisrnice cu

incdrc[rile, geometria qi secliunile reale, rezultate din releveul structurii gi

releveele cu degraddri 9i defec{iuni.

Capacitd,tile portante ale sec{iunilor caracteristice se determind cu

dirnensiunile din relevee ;i cu valorile rezistenfelor deterrninate

experimental. Dacd nu sunt degraddri, se acceptd valorile din proiect.

29


Evaludrile analitice detaliate se bazeazd pe utilizarea modelelor de calculspafiale, cu mase concentrate sau cu elemente finite qi care evidenliazd, atdtzonele degradate sau avariate din structurd cdt gi comportarea neliniar6 amaterialelor de construclie. Acliunea seismicd poate fi o accelerogramd sauun set_ de accelerograme real inregistrate sau spectre de acceleralie trasatespecial pentru amplasamentul dat. ln acest caz se poate aprecia giductilitatea efectiv[ a elementelor structurale gi a construcfiei in ans-amblu.

2.3 RAPORTUL DE EXPERTIZA

DupE cum s-a ardtat, expertiza unei construcfii se incheie printr-undocument denumit raport de expertizl" cate, in general, cuprinde urmdtoarelecapitole:

A. obiectuumotivalia/scopul expertizei prin care se indicd elementeletehnice gi/sau funcfionale care au stat la baza inigierii/declangdriiacesteia. Dacd beneficiarul cere gi moderniziri, transformari, schimbaride funcfiuni gi tehnologii etc., expertul va analiza suplimentar efecteletehnice gi eventual economice ale acestor interventii asupra conskucliei?n general gi structurii de rezistenfd in special. in acest iaz expertiza vasta la baza studiilor prealabile gi a altor documente solicitate deinvestitor gilsau autoritatea publicd pentru aprobarea fondurilor giobfinerea diverselor certificate, autonza[ii gi avize in vederea execuliei.

B. Date si informagii utilizate la elaborarea expertizei. sunt cuprinse aicitoate documentele scrise qi desenate de care a dispus expertul, deexemplu:

. proiectul conskuc{iei sau, in lipsd, releveele de arhitecturd gi alestructurii de rezistenfd intocmite in cadrul expertizei,

' studiul sau referatul geotehnic Ai modul cum a fost intocrnit: pe baza unorforaje, sondaje sau sEpdturi efectuate in cadrul expertizei gi/sau dateoblinute din studii geotehnice elabomte pentru constucfii invecinate,

. documente sau informalii privind istoricul construcfiei, comportareala cutremurele trecute sau la alte ac{iuni extraordinare, existenla unorexpertize elaborate cu aceste ocazii, date referitoare la modificdrile,repara{iile sau consoliddrile efectuate.

Evaluarea stirii constructiilor

releveele degraddrilor constructiei - perefi, tavane, fundalii, sciri,stdlpi, gnnzi,buiandrugi etc.,

notele privind rezultatele decopertdrilor 9i sondajelor efectuate la

interiorul gi exteriorul construcfiei pentru aflarea structurii de

rezisten{d sau a unor vicii ascunse,

buletinele de analizd gi referatele cu rezultatele qi concluziile

determindrilor gi incercdrilor experimentale,

. tema cu modificdrile solicitate de beneficiar - dacd este cazul -

asupra functionalului, fafadelor etc. construcliei insolit6 eventual de

documente gi avize,

. breviarul de calcul cu rezultatele analizei structurii in starea actualA,

dup6 efectuarea eventualelor transformiri cerute de beneficiar gi

dupd realizarea mdsurilor de interven{ielconsolidare, daci sunt

necesare.

Descrierea construcliei din urmitoarele puncte de vedere:

. amplasament, topografie, condifii geologice 9i geotehnice (ale

terenului), relaliile cu mediul construit,

. alcatuirea generald a construc{iei (corpuri de cladire 9i rosturi,

deschideri, travee, indl{imi), funcfionalul 9i arhitectura acesteia,

. istoria constructiei, dacd este monument de arhitecturd, istoric,

religios, turistic etc.,

. modificdri, reparafii gi consoliddri suferite,

. alcdtuirea garpantei, invelitorii, izolatiilor, trotuarelor, pardoselilor,

finisaj elor, tdmplEriei etc.,

. structura de rezistenfd, fundalii gi cota de fundare, sciri, plangee etc.

Sunt anexate planurile principale de arhitectuxd qi rezisten!5. in lipsa

acestora se prezinti releve"le de arhitecturd 9i ale structurii de

rezistenfa, fotografii, date oblinute prin sondaje sau decopertdri'

Descrierea degraddrilot gi avariilor construc(iei cu explicarea cauzelor

probabile ale acestora. Sunt anexate releveele 9i fotografiile fisurilor,

degrad[rilor gi avariilor observate.

31

C.

D.


E. Rezultatele evaluiirii calitative a construcliei care se obfin pe bazaexaminirii urm6toarelor elemente:

. proiectul de arhitecturd gi de rezistenfd gilsau releveele construcfiei pidetaliilor importante in cazurile in care nu se dispune de proiect, sauexecufia obiectiwlui nu a fost conformd cu proiectul, sau construcfiaa suferit modificdri pentru care nu existr documenta{ia tehnic6,

. releveele degraddrilor, avariilor gi fisurilor,

. inspecfia sau examinarea/amliniatald la fafa locului a consffucfiei,

. informa{iile furnizate de beneficiar sau de c6tre alte persoane cuprivire la comportarea construc{iei la cutremurele anterioare sau laalte acfiuni extraordinare.

F. Breviarul de calcul care con{ine rezultatele verificdrilor analitice alestructurii de rezistenli in mai multe situafii: actual6, cu modificdri cerutede beneficiar, cu consoliddri, cu modificdri 9i consolidiri etc. Funcfie degradul de complexitate al calculului gi modului de calcul se pot utllizaurm6toarele metode:

. metode de calcul simplificat (metoda staticd echivalentd" metoda curentd),

. metode de calcul static postelastic (metoda biograficd, metodacombindrii mecanismelor),

. metode de calcul dinamic neliniar (time history).

La stabilirea capacitdlii portante a structurii de rezistenfd gi a elementelorstructurale sunt necesare valorile caracteristicilor fizico-mecanice alematerialelor (rezistenle de rupere, de curgere, moduli de elasticitate etc.).In lipsa datelor din proiect sau in cazul existenlei incertitudinii cu privirela aceste valori sunt necesare tncercdri nedistructive (sclerometrie,sonometrie, pahometrie etc.) sau incercdri distructive (cu prelevdri decarote, cupoane de ofel etc.). ln breviar sunt menfionate dateleconsiderate in calcul gi se anexeazd,buletinele de incercdri. Sunt situaliiin care se fac Ai determiniri ale caracteristicilor dinamice ale construcfieipentru evaluarea rigiditdlii acesteia in vederea compardrii (identificdrii)cu rezultatele analitice gi a validdrii modelelor de calcul. De asemenea sepoate aprecia eficacitatea unei consoliddri prin verificarea cregteriirigiditatii construcfiei o datd cu cregterea frecvenlelor proprii de vibralie.

33

Capitolul cuprinde de asemenea schemele de calcul, datele iniliale,

incircdrile cbnsiderate, programele de calcul folosite, rezultatele 9i

interpretdrile qi comentariile lor. Notele de calcul in detaliu qi listingurile

cu rezultate sunt de reguld anexate intr-un singur exemplar'

G. Concluzii, propuneri de intervenfie. Sunt prezentate concluziile generale

ale evaludrilor calitative li analitice fiind urmate de propuneri 9i m[suri

de intervenlie considerate ca necesare pentru oblinerea nivelului de

siguranla pfopus. Masurile de intervenfie se pot clasifica astfel:

i. cu pastrarea structurii, formei 9i funcfionalului construcfiei prin

efectuarea de:

- remedieri/reparafii ale elementelor structurale 9i nestructurale

interioare 9i exterioare,

- consoliddri ale elementelor structurale sau consolidarea intregii

structuri cu scopul cregterii rezistenlei, rigiditd{ii 9i ductilitdfii(pe cdt posibilj a ansamblului structural, prin intervenlii la

elementeie existente sau prin inlocuirea sau introducerea unor

comPonente strucfurale noi.

Evaluarea stlrii construc{iilor

cu schimbarea conformafiei gi destinaliei construcfiei prin:

- diminuarea incdrcdrilor utile din construcfie / de pe planqee,

- schimbarea func{iunii construc}iei pentru a-i micqora categoria

(clasa, grupa) de imPortan{6,

- demolare a par\iald prin micgorarea numdrului de niveluri sau

indepdrtarea uttor por{iuni de construclie, inclusiv a elementelor

nestructurale interioare sau exterioare cu risc ridicat de

desprindere sau prdbuqire/cddere,

demolarea intregii construcfii, in special a clddirilor vechi, uzate

moral gi fizic, a c6ror consolidare este nejustificata din punct de

vedere financiar.

11.

Expertul prezintdmasurile propuse 9i soluliile de principiu.care urmeaza s6

fie'detaliate in proiectul de interven{ie (reparafii, consolid[ri, demoldri)'

Aceste mdsuri sunt verificate prin calcul pentru a confirma creqterea

gradului de asigurare la acfiuni exterioare cel pulin la nivelul cerut de

irescripliile ofic-iale. De asemenea expertul vaptezenta- dacd este solicitat


- 9i documentatia economicd estimativi a costurilor mdsurilor de interventiepreconizate

in final, deciziade intervenfie, amplasarea gi egalonarea rcalizhiiiin timp alucririlor apa4in beneficiarului, proprietarului sau investitorului

".",impreund cu reprezentanfii autoritdlii publice - dacd este cazul - pot lua inconsiderare gi alte criterii de intervenfie (de tip urbanistic, valoareaterenului, importanfa clddirii ca monument istorii etc.) sau pot hotiriexecufia gi a altor lucriri dec6t a celor destinate riaicarii gradului desiguranfi cum ar fi:

. schimbarea sau modemizareafunctionalului sau tehnologiilor,

. imbunrtdfirea finisajelor, inchiderilor, compartimentdrilor,pardoselilor,

. schimbarea izolafiilor, instalatiilor etc.

BIBLIOGRAFIE

l. Pielert, J., Baumert, C. and Green, M., ..ASCE Standards onStnrctural condition Assessment and Rehabilitation of Buildings",standards for Preservation and Rehabilitation, ASTM srp 125g, s.J.Kelley, Ed., American society for Testing and Materials, 1996, pp.t26-136.

2. Culver, Ch., Lew, H.S., Hart, G.C. and pinkham, C., ..NaturalHazards Evaluation of Existing Buildings", National Bureau ofStandards, U.S.A., 1975.

3. okada, T. and Bresler, 8., "strength and Ductility Evaluation ofExisting Low-Risc Reinforced concrete Buildings-ScreeningMethod", EERC 76-1, University of Califomia, Berkeley,1976.

4- Hirosawa, M., "Evaluation Methods of Earthquake ResistantProperties of Existing Reinforced concrete Buildings", JapaneseNational Committee for Earthquake Engineering", Tokyo, 1976.5. Asocia{ia Inginerilor constructori din Rom6nia, Arc& .Metoda

dedeterminare a capacit5fii portane la solicitiri gravita{ionale giseismice a construcfiilor din fondul existent,

",r ptoprntrri de mdsuri

pentru reducerea gradului de risc", Bucurepti, 1990.

SISTEME SI APARATURA PENTRUDIAGNOSTICAREA STRUCTURILOR

3.1 ASPECTE GENERALE

Diagnosticarea in vederea stabilirii stdrii construc{iilor implicd efectuarea

unor determindri experimentale la trei niveluri:

i. materialul de construc{ie;

ii. elementulstructural;

iii. ansamblul construit.

Pentru determinarea caracteristicilor materialelor utilizate in construc{ii sunt

utilizate doud metode:

. nedistructive,

. distructive.

Incercdrile experimentale pentru determinarea comportdrii elementelor

strucfurale gi a ansamblului construit se realizeazd rn situ. In mod curent,

pentru stabilirea stdrii unei construclii sunt utilizate mdsurdtorile dinamice,

care dau posibilitatea identificdrii modelului de calcul qi o diagnosticare pre

gi post reabilitare.

3.2 DIAGNOSTICAREA CU ULTRASUNETE

Yiteza de propagare a ultrasunetelor intr-un solid perfect compact (fdrigoluri sau pori) este in jur de 5000 m/s fa!6 de viteza sunetului in aer de

aproximativ 340 m/s 11,2,37, fig.3.l.

In interiorul unui solid viteza de propagare a ultrasunetelor depinde de

compactitate; cu cdt compactitatea este mai mare, viteza medie de propagare

se va apropia de valoarea corespunzdtoare unui corp perfect compact, iar cu

cdt volumul de goluri este mai mare vtteza scade.


Tgffig @)V:340m/sg

Fig.3. 1 Propagarea ultrasunetelor.a. intr-un mediu solid, b. in aer

Intr-un element din beton, viteza de propagare longitudinald a ultrasunetelor(v1) se determin[ prin mdsurarea timpului parcurs (t) de impulsul ultrasonicpe lungimea de propagare (d), astfel inc6t exist[ relafia:

V1:d/t (3.1)

Intrucdt rezistenfa betonului este legatd direct de compactitatea sa, viteza depropagare a ultrasunetelor prin beton poate da o mIsurd a rezisten{ei sale R6gi se poate stabili o rela{ie de forma:

fu: f(Vr) (3.2)

Ca urmare, cu ajutorul ultrasunetelor se pot detecta qi localiza unele defecteinterne ale betonului, cum ar fi zonele de segregare, goluri etc.

Aparatele pentru determinareavitezeide propagare a ultrasunetelor in betonsunt de mai multe tipuri, dar principiul de funcfionare este acelagi. Astfel, unsemnal ultrasonic cu frecven{a de 40 - 100 kHz este produs de un generatorde impulsuri (G). semnalul este transmis unui emiptor (E), pus in contactcu elementul de incercat , frg.3.2. Emifitorul se pune in contact cu piesa dinbeton prin intermediul unui strat subfire dintr-un material moale, de obiceise plastilina Pl. Semnalul ultrasonic este recepfionat de un receptor @),dupd care este amplificat (A) gi apoi vintalizatanalogic sau numeriJ tcl.'

-

Pentru determinarea rezistenlelor betonului din elementele structurale, sepot utiliza trei variante de rn[surare, care sunt indicate in fig.3.3,3.4 qi3.5. In frg"3.6 este prezentatd fotografia unui aparat de m[surare cuultrasunete.

b.

Sisteme gi aparaturi pentru diagnosticarea structurilor

Fig.3.2 Principiul de mlsurare cu ultrasunete.

Fig.3.3 Mdsurarea pe fe{e opuse.

Fig.3.4 Mdsurarea in zona de coll.

f1_

38 Reabilitarea constru{iilor

Fig.3.5 Mdsurarea pe aceea$i faf5.

Fig.3.6 Aparat de misurare cu ultrasunete, SDS COMPAIIY [4].

Yiteza de propagare a undelor ulhasonice este influen{atii de mai mu$ifactori qi anume [5]:

. dimensiunile elementului de construcfie,

r &rm8,reo elementului de construcfie,

. temperatura mediului inconjur[tor

Pentru a se determina rezistenfa betonului dintr-o construclie, la care vitezade propagare se mEsoar[ in alte conditii decdt cele ale unui elemelrt etalon,trebuie flcute anumite corectii.

Sisteme gi aparaturl pentru diagnosticarea structurilor

Yitezade propagare calculatd cu relatia (3.1) este valabili numai dacd:

d > 1,61, (3.3)

unde: d este dimensiunea minimd a elementului incercat,perpendiculard pe direc{ia de propagare a ultrasunetelor,

l, - lungimea de undb a vibraliilor care se calculeazd curelalia (3.4).

)u:Yrlf

in care: Vr este viteza de propagare,

(3.4)

f - frecvenla oscilaliilor.

La frecven{a obignuitd de 40 KHz, intr-un beton compact la care viteza de

propagare este Vr:4000 m/s rezult[: ],: 10 cm gi d > 1,6x10: 16 cm.

Deci, dac[ dimensiunea transversali minimd a elementului (direclie pe care

se face determinarea) este mai mare de 16 cm nu este necesar6 nici ocoreclie.

Dacd l, < d < I,6L se produc perhnbalii care distorsioneazd vitezamdsuratd, astfel cd aceasta este mai micd decdt cea reald cu circa 6-7Yo ceea

ce poate coaduce la o eroare in minus in aprecierea rezistenlei de 30-40o/o.

Dacd raportul Ls / L 10,4 , in care Ls este latura cubului pe care s-au fdcutdetermindrile pentru etalonare (uzual Ls :20cm) iar L. este lungimea de

parcurs a semnalului ultrasonic, viteza mdsuratd este mai micd decdt vitezastandard qi trebuie fdcutd o corecfie. In graficul din fig.3.7 se dau valorilecorec{iei pentru diferite rapoarte Ls I L",l2f.

La determinareavitezgi de propagare prin elementele de beton armat trebuiesi se {ind seama de prezenfa armdturilor. Dacd pe parclrsul siu impulsulintilnegte armdturi, viteza de propagare va fi mai mare decdt cea prinbetonul propriu-zis, deoarece viteza de propagare a ultrasunetului prin ofel

este de 5,6 km/s iar prin beton de 3,5 - 4,5 km/s.

40 Reabilitarea construe{iilor

\

0 0.12 0.18 0.24 0.32 0.4

rrariatia vitezei ftft r/s]

Fig. 3.7. Yaira[iavitezei de propagare a ultrasunetelor funcfie de Ls/L".

DacE tn unele cazuri particulare amrdturile nu pot fi evitate, atunci trebuiefrcut[ o corecfie a vitezeimdsurate.

Temperatura mediului ambiant in care se aflb elementul de incercatinfluenfeazd de asemeneaviteza de propagare a impulsului ultrasonic.

Astfel, la temperahri cuprinse inte +400c gi +600c se produc microfisurdri alebetonului, care degi nu conduc la o sc[dere a rezistenfei, fac s6 scad6 viteza depropagare a impulsului. La temperaturi sub 00C apa liberd din porii betonuluiingheafa iar iteza de propagare in gheafd este mai mare decdt iteza in apa,ceea ce face ca viteza mdsuratd sd fie mai mare decdt cea a betonului aflatlatemperatura standard (+200c +50c). Toate aceste corec,tii sunt detaliate inmaterialele tehnice ale aparatelor de mdsurare gi a normelor ln vigoare.

3.3 DETERMINAREA REZISTENTEI BETONULUI PRINMETODE MECANICE

3.3.1 Metoda amprentei

Metoda amprentei constd in lovirea cu o terminafie sfericd din ofel asuprafe{ei betonului si mdsurarea diametrului amprentei ob{inute. Rezistenfabetonului se stabilegte pe baza unei legdturi empirice care existd intrediametrul amprentei gi aceastd caracteristicd mecanicd.

0.5

o 0.3Jar 0.2

0.1

0


Func{ie de tipul aparatului se stabilesc curbe de etalonare care fac legdtura

dintre cele doud mlrimi. Diametrul amprentei se mdsoari cu ajutorul unei

lupe micrometrice.

3.3.2 Metoda reculului

Metoda reculului este bazatd pe energia restituit[ in momentul

impactului dintre doud corpuri. Astfel se poate aprecia rezistenfa

betonului prin mdsurarea reculului unui sistem mobil la impactul cu o

suprafald de beton. Aparatul cu care se efectueazd incetcarea se

nume$te sclerometru.

Determinarea rezistenJei betonului cu scleromeful sebazeazd pe legAtura carc

exist6 intre duritatea superficiald a betonului exprimatd cu ajutorul indicelui de

recul qi rezisten{a sa la compresiune - utilizdnd un element din beton etalon.

Grosimea stratului de beton pentru care rezultatele tncercdrilor cu

sclerometrul stnt reprezentative este de circa 3 cm de la suprafata incercatd.

Zonele in care se efectueazd determinarea rezisten{elor prin sclerometrare

vor trebui alese astfel incdt sd respecte urmdtoarele condifii:

suprafala de incercare sd nu coincidd cu direclia de turnare a

betonului sau cu fala opusd acesteia;

betonul din zona de incercare sE fie cit mai rcprezentativ pentru

intregul element, ln ceea ce privegte omogenitatea 9i calitatea;

sE cuprindd regiunile puternic solicitate precum 9i porfiunile bdnuite

a fi cu rezistenfe scdzute;

suprafelele betonului sd fie perfect plane 9i netede;

suprafafa unei zone de incercare pentru.care se determini calrtatea

betonului trebuie sd fie de maxim 400 cm" 9i de minim 100 cm-;

numdrul punctelor de incercare necesar pentru stabilirea rezistenlei

betonului intr-o singurd zond trebuie sd corespundd la cel pulin 5m6surdtori corecte;

41


vii. punctele de lncercare se vor alege astfel inc6t sE se evite suprafelelecu agregate mari, peste 7 mm, gi gdurile vizibile la suprafaf5;

viii. sclerometrul kebuie sd fie menfinut perfect perpendicular pesuprafala de incercat;

ix. suprafa,ta nu trebuie sd fie umedi.

Pentru determinarea rezisten{ei betoanelor cu alte caracteristici decit cele alebetonului etalon se vor aplica coeficienti de corec,tie 12,31.

In fig.3.8 se prezinta fotografia unui sclerometru pentru mSsurarearezistenfelor betonului prin metoda reculului.

Fig.3.8 Sclerometru Schmidt, SDS COMPAI.IY [4].

3.4 DETERMINAREA REZISTENTEI BETOI\IT]LUI PRININCERCARI DISTRUCTIVE PE CAROTE

3.4.1 Extragerea carotelor

F..rl exfragerii carotelor din elementele de construcfie se stabilegte funcliede gradul de avariere al conskuc,tiei gi de importanla ei, avdnd in vedere:

. s[ nu intersecteze amdturi - aceste zone se stabilesc pebaza,proiectuluisau pe baza m[surEtorilor nedistnrctive cu ajutorul pahomefiului,


zonele de extracfie sd fie reprezentative pentru elementul examinat,

extragerea caf,otelor dinzona cu defecte locale poate fi utilizatdnumaila precizarca caracteristicilor defectului examinat - carotele astfelob{inute nu pot fi folosite la determinarea rezistentei betonului dinelementul examinat.

Diametrul d al carotei depinde de urm6toarele:

. dimensiunea maximd a agregatului, pentru care se precotizeazdrespectarea relaliei:

d.u-a ) (3"'4)' dmaximalagregatului (3.5)

. distanla dintre armdturi (a), m[suratd in centimetri, din zona de

extracfie, pentru care se recomandd respectarea condiliei:

d"_o,e s g - du*ato.a -2. d"uro.*"e -3 (3.6)

La extragere se vor lua in considerare rezervele de rezistenfd gi nivelul de

solicitare al secfiunii, apreciate de expert. Golul produs prin forare se vaumple cu un material adecvat pentru a se reface capacitatea portant[ a

sec{iunii sl6bite.

Inilfimea carotei care unneazd a fi incercatd distructiv trebuie sd fiecuprinsi intre urmdtoarele limite:

d"u.o,a ( h"-ota ( 2' d" ro.u.(3.7)

Dacd suprafe{ele de capdt ale carotei nu rezultd din tiiere plane 9iperpendiculare pe generatoare, dupd extracJie se vor efectua remedieri prin:

. polizarea suprafelelor de capit sub un jet de apd (in cazul deniveldrilorde maxim 2-3 mm),

. tiierea suprafelelor din extremitdli cu cufite diamantate sub un jetde apd,

43

a

a


. completarea zonelor de capdt cu un liant de adaos (mortar epoxidic,mortar de ciment, pasti de sulf cu sau fdrd adaos de negru de fum)care sd indeplineascd urmdtoarele conditii:

- grosimea maximd de I cm,

- aderenfd bund labeton,

- vitezd mare de intirire,

- modulul de elasticitate apropiat sau rnai mare ca cel al betonuruidin carot6,

- rezistenfa la compresiune apropiatd sau mai mare ca cea abetonului din carotd.

3.4.2 Numirul qi condifiile de pistrare a carotelor

Numdrul carotelor extrase pentru o structurd va fi ales in func{ie deurmdtoarele criterii:

i. numdrul elementelor examinate;

ii. modul de solicitare a elementului;

iii. variafiile locale ale calitdlii betonului de la element la element gi ininteriorul aceluiagi element;

iv. amploarea avariilor produse.

La stabilirea numdrului carotelor se va fine seama gi de necesitatea oblineriiunui volum suficient de informalii.

se recomandd prstrarea epruvetelor de la tdiere pdnd la lncercare in apd latemperatura de 20-25o c, iar cu cel putn 24 de ore inainte de incercarecarotele trebuie scoase din apd gi pdstrate in aer la aceeagi temperaturd,pentru condi{ionare.

3.4.3 Incercarea Ia compresiune a carotelor

Rezistenla obfinutd la presd prin incercarea directr a unei carote nureprezintd rezistenfa betonului la compresiune datoritd unnditorilor factori:

Sisteme gi aparaturl pentru diagnosticarea structurilor

, degradarea unui strat de beton adiacent suprafefei later.ale a carotei

datoritd operaliei de carotare,

. degmdarea unui stat de beton adiacent suprafelelor de capdt ale carotei,

. existenfa, eventual, a unui strat intermediar intre platanele presei 9i

caroti cu proprietdli diferite de ale betonului,

. raportul dintre indllimea carotei gi diametrul ei.

Rezistenfa la compresiune determinatd pe carote trebuie corectatd tindndseama de urmdtorii factori:

. diametrul carotei,

. sublirimea carotei mdsuratd prin raportul hurota/4u-ta,

. straturile degradate de la extremitdli,

. procedeul utilizat Larealizarea planeitilii suprafelelor.

Rezultatele incercdrilor se consemneazd intr-un buletin de anaLizd care

trebuie sd conlind:

i. date despre skucturd;

ii. indicarea elementului din care a fost extrasd carota;

iii. direcfia de extragere a carotei fa!6 de direclia de turnare a betonului;

iv. dimensiunile carotei;

v. modul de prelucrare a suprafefelor de capdt;

vi. natura stratului de egalizare folosit (dacd este cazti);

vii. numlrul, diametrul qi orientarea barelor gdsite in carotd;

viii. rezistenla la compresiune mdsuratd direct pe carotS;

ix. valorile coeficien{ilor de corecfie a rezistenfei;

x. rezisten{ele oblinute dupd corecfii pe fiecare epruvetS;

xi. clasa gi v6rsta betonului incercat;

45


xii. prelucrarea statisticd a rez:u;ltatelor incercdrilor;

xiii. concluzii asupra incercdrilor.

3.4.4 Incercarea nedistructivi a carotelor

Incercarea nedistructivd a carotelor este necesard pentru determinareaconstantelor elastice ale betonului gi verificarea sau determinarea corelafieidintre parametrii utiliza[i la incercdrile nedistructive.

Determinarea constantelor elastice ale betonulul pe carote se face cu ajutorulmetodelor de rezonanld longitudinald gi a metodelor ulhasonice (pct. 3.2).

Dimensiunile epruvetelor utilizate pentru determinatrea constantelor elasto-dinamice prin metoda nedistuctivd a rezonanfei trebuie sr indeplineascdcondifia (3.8):

h.".ora )4.d"*o,a

iar in cazuri excepfionale se admite:

(3.8)

h.uro,a ) 3.d.".oa (3.9)

In cazul metodelor de rezonanld longitudinald epruveta se {rxeazd lamijlocul lungimii, iar in cele doud exhemitafi se dispune emi{dtorul girespectiv receptorul.

Modulul de elasticitate dinamic E6 al betonului se determind cu rela{ia:

1/Ea=4'v'f:.'^.C,oD

unde: L - este lungimea epruvetei,fL - frecvenla fundamentald longitudinald,

yo - greutatea specificd a betonului,

g - accelerafia gravitalionald,

CL - factorul de corecfie al lui Bancroft egal aproximativcu I pentrui dca.ota <0.4.hcu.ota

(3.10)

Sisteme gi aparaturii pentru diagnosticarea structurilor

3.5 METODE DE MASURARE A VIBRATIILOR.APARATURA SI PROCEDEE

Vibrafia unui sistem (construclie, funda{ie de maqini sau utilaj) poate fiprodusA de acliuni perhrrbatoare interne, cum este cazul organelor de

ma$ini in mi$care cu fezemare directd pe sistem, sau de acJiuni

perturbatoare externe, situalie in care transmisia vibraliilor la sistem se face

prio iot.t*ediul mediului de rezemafe care, Ia construclii, este terenul de

fundare iar la utilaje - elementul de construc{ie.

In analiza experimentald a vibraliilor trebuie fdcutd corela{ia dintre acfiune

gi rlspuns prin intermediul sistemului studiat. Acestb corelalie presupune

determinarea unor parametri cantitativi gi calitativi care sd poatd defini 9i

caracterizaatdt acliunea cdt gi reacfiunea [6].

Practic acestd problemd se pune diferit, functie de scopul studiului la vibrafii:

i. determinafea experimentald a rdspunsului sistemului la o acfiune

existentd gi compararea acestuia cu un etalon;

ii. detemrinarea experimentald a parametrilor cwe caracteitzeaz6 acliunea

gi compararea printr-un calcul analitic cu rdspunsul sistemului;

iii. determinarea caracteristicilor sistemului sau identificarea sa prinintroducerea unor acliuni cunoscute 9i analizarca rdspunsului

acestuia, ceea ce este specific unui laborator.

pentru a caracteriza cantitativ gi calitativ un proces oscilant, sunt necesare

o serie de utilaje, dispozitive gi aparate care sd producd o ac{iune

vibratorie, sl capteze rispunsul sistemului 9i s[ prelucreze informaliileobfinute.

3.5.1 Sisteme gi procedee de acfionare

Acliunile dinamice pot fi clasificate funclie de modul de aplicare in [7]:

i. directe, cdnd ac{iunea se aplicd din exterior, avdnd ca punct de

sprijin un punct fix, fig. 3.9.a;

47


indirecte sau inerliale, cdnd actiunea este generatd de forfe deinerlie ale unor mase in migcare, amplasate pe sistemul oscilant,fig. 3.9.b.

Producerea acliunilor dinamice se poate realizaprin mai multe procedee, cuajutonrl unor sisteme mecanice, pneumatice, electromagnetice etc.

Dispozitivele de producere a acgiunilor dinamice mai poarti denumirea degeneratoare de vibralii sau vibratoare.

3.5.1.a Generatoare mecanice

Generatoarele mecanice pot fi cu ac{ionare direct6, pe principiul bielei, fig.3.10, sau indirectd, cu masi inerliald in translafie fig. 3.li.a gi cu maleinertiale in rotalie fig. 3.1 1.b.

Fig. 3.9 Modud de acfionare in regim dinamic.a. acfionare directd, b. acfionare indirectd sau iner-tiali

Pentru producerea migcdrilor de rota{ie, la generatoarele mecanice seutlhzeazd. motoare electrice de curent continuu cu turafie variabild saumotoare hidraulice.

b.a.

Sisteme qi aparaturi pentru diagnosticarea structurilor

F(q+.an

Fig. 3.10. Generator mecanic cu acfionare directd-

Forla dinamicd F(t) in cazul unei acfion[ri directe, realizate prin intermediul

unui resort cu rigiditatea f, este datb de relafia:

49

in care:

unde:

F(t) = ti'Y1,; (3.11)

x(t)=X'sin(ot) Q.lz)

X este amplitudinea miqc[rii (a sistemului bield manivel6),

o - pulsalia migcdrii de rotafie,t - timpul.

In cazul aclionlrii indirecte, forfa dinamicd F(t) este rezultatul migc6rii unei

mase gi este in funcfie de acceleralia acesteia:

iar acelerafia este:

Amplitudinea migcdrii X(t), in cazul generatoarelor mecanice cu mase

inetiale care se rotesc in sensuri opuse, este in funcfie de pozilia masei fa16

F(q=*'a1r,

i(t)=12.x1q

(3.13)

(3.14)

RIGIDITATEA K


de centrul de rotalie r, iar fo4a dinamic6 este suma fo4elor produse de celedoud mase ?n migcare, fig.3.11.b. Funclionarea acestui sistem sebazeazd, pepozi[ia maselor in timpul migcirii de rotalie. Astfel minimul forlei se obf,neclndpazilia maselor este pe axa ce unegte centrele de rotalie iar maximul inpozilia p erp endiculard pe aceasta.

3.5.1.b Generatoare hidraulice

Generatoarele hidraulice sunt cu acfonare directi gi au avantajul cd potproduce gi migcdri aleatoare, de tipul celor seismice.

In principiu, un asffel de generator sav actuator se compune dintr-uncilindru hidraulic, o servovalv[ cu butelii de azotcompensatoare gi o pomp[de ulei. Servovalva este aclionatii electric prin intermediul unui calculatorpebaza unui program stabilit. In fig. 3.13 se prezrnthfotografia unui astfel desistem de aclionare.

F(tF2mr af os(rot)

H mr cotm r crf coslcoq

Fig. 3.11 Generatoare mecanice cu a{ionare indirecti.a. cu masa ine4iald in fansla,tie, b. cu masa inerfiald in rotaf;e

In fig. 3.12 se preztntL fotografia unui generator inergial utilizat la testareapodurilor.

b.

Sisteme qi aparaturi pentru diagnosticarea structurilor

3.5.1..c Generatoare electrodinamice

Generatoarele electrodinamice sunt construite pe principiul difuzorului' In fig'

3.14 este prezentat schematic un astfel de generator' care este compus dintr-

un elecfiomagnet alimentat cu curent continuu qi o bobini alimentat6 de la un

oscilator de pgtere. Migcarea bobinei, datoritl cdmpului magnetic, poate fi

sinusoidall sau, dup6 o lege oafecare, flrncfie de alimentarea oscilatorului'

5l

Fig. 3.12 Generator inerfial.

Fig.3.13 Generator (actuator) hidraulic produs de MTS [8].

MEMBRAMELASTICA

<) Reatrilitarea construcf iilor

SISTEMULACNONAT

Fig. 3.14 Generator electrodinamic de vibrafii.

Generatoarele electrodinamice pot fi utilizate atAt cu actionare directd c6t qicu aclionare indirect[. In fig 3.15 este prezentat un generatorelectrodinamic.

Fig. 3.15 Generator electrodinamic produs de MB Dynamics [9].

3.5.2 Traductori gi captori pentru mlsurarea vibrafiilor

In timpul unei miqcdri vibratorii a unui sistem, orice punct al acestuia poateft caractetizat prin deplaslrile, vitezele gi accelerafiile de pe diferite diiecgiisau prin starea de tensiuni gi deformalii a materialului din punctul respectiv.

ds

i*

{.a;,?

*3i:

I"$

:r&'.:,

firl'11

.ir.:1..;.d

,T

t

:*

'lrlid

:u,,*.&

'i

'.'{ji


De fapt, vibralia puncfului material se caracterizeazd printr-o varialie a

energiei mecanice, care poate fi preluati prin intermediul unor captori gi

convertitd de traductori intr-o form[ de energie mdsurabil[ (de obiceienergia electrici).

Traductorii sunt dispozitive in care are loc conversia energiei mecanice inalti formd de energie. Transformarea se poate face direct din energiemecanic[ in energie electricl, astfel de traductori purtAnd denumirea detraducto ri energetic i sau generato ri.

Varialia energiei mecanice poate fi reprezentati gi prin varialia energieielectrice, rezultdnd traductori parametric i.

3.5.2.a Traductori electrici rezistivi

Traductorii electrici rezistivi sunt traductori parametrici care transformdvariafia energiei mecanice in variagia rezistenlei electrice, ceea cecorespunde in final unei varialii de curent,

Tradnctorii tensometrici rezistivi sunt formafi dintr-o gril| realizatl"dintr-un aliaj special - ce reprezintl rezistenfa - fixati pe un suport, fig.3.16 qi fis.3.17.

Fig. 3.17 Traductor electric rezistivtridirecgional produs de

Vishay [10].

53

Fig. 3.16 Traductor electric rezistiv.

54

Plecdnd de la faptul ci rezistenfa unui fir este:

Reabilitarea construc(iilor

(3.1s)

in care: p este rezistivitatea,I - lungimea,S - aria.

atunci variafia rezistenlei unei grile de o anumiti formd gi dimensiune a unuitraductor poate fi scrisd sub forma:

AR=R.e.k

este deformaf ia specificd,

(3.16)

- constanta traductorului (se line seama de material, forma qi

dimensiunile grilei, suport etc.) care este indicatii deproducdtor.

Pentru mdsurarea varia{iei rezistenlei 4R a unui traductor eleckic rezistiv, ca

urmare a unei deformalii specifice q se utilizeazdpuntea Wheastone.

Rezistenlele traductorilor sunt cuprinse in mod curent intre 120 gi 1000 Cf;

iar deformaliile specifice care pot fi mlsurate ajung p6nd la 21%.

3.5.2.b Traductori inductivi

Traductorii inductivi fac parte din categoria traductorilor parametrici qi se

bazeazd pe transformarea varialiei unei migcdri intr-o variafie a inductanleiZ a unui circuit alimentat in curent continuu.

La mdsurdtori in regim dinamic, se lutilizeazd frecvent traductorii inductivicu miez variabil, fig. 3.18.

Pentru un astfel de traductor inductan{a bobinei este direct proporfionald cuaddncimea de pdtrundere I a miezului, de aceea traductorul poate fi utilizatqi la mdsurdtorile unde se inregistreazd deplasdri mari.

*=e.*

unde: rk

Sisteme gi aparaturtr pentru diagnosticarea structurilor

Fig. 3.18 Traductor inductiv cu miez variabil.

3.5.2.c Traductori piezoelectrici

Traductorii piezoelectrici, sunt traductori energetici 9i se bazeazd pe

proprietatea unor materiale - naturale sau ceramice - de a produce o sarcind

electricd cdnd sunt supuse unei acfiuni mecanice.

Efectul piezoelectric a fost descoperit de Pierre and Jacques Curie in 1880 9ia cdpdtat aplicabilitate abia dupd 1950 cdnd W.P. Kistler a inventatprincipiile amplificirii sarcinii electrice [1 1].

Relalia intre sarcina electricd 4 $i actiunea exterioard P este de forma:

q:k'P

unde k este constanta piezoelectricd a cristalului.

(3.17)

3.5.3 Captori

In domeniul m[surlrii vibra{iilor, se utilizeazd in mod curent captori pentru

mdsurarea forlelor, deplas drilor Si acceleraliilor.

3.5.3.a Captori de fo45

Astfel de captori au in componen{a lor un corp elastic cu comportare perfect

liniar6, a cdrui deformatie - ca unnare a unei acfiuni exterioare - este

transformatd cu ajutorul unui traductor intr-o mdrime analogd care poate fiugor mdsuratd. Pentru acfiuni statice, pot fi utilizafi 9i captori cu traductori

mecanici de deplasare de tipul microcomparatoarelor, fig. 3.19.

f,!

56 Reabilitarea constrncf iilor

Fig. 3.19 Captor de forfd gi traductor mecanic.

Ia ac{iuni dinamice, majoritatea captorilor de fo46 utilizrnzA taductori elecfiicirezistivi, inductivi saupiezoelectrici lamdsurareadeformafei corpului elastic.

3.5.3.b Captori pentru vibrafii

Captorii pentru m[surarea vibraliilor se impart in doud categorii:

i. captori cu punct fix, la care vibralia este mbsuratd in raport cu unpunct imobil (traductori inductivi);

ii. captori seismici, care funcfioneazdpe principilrl unui sistem oscilantcu un grad de libertate dinamicb format dintr-o mas6, un resort, unamortizor qi un traductor, fig. 3.20.

-f

xr(t) = xrsin(ot-O)

-f

xo(t) = Xosin{et)

Fig.3.20 Captor seismic.

Sisteme gi aparaturii pentru diagnosticarea structurilor

Migcarea masei aparatului seismic este dati de relafia:

x.(t) = X,sin(0t-@) (3.18)

unde @ este defazajul dintre migcarea suportului x'(t) qi cea a masei

aparatului seismic x,(t).

Captorii seismici fiind sisteme cu un grad de libertate dinamicd, se poate

scrie:

57

Xt=xo

p' eztup=- IgQ=--(D l-p- (3.re)

iar: X,. este amplitudinea masei seismice,Xe - amplitudinea oscila{iei,o - pulsafia proprie a captorului seismic,

e - fracliunea de amortizare critic6,

e - pulsalia oscila{iei.

Reprezent6nd rela{ia (3.1S) dintre X,/Xo qip (fig. 3.21) pentru E:0,005 ...0,5 se definesc urmdtoarele domenii:

I. 0 S co (captor de accelerafii): in care X. = p2.Xo, adicd aparatul

m6soarS o mdrime proporfionald cu acceleralia, frU;

II. 0 = co (frecvenfmetru): captorul dd un rdspuns ln amplitudine inaltdgi corespunde domeniului frecvenfmetrelor, Fn/2;

m. e > co (captor de viteze sau deplasiri): in care X. = Xo, $i, deci,deplasarea suportului este aceeagi cu a masei daq defazatd cu 7t,

ceea ce inseamn[ cd masa seismicd va rdmdne fix[ gi suportul se

migc6, @=ri.

In fig.3.22 este prezentatd fotografia seismometrului SS-1 Ranger [2], cuajutorul cdruia se pot mdsura vitezele unei migcdri vibratorii. Sensibilitateaaparatului atinge 350V/nrls, ceea ce face posibild m[surarea sau

inregistrarea unor vibralii de foarte mic[ intensitate.

(1-p')'+46'p'


Fi5.3.22 Seismometru SS-1 Ranger [12].

Cele mai utilizate captoare pentru vibrafii sunt accelerometrele, in principaldatoriti greut6fii lor mici, robustelii gi domeniului de lucru in frecvenld mare.

Majoritatea accelerometrelor moderne funcfioneazl. pe principiul captorilorseismici cu traductor piezoelectric [3, l8], fig. 3.23, iar in fotografia dinftg.3.24 este prezen[at un accelerometru produs de MVI TechnologiesGroup, USA [4].

1.0r0.0 0E 2.5 3.0r

F0.0s

6=o.to

E=o.zo

E=0.3s

6=0.50

Sisteme gi aparaturtr pentru diagnosticarea structurilor

SURUB DE TENSIONARE

CABLU+ . SUPORT

-

Fig. 3.23 Accelerometru cu taductor piezoelectric.

Fig.3.24 Accelerometru DA 120 [14].

La alegereaunui acceleromeku, cel mai important parametru este domeniulde lucru, astfel inc0t acceleratia si nu depind5 de frecvenp. ht fig. 3.25 se

prezintl o curbl de etalonare penhu accelera{ii, in care se observd zona incare acceleralia este constant[ gi care reprezinti acest domeniu.

FFECI/ENIA

Fig. 3.25 Curba de r-aspuns in frecven!5 a unui acceleromeku.

59

#tr

$

DSTORSIIJT{Iil/{DISTOFIISIUNI

60 Reabilitarea construc{iilor

3.5.4 Aparatura pentru captarea gi prelucrarea informafiei

3.5.4.a Conversia analog-numericl

La iegirea dintr-un captor se obline varia{ia unei mirimi electrice, a cdreiamplitudine este proporfionald cu mdrimea ce se misoard. Pentru a putea fimdsurat gi prelucrat, semnalul este amplificat gi apoi preluat de un convertoranalog-numeric (centrald de achizifie date) gi inregistrat pe calculator, fig.3.26. Pe baza unui program specializat semnalul numeric poate fi prelucratgi reprezentat.

CaptorAmplificatorCentrala de achizitie date -convertor analog-numeric.CalculatorProgram penfu captarea gi prelucrarea a semnalelor.

Fig.3.26 Sistemul de captare gi prelucrare a datelor.

Convertorii analog-digitali (AlD) sunt folosili pentru conversia unui semnalanalogic intr-o succesiune de numere exprimate sub formd digitaldreprezentdnd valoarea instantanee a semnalului la intervale discrete de timpprestabilite. In anumite condigii este posibil sr se obgin[ semnalul original,analogic, prin procesul reversibil folosind un convertor digital-analog(D/A). Incremenfii de timp sunt de obicei uniformi, reprezentdnd deexemplu o frecvenld de egantionare constantd,, frg. 3.27 .

Calitatea semnalului digital depinde de urmdtorii factori [6]:. exactitatea intervalelor de egantionare,

. numdrul de bili utilizafi in reprezentarea digitali,

1.

2.J.

4.5.


liniaritatea amplificatorilor analogici pentru prelucrarea semnalului,

calitatea filtrdrii semnalului inaintea conversiei A,/D.

AA A/ln nn nV\ IV

V JV \'TIMP

6l

a

a

UJzdPfo?

b.

uJ

=o:)tsJ(L

ilh 'lh

h'llrl ,.llll ilh .ilr,

l['lf]llll' .'

' ['n' Irullr

TIMP

Fig.3.27 Semnal analogic (a.), semnal numeric sau digital (b.).

Penffu conversia multi-canal se obignuiegte s[ se foloseascl un singur

convertor AID care face multiplexarea mai multor canale; in aceast6 situafie,

chiar dac[ este posibil sd se compenseze decalajul in timp inhe canale, este

de dorit s[ se foloseasc[ circuite de men{inere gi egantionare sincronizate

care egantioneazd toate canalele simultan gi pentru conversia AID rcalizatisecvenfial.

3.5"4.b Prelucrdri ale mlsurXtorilor dinamice

Odatd ce semnalul a fost ob,tinut in formd digitall folosind filtrecorespunz6toafe, foarte multe operalii ulterioare pot fi rcalizate digital. De

exemplu, semnalele accelera{iilor pot fi integrate pentru a ob,tine viteza

utilizdnd integrarea numericl directd in domeniul timp sau dacb se doregte,


b.

Fig. 3.28 Semnal inregistrat cu ajutorul unui seismometru (a.)gi analiza (spectrul) Fourier a lui (b.).

opera{ii in domeniul frecvenfd. Fiecare integrare corespunde unei impdrliricujco a spectrului Fourier.

Analizorii FFT folosesc algoritmul FFT (transformata Fourier rapid6) pentrua calcula spectrele blocurilor de date. Algoritmul FFT este un mod ehcientde calcul al transformatei Fourier discrea (DFT). Aceasta este o aproximarefinit5, discreti a transformatei integralei Fourier. Ecuafiile pentru DFTpresupun semnale reale inregistrate in timp. Algoritnii rnr ap[ca in modegal serii reale sau complexe ?n timp [6].

In fig. 3.28.a este reprezentat un semnal inregistrat cu ajutorul unuiseismometru Ranger la fundalia unui turbogen.rutot gi spectrul Fourierrentltat, fig.3.28.b, I I 5].


La o analizd in timp este important sA se aleagd o ldlime de bandd sau un

domeniu de frecven!6, ceea ce implicfl utilizarea unui filtru. Este dificil de

dat reguli precise pentru alegerea ldlimii de bandd a filtrului, dar se pot avea

in vedere urmdtoarele:

r o pentru semnale stalionare 9i in particular semnale periodice, ce -contin

componente discrete de frecvenfd spaliate egal, se indicd utilizarea

,rneilali*i de bandd constantd pe o scarA finiari de frecvenld - ldfimea

de bandd trebuie sd fie circa o cincime pdnd la o treime din domeniul

minim de frecven{ d analizat,

. pentru semnale aleatorii stalionare sau tranzitorii, forma spectrului va

h determinatd prin rezonan{e, astfel incdt lflimea de bandd va.ffebui sd

fie aleasd aproximativ o treime din ldlimea de bandd a vdrfului de

rezonant6 cel mai ingust.

In mod normal, la reprezentarea unui spectru, este utilizatd o scard de

frecven{e liniard impreund cu o 16!ime de bandd constantS'

Pentru a acoperi un domeniu de frecvenle larg poate fi selectatd o scarS

logaritmicd in frecvenle.

BIBLIOGRAFIE

1. Winden N.G.B., Ultrasonic measurement for setting control ofconcrete. Testing during concrete construction, Ed. by H.w.Reinhardt, Chapman & Hall, London, 1990.

2. Stefanescu-Goinga A., Determinarea rezistenlei betonului prin

metode nedistruciive, Exemple de calcul, Editura tehnic6, Bucureqti,

198 1.

3. Tertea I., Onef T.,Verificarea calitdlii construcfiilor de beton armat

qi beton precomprimat, Editura Dacia, Cluj-Napoca,1979'4. SDS COMPANY (www.concretendt.corn/).5. Pohl E., Priifung von Beton mit Ultraschall, Deutsche

Bauinformation, Berlin, 1 966.

6. Cyril, M. H., shoc and vibration Handbook, Fourth Edition,

McGRAW-HILL, 1995.

63

7.


Ciongradi I., Ionescu C., Budescu M., Strat L., Atanasiu G., StefanD., Severin C., Dinamica constr,uc{iilor, lucrari de laborator, U.T.,,Gh. Asachi" Iagi, 1989.MTS (www.mts.com).MB Dynamics innovates and delivers SOLUTIONS, Vibration andShock (www.mbdynamics.com/).Measurements Group (www.measurementsgroup.com/mg.htm)KISTLER (www.kistler.com/tech_theory.htm).SEISMOMETRUL SS-1, Ranger Seismometer, KINEMETRICS,USA.

13. Patrick L. W, Dynamic Force, pressure, & AccelerationMeasurement(www. endevco. com/pdfu iat_artic le s/patw_dynamicforce-2.pdf).I 0dB-STEEL (www.O I db.com/GB/HTIWOVERFRM.HTM).Ciongradi, I., Budescu, M., Albu, Gh., Analiza caracteristicilordinamice de la CET Craiova, UT lagi, 1998.Buzdugan, Gh., Fetcu, L. gi Radeg, M., Vibra{ii mecanice,Bucuregti, Editura Didacticd gi Pedagogi cd, 1982.

8.

9.

10.

ll.t2.

14.15.

18.

MATERIALE COMPO ZITE MODERNEPENTRU REABILITAREA STRUCTURILOR

4.1 ASPECTN GENERALE

4.1.1 Definirea sistemelor compozite

Progresul inregistrat in fabricarea materialelor compozite 9i anumite

dezavantaje pe iare le prezintd solu{iile tradilionale de reabilitare structurald

favoizeaz|- in prezent extinderea utilizdrii compozitelor cu matrice

polimerici (CMP) la consolidarea structurilor de rezistenfd.

Materialele compozite sunt sisteme multifazice obfinute pe cale artificiald,

prin asocieteu u cel putin dou[ materiale chimic distincte, cu interfafd de

r.p*.t clard intre componente, frg.4.l, iar materialul compus rezultat este

creat in scopul oblinerii unor proprietdli care nu pot fi obtinute de oricare

dintre componenfi lucrdnd individual.

Fig. 4.1 Fazele sistemului compozit.

a. fazacontinud (matricea), b. fazadispersd (armdtura), c. interfafa

Sistemele sunt definite drept compozite doar dacd proprietdfile fazelor

individuale diferd substanfial in raport cu cele ale materialelor rezultate in

urma asocierii. Definirea unor materiale cu termenul general de compozite

este bazati pe schimbarea sefimificativd a caractensticilor materialelor

compozite A1a a. a componentelor inifiale. Cele mai multe compozite au


fost realizate pentru a obfine materiale cu proprietd{i mecanice superioare gipentru a imbundtifi performan{ele acestora in condifii severe de solicitare.

Compozitele cuprind cel pu{in o fazddiscontinud (arm6turd) inglobatd lntr-ofazd continu[ (matrice). proprietd{ile compozitelor sunt deierminate decaracteristicile fazelor componente, distribu{ia acestora gi interacfiuneadintre ele. Aceste proprietdfi se pot evalua prin sumarea contribufiilorfracfiunilor volumetrice ale fazelor sau pot ien,irta printr-o interacliunesinergeticd, astfel cd proprietdfile nu i. pot stabili prin adilionareacontribufiilor relative. De aceea, in descrierea unui material compozit casistem, pe ldngd precizarca fazelor constituente gi a proprietdfilor

-acestora

este necesard precizarea geometriei armdturii in ansamblul sistemului.

Intrucdt la consolidarea structurilor (de rezisten{d) se folosesc aproapeexclusiv compozite din matrice polimerice armate cu fibre, in continuare sevor analiza doar aceste tipuri de materiale compozite.

S-a constatat cd apar modificdri evidente ale proprietdlilor sistemelormultifazice dacE armarea se realizeazd, crt fibre, fractiunea volumetricd dearmdturd depdgind l0o/o, iar proprietifile armdturii sunt cel pufin de 5 orimai ridicate decdt ale matricei Il].

La compozitele cu fibre continue se presupune ci armdtura este principalulcomponent portant, iar matricea indeplinegte funcfiunile de proteclie gitransfer al eforturilor intre componentele portante.

Piesa elementari a stratificatului compozit este lamela alcdtuitd dintr-unegantion de matrice gi fibre aranjate in modul in care aceste componentesunt dispuse in ansamblul produsului compozit, fig.4.2.

4.1.2 Rolul fazelor in stabilirea proprietiifitor materialelor compozitearmate cu fibre

4.1.2.a Matricea

Funcfiunile pe carc le indeplinegte matricea ?n ansamblul compozit sunturmdtoarele:

i. stabilegte forma definitivi a produsu lui realizat din materialulcompozit;

Materiale compozite moderne pentru reabilitarea structurilor

Fig. 4.ZAlcdtuirea lamelelor compozite armate cu fibre'u. ,,, u*u.e unidirec,tional[, b. armare cu re,tea ortogonalS (feseture)

ii. invelegte fibrele astfel incdt s[ le protej eze atdt in fazele de formare

ale produsului cit qi pe durata de serviciu;

iii. pdstreazd arm6turile la distanle corespunzdtoare transmiterii

"fottrrilot intre faze prin adeziune, frecare sau alte mecanisme de

conlucrare;

iv. impiedicd flambajul fibrelor deoarece fEr6 mediul continuu de

suslinere laterald armltura nu este capabib sd preia eforturi de

compresiune;

v. asigurd contribulia principald la stabilirea rezistentei qi rigidit[fii indireclie normald pe fibre;

vi. matricea constituie mediul de transmitere a eforturilor prin compozit

astfel c[ la ruperea unei fibre reincdrcarea celorlalte se poate realiza

prin contactul la interfa![;

vii. permite redistribuirea concentr[rilor de tensiuni gi deformatii evitdnd

propagarea rapidd a fisurilor prin compozit;

viii. stabilegte continuitatea transversald dintre lamelele ansamblului

stratificat;

ix. previne efectele corozive gi reduce efectele abraziunii fibrelor;

x. asigurl compatibilitatea termicd qi chimicd in raport cu materialul de

armare.

67


4.1.2.b Armdtura

Ideile principale care trebuie relinute in legdturi cu folosirea fibrelor gi rolulacestora la armarea compozitelor polimerice se referE la:

' csracteristicile unidimensionale ale fibrelor armdturii contribuie lacregterea rezisten{elor gi a constantelor elastice in principal dupddirecfia fibrelor, degi unele contribu{ii "laterale" nu sunt e*"Lrs.,

o cre$terea valorilor constantelor elastice gi a rezistenfelor compozifuluieste proporfionali cu fracliunea volumeticd de fibr6 dispusr paralel cudirectra efortului aplica! at6ta weme c6t mafricea polimericd asigurdinvelirea corectii a fibrelor gi fansferul eforturilorinfre iomponente,

. tn cazul unol anumite fractiuni vorumetrice de fibr6 gi dispunerigeometrice ale armdturii, rezistenfa gi modulul de elasticitate laintindere al compozitului cregte prin sporirea rigiditaFi relative aarmdturii fafa de matrice,

. fibrele trebuie sd aibd caracteristici geometrice uniforme, varia{iireduse ale rezistenfelor individuale gi stabilitatea propriet6filo, i1timpul operatiunilor de manipulare gi punere in oper6.

4.1.2.c Interfata armdtur[-matrice

Analiza comportdrii gi a proprietdfilor unui material compozit polimericarmat cu fibre nu se poate realizafird cunoagterea fenomrneio, gi proceselorcare a} loc la regiunea de interfa{d fibrd-matrice. Interfafa fibrd-matrice esteo regiune de tranzilie cu o evolufie gradati a proprietd{ilor. Transferuleforturilor la interfafa este posibil numai dacd intreiomponenti se realizeazdun contact molecular intim prin distan{e comparabile cu cele din materialulobignuit- [2]. Legdtura se poate reariza pe cale chimicr sau prin ac{iuneaforfelor intermoleculare. Regiunea de contact fibrd-matrice poate r, tritiaca o a Eeia fazd a compozitului, iar cedarea la interfald este de multe oricriticr pentru caracteristicile fizico-mecanice ale sistemuiui multifazic.

4.1.3 Probleme specifice utilizirii compozitelor polimerice in structurileinginereqti

Propriet5{ile compozitelor polimerice armate cu fibre (cpAF) sunt influen{atein mod semnificativ de direcfia de solicitare, cu excepfia compozitelor amrate


cu fibre scurte disfribuite aleatoriu. Ia compozitele armate unidirecfionalcaracteristicile mecanice au valori maxime in direcfia fibrelor (longitudinala) gi

minime in direcfie normald pe fibre (tansversal5). O dependen{a unghiulardasemindtoare se observd gi la proprietitile termofizice (de exemplu coeficientulde dilatare termicd sau conductivitatea termicE etc).

Armarea bidirecfionald sau multidirecfionald a CMP echilibreazd valorileproprieti{ilor fizico-mecanice. Degi mai reduse decdt valorile in direclialongitudinald, acestea menfin avantajul unui raport favorabilrezistenfd/densitate sau modul de elasticitate/densitate.

De asemenea, la sistemele compozite existi posibilitatea de repartizare giorientare a armdturii astfel incdt si rezulte un material compozit cuproprietdfi dirijate. Proiectarea devine astfel un proces complex, incluzdndsimultan etapele : material, elernent, structurd compozitd.

Stratificatele alcdtuite din lamele compozite se degradeazi progresiv fiindevitatl cedarea totald instantanee. Mecanismele de degradare gi cedarestructurald ale stratificatelor din CMP diferi substanfial fafd de celespecifice metalelor. CMP armate cu fibre au o capacitate superioar6 deamortizar e a vibraliilor.

Cele mai multe CMP sunt rezistente la ac{iunea agenfilor agresivi; deobicei existd pentru orice situalie de exploatare cdte un material compozitcare ar putea fi utilizat acolo unde folosirea altor materiale structurale(conven{ionale) este contraindicatd. Totugi, unele compozite polimericeabsorb umiditatea atmosferic6 suferind modificdri dimensionale gi stdri detensiuni suplimentare.

Degradarea comportdrii mecanice a CMP se poate produce gi datoritiradia{iilor ultraviolete sau temperaturilor ridicate.

Produsele din CMP se pot realiza la standarde ridicate de precizie pentru unnumdr redus de faze tehnologice in procese simple (manuale) sauautomatizabile, specifice produc{iei industriale de mas6.

In cazul executirii elementelor din CMP prin procedee manuale nu se cere ocalificare pretenfioasd a lucrdtorilor; acegtia pot fi ugor instruifi prin stagiireduse de pregdtire.

69


Proprietifile mecanice ale CMP la procentele reduse de annare suntdependante de timp, astfel cd defomrafia specificd la un moment dat este

determinati nu numai de eforturile aplicate instantaneu ci gi de infreaga istoriede tncdrcare a sistemului. Dependen{a de timp a relaliei efort-defomrafie se

reflectd gi asupra rezistenfei la rupere, de aceea pentru a obline o imaginerealdacomportErii CMP sunt necesaf,e incercdri la rupere prin fluaj.

Multe CMP sunt anizotrope, fie datoritl intenliei producitorului de a leimbundti{i proprietd{ile pe o direc{ie (canl CMP armate unidirecfional saucu {esdturi neechilibrate), fie ca reztitat al operafiilor tehnologice deformare. La unele CMP modulul de elasticitate la lntindere diferi devaloarea corespunzitoare la compresiune gi incovoiere.

4.2 FIBRE PENTRU ARMAREA COMPOZITELOR POLIMERICE

4.2.1 Aspecte generale

Fibrele reprezintd constituentul cel mai important al compozitului intrucdtnatura, frac{iunea volumetricd gi orientarea acestora determinicaracteristicile mecanice principale, adicd rezistenfele gi modulii dedeformafie elasticd la solicitdrile uzuale, precum gi costul CMP.

Fibrele folosite la armarea CMP solicitate la intindere trebuie sd aibdrezistenle gi moduli de elasticitate cu valori mari, alungire la rupere gidurabilitate corespunzdtoare, tenacitate bund gi cost redus. Diametrelefibrelor trebuie sd fie suficient de mici pentru a asigura o suprafafdspecificd mare de transfer a tensiunilor prin forfecare/aderenld cu masade baz6. De asemenea diametrele mai mici reduc posibilitatea dedezvoltare a defectelor de suprafa{6.

Cele mai multe fibre au secfiunea transversald circulard, acestea avdnd ocomportare mai bund la interfafa cu matricea polimericd.

4.2.2Fibre din sticll

Fibrele din sticld se utilizeazd extensiv la armarea matricelor polimerice,avdnd ca principale avantaje costul relativ redus gi rezistenfe mecanice


convenabile. Principalele dezavantaje constau in valoarea mai redusd a

modulului de elasticitate, rezistenfa nesatisfdcdtoare la abraziune, precumgi aderen{a necorespunzdtoare la matricea polimeric6 in prezenla apei.Aderenfa redusi necesitd folosirea unor agen{i de cuplare pentru tratareasuprafelei fibrelor.

Rezistenfele mecanice ale compozrtelor armate cu fibre din sticld suntinfluen{ate semnificativ de forma in care se folosegte materialul de armare.

Rovingul unidirecfional este un ansamblu de filamente continue din sticld(cu diamekele d:8...14 qtm) netorsionate, paralele gi grupate in 6...60toroane.

Tesdturile bidirecfionale asigurd propriet[Ji echilibrate dup[ doud direcfiiprincipale ortogonale.

Pentru realizarea compozitelor cu matrice polimerice se pot utiliza fibre de

stic16 de tip E sau S ale cdror proprietdfi fizico-mecanice principale suntprezentate in tabelul 4. I .

Calitatea aderen{ei dintre fibra de sticll gi matricea polimericd afecteazdsubstanlial proprietilile mecanice ale compozitului $i rezistenta la acfiuneaagresivb a mediului. Prin tratarea fibrelor cu un agent de cuplare se asigurd o

regiune de interfald corespunzdtoare transferului dintre fazele componenteale compozitului cu makice polimericd.

Prezen\aapei la interfafd inrdutdlegte comportarea mecanicd a fibrelor prinaddncirea microfisunlor de la suprafala armdturilor. Totuqi se poate apreciacd fibrele din sticld sunt armdturi convenabile deoarece au preful de costscdzut, caracteristici mecanice bune gi rezistenfd acceptabild la acfiuneaagresivd a mediului dacl sunt protejate corespunzdtor.

Fibrele din sticl[ se comportd liniar elastic pdnd la rupere, frg.4.3.

4.2.3 Fibre din carbon qi din grafit

Fibrele pe bazd de carbon se folosesc la armarea CMP cu performanleridicate. Degi termenii "carbon" $i "grafit" se considerd

7l


interschimbabili, existd unele diferen{e notabile at6t in modul de realizarea structurii fibrelor cdt gi in confinutul de carbon. Termenul "fibrd dingrafit" se folosegte pentru a caracteriza fibrele cu un con{inut de carbonce depdgegte 99% in timp ce "fibro din carbon" provine din material cuun confinut de carbon cuprins intre 80-95ok. Fibrele din carbon folositela armarea CMP sunt compatibile cu multe matrice polimerice gi austabilitate bund la temperaturi ridicate.

Fig. 4.3 Relafia tensiune-deformafie specific[ la fibrele utilizate la CMP [4].a. carbon cu modul de elasticitate ridicat, b. carbon cu rezistenfi ridicat[,

c. Kevlar 49, d. sticld S, e. sticld E

Aceste fibre au caracteristici mecanice avantajoase; in general, pe mdsuracregterii modulului de elasticitate se reduce rezisten{a la tracfiune gialungirea specificd la rupere. Fibrele din carbon se comporti liniar elasticpdnd la rupere, fr5.4.3, iar ruperea este fragil6. Atet fibrele din grafit cdt qicele din carbon sunt rezistente la acfiuni agresive ale mediului inconjur[tordar trebuie tratate pentru a fr'trdate" corespunzltor de matricele polimerice.

Principalul dezavantal al acestor tipuri de fibre il reprezintd, costul incdrelativ ridicat (de pdnd la l0 ori mai mare decdt al fibrelor din sticld D.In

Eo/o


tabelul 4.1 sunt prezentate principalele propriet6fi fizico-mecanice alefibrelor utilizate la armarea matricelor polimerice, inclusiv cele din carbon.

Atdt din tabelul 4l citt gi din fig. 4.3 se disting doud categorii de frbre dincarbon: fibre din carbon cu modul de elasticitate ridicat gi fibre din carbonctt rezistenld la tracliune mare; aceastd diferenfiere recomandd utilizarea lorin raport cu cerinfele specifice de rigiditate sau rezistenfd.

4.2.4Fibre aramidice

Fibrele aramidice sunt materiale organice la care lanfurile moleculare suntaliniate gi rigidizate cu ajutorul inelelor aromatice legate prin pun{i de

hidrogen. In prezent se utilizeazd pentru armare mai multe tipuri de fibrearamidice (Kevlar 29, Kevlar 49, Kevlar 129, Kevlar 149, Kevlar 69 SiKevlar /00). Fibrele aramidice sunt rezistente la ac{iunea focului gi se

comportd bine la temperaturi ridicate.

Caracteristicile tensiune/deformalie specificd pentru aceste tipuri de

armdturi acoperd intervalul delimitat de fibrele din sticld gi fibrele dincarbon. Aceste materiale de armare au o tenacitate bune gi o comportarecvasiductild. Doud dintre tipurile de fibre aramidice sunt utilizate la armarea

CMP: Kevlar 29 cu modulul de elasticitate cuprins intre 60-70 GPa SiKevlar 49 cl valoare dubld a acestei caracteristici. $i aceste fibre au

comportare liniar elasticd avdnd gi avantajul unei energii specifice de

deforma{ie mai mare decdt la alte materiale de atmare. Fibrele din Kevlarsunt rezistente la majoritatea solventilor dar pot fi degradate de unii acizi gi

alcalii puternice.

4.3 MATRICE POLIMERICE

4.3.1Aspecte generale

Aga cum s-a men{ionat anterior, matricele indeplinesc func{iuni vitale incadrul sistemelor compozite. Pe ldng6 rolul complex descris in cap. 4.I.2matricea unui sistem, prin caracteristicile termofizice, afecteazdprocesabilitatea gi proprietdfile generale ale compozitului. Matricea are oinfluenfd decisivd asupra unor caracteristici mecanice (mai ales in direc{ie

73


transversald, la forfecare gi compresiune). Proprietdlile fizice gi chimice ale

matricei, cum sunt temperaturile de intdrire sau topire, vdscozitatea gi

reactivitatea cu fibrele, influenfetnd alegerea procesului de fabricafie. Deaceea matricea selectati pentru un sistem compozit trebuie sd find seama de

ansamblul factorilor menf ionali.

Tabelul 4.1 Proprieti{i fizico-mecanice ale unor tipuri de fibre pentruarmarea compozitelor cu mahice polimericd [, 3]

Polimerii reprezintd clasa de matrice cu cea mai largd utilizare la fabricareacompozitelor armate cu fibre. Matricele polimerice au costuri convenabile,lucrabilitate bund, rezistenfd chimicd buni gi densitate redus6. Pe de altdparte unele caracteristici cum sunt valorile reduse ale rezistentelor mecanice,constantelor elastice gi temperaturilor de serviciu sunt factori carc limiteazddomeniul de utilizare.

Matricele polimerice se diferenfiazd in raport cu modul de comportare latemperaturi ridicate rezultdnd matrice polimerice termoplastice gi matricepolimerice termorigide.

Tipul frbrei

()e

.AIc)

aO*bFg0./Ngc) <i

*9e-!Y

=.9EA>6

:'l o:ra t-<.= ()b00

Coeficientul dedilatare termicd

liniarl

'=

t3CavraooE*oO(kdm') (MPa) (GPa) (o/o) (l01"c)

Sticld E 2500 3450 72"4 3.5 5 0"20Sticld S 2500 4580 85,5 2,6 2.9 0.22

Carbon cu modulelastic ridicat

1950 2100 380 0,5 -0,6...-1,3 0,20

Carbon curezistentd ridicati 1750 2800 240 1.1 -0,2...-0,6 0,20

Kevlar 29 1440 2760 62 4,4-2,0 longitudinal

30 radial 0,35

Kevlar 49 1440 3620 124 2,9-2,0 longitudinal

30 radial0,35

Kevlar 149 r440 3450 175 1,4-2,0 longitudinal

30 radial 0,35


4.3.1.a Matrice polimerice termoplastice

Astfel de matrice sunt realizate din polimeri const0nd din lanfuri moleculareliniare sau ramificate avdnd legdturi intramoleculare puternice dar slabe

intermolecular. Topirea gi solidificarea acestor polimeri sunt reversibilefiind posibild reformarea produselor sub acliunea temperaturii qi presiuniiridicate.

4.3.1.b Matrice polimerice termorigide

Aceste matrice sunt alcdtuite din polimeri cu structurd reticulatd, cu leg6turicovalente intre molecule, care nu se tnmoaie, dar la temperaturi ridicate se

pot descompune. Dupd constituirea re{elei de legdturi transversale polimeriitermorigizi nu-gi pot modifica forma inifiald.

Dintre cele doud grupe de matrice polimerice, pentru CMP sunt mai folositematricele polimerice termorigide (MPT).

MPT au caracteristici bune de umectare a fibrelor, stabilitate termicd bund,rezistenld la acliunea multor agenli chimici agresivi gi comportare

corespunzdtoare la fluaj gi relaxarea eforturilor. Dezavantajele principalesunt: durata de stocare redus[, timpul de punere in operd mai indelungat 9ideformafii specifice la rupere mici, avdnd rezisten{a micd la impact 9icomportare pu{in ductili. Cele mai utilizate MPT la ob{inerea compozitelorarmate cu fibre sunt rdginile epoxidice, poliesterice gi vinil esterice, o scurtldescriere a acestora fiind prezentatd in continuare.

4.3.2 Tipuri de matrice polimerice termorigide utilizate la reabilitareastructurali

4.3.2.a Rbginile poliesterice

R6ginile poliesterice sunt alcdtuite din poliesteri nesaturafi dizolva{i intr-unmonomer polimerizabil. Poliesterii nesaturali renlJtd din reacfia dintreacidul maleic Ai un glicol, dizolvate intr-un polimer nesaturat (de reguldstirenul). Rdginile poliesterice de uz general devin, dupd intirire, copolimeriai stirenului gi ai poliesterului nesaturat. Poliesterii bazd se formeazd prinpolicondensarea anhidridelor ftalic6 gi maleicd cu propilen glicol.

75


Rdginile poliesterice reticuleazd tn urma reactiei de copolimeizarc cu unradical liber, dacd este ini{iatd de un sistem catalitic, capabil sd eliberezeradicali liberi la temperatura camerei. Reacfia este exotermd gi insofitr decontracfia materialului la solidificare.

Raginile poliesterice au vdscozitatea redusd, timpul de maturare mic Aicostul acceptabil.

4.3.2.b Rdginile vinilesterice

Aceste tipuri de rdgini sunt rezultatul reacfiei dintre o rdgind epoxidicd gi unacid carboxilic nesaturat. Datoritd structurii chimice aceste rdgini au maipuline legdturi transversale, sunt mai flexibile gi au o tenacitate la ruperesuperioard valorilor similare de la riginile poliesterice.

Matricele vinilesterice au proprietdfi excelente de umectare a fibrelor giaderenld foarte bund la fibrele din sticl6. Sunt comparabile cu riginileepoxidice in privinla rezistenlei chimice gi a rezistenfei la intindere; auvdscozitatea gi viteza de maturare comparabile cu ale rdginilor poliesterice.

4.3.2.c Rdginile epoxidice

Rnginile epoxidice sunt lichide organice cu greutate moleculari redus6,con{indnd un numdr de grupfui epoxi. Reactia de formare este depolimerizare-adi1ie, fAfi produgi secundari, insofiti de ridicareatemperaturii.

Proprietdtile rdginilor epoxidice ?ntdrite depind de compozifia chimicd aprepolimerului epoxi gi de condi{iile de intdrire.

Rdginile epoxidice se proceseazi ugor, au proprietd{i mecanice gi chimicefoarte bune, contrac{ie redusd la tntdrire qi aderen{d bund la mai multe tipuride fibre. Principalele dezavantaje ale rEginilor epoxidice sunt costul ridicatgi duratd de intdrire mare.

ln tabelul 4.2 suntprecizate unele proprietdlifrzico-mecanice ale matricelorpolimerice termorigide utilizate curent la compozitele armate cu fibrefrecvent folosite la reabilitarea structurilor ingineresti.

PROPRIETATE UMMATRICEA

poliesterici epoxidic6 vinil-estericd

Densitatea kdrn' 1200 - 1400 r200 - 1300 1150 - l3s0

Rezistenfa latrac{iune

MPa 34,5 - 104 55 - 130 73 -81

Modulul deelasticitate latractiune

GPa 2,1-3,45 2,75 - 4,10 3,0 - 3,5

Coeficientul luiPoisson

0,35 - 0,39 0,38 - 0,40 0,36 - 0,39

Coeficientul dedilatare termicd

lo9oc 55 - 100 45-65 50 -75

Absorblia apei % 0,15 - 0,60 0,08 - 0,15 0,14 - 0,30

Temperatura de

serviciuoc 100 t7s 170


Tabelul4.2 Proprietdlifizico-mecanicealeunormaficipolimericetermorigide

4.4 pRODUSE COMPO ZTTEPENTRU REABILITARE STRUCTURALA

La consolidarea structurilor ingineregti se folosesc platbande qi membrane

din CMP armate unidirecfional sau bidirectional.

Elementele se oblin prin procedeele specifice fabricdrii produselor din

materiale compozite cu materiale polimerice: pultrudere, procesare cu

vacuumare Siprin contact l5f.

4.4.1 Compozitele polimerice armate cu fibre din sticli

(CPAFS) au proprietdfi mecanice moderate. In cazul armarii cu fibre

unidirecfionale gi fracfiunea volumetricd de fibr6 Y;0,65, compozitele au

modulul de elasticitate E7:45 GPa qi rezistenta la intindere longitudinald

Rtf 1300 Wa.ln direcfia normald pe fibre, adicd in directie transversald,

77

78 Reabilitarea construcliilor

modulul de elasticitate este E7:4 Gpa iar rezistenfa la intindere Rtr50-100MPa. Compozitele stratificate armate cu !es6tur6 din fibrd din sticld aufracliunea volumetricd de fibrd aproximativ v70,40, iar modulul deelasticitate la intindere corespunzdtor acestui procent de armare esteE1:87:14 GPa.

4.4.2 Compozitele polimerice armate cu fibre din carbon

(CPAFC) unidirecfionale cu matricea epoxidicd sau vinilestericd gi cufrac{iunea volumetricd v;0,65-0,70 au modulul de elasticitate laintindere E;l,55-165 GPa, rezisten{a la intindere in direc{ielongitudinal| R11:2500-3000 Mpa gi alungirea specifici la ruperee7,1:1,2-1,3 %. Prin pultrudere se obfin in prezent platbande gimembrane cu caracteristici geometrice gi mecanice uniforme [6].

4.4.3 Compozitele polimerice armate cu fibre aramidice

(CPAFA) unidirecfionale au densitate micd gi rezistenld la intindere cuprinsdintre 1200-1400 MPa. Rezistenfa la compresiune mult mai redusd (230-Mpa)nu recomandd folosirea CPAFA la elementele supuse la compresiune sau inzona comprimatd a elementelor incovoiate. Modulul de elasticitate al acestorcompozite ?n direc{ie longitudinald este E1:75 Gpa iar in direcfie transversaldE7:5 GPa. Se apreciazd cd proprietd{ile mecanice ale cpAFA sunt cuprinsein intervalul limitat inferior de CPAFS gi superiorde CpAFC.

cele mai uzuale produse compozite folosite in sistemele de consolidaresunt [7]:

. platbande cu fibre unidirecfionale sau cu fesdturi neechilibrate, cuarmdtura dirijatn preponderent pe direcfie longitudinald,

. fes[turibidirecfionale echilibrate, neimpregnate,

. platbande preimpregnate unidirecfionale, in stare neintEritd,

. fascicule din fibre unidirecfionale, neimpregnate folosite pentruinfdgurarea elementelor din materiale tradifionale,

. fascicule din fibre unidirecfionale preimpregnate pentru infdgurare,

. platbande prefabricate gi intdrite, caf,e se ataqeazd, de elementeleconsolidate cu ajutorul adezivilor.


4.5 PARTTCULARTTAII ,Lln REABILITAnU STRUCTURALE CUMATERIALE COMPOZITE

O comparalie directd intre solufiile de consolidare in care se folosescplatbande din CMP gi platbande din o{el conduce la urmdtoareleobservafii, [6]:

A. Consolidarea cu platbande are avantajele:

i. platbandele din CMP sunt mai pulin vulnerabile la acfiunea agresivd

a agenlilor chimici, de aceea costul intre{inerii dupd instalare este

mult mai redus;

ii. platbandele compozite se pot proiecta gi realiza cu proprietdliprestabilite pe baza alegerii elementelor sistemului multifazic,frac{iunilor volumetrice de fibrd gi matrice, orientdrii fibrelor 9iprocedeului de fabrica{ie;

iii. CMP sunt izolatoarc electrice, nemagnetice 9i neconductivetermic;

iv. platbandele gi membranele din CMP au greutate proprie redusd 9isunt ugor de transportat, manipulat gi instalat, addugdnd valori micila greutatea proprie;

v. elementele de consolidare din CMP se pot produce cu lungimi mari,

fiind posibildliwarea gi in rulouri;

vi. reabilitarea structuralS nu necesitd decdt rareori $i pe durate

minime intreruperea funcliondrii structurii aflate in procesul de

consolidare;

vii. costul total al aplicdrii la platbandele din o{el 9i la cele compoziteeste aproape acelagi, dar daci se considerd intreruperile infuncfionare gi costurile de intrefinere, economiile in cazul folosiriiplatbandelor compozite ajung pdnd la I8-20 %;

viii. platbandele compoZite sunt recomandate tn mod special tn cazul

clorindrii betonului;

ix. in toate situaliile in care existd agenfi corozivi gi lungimile necesare

ale platbandelor depdg esc 8m soluliile cu platbandele din compozitepolimerice armate cu fibre sunt mai economice.

79


B. Dezavantajele consoliddrii cu platbande din CMp:Din experienla existent[ pdni in prezent la solutiile de consolid are realizatese pot identifica urmdtoarele dezavantaje:

i. consolidarea cu platbande din cMp este sensibild la schimbdri bruqteale sec{iunii elementelor consolidate - denivelirile pot conduce lainifierea unor forme de cedare cauzate de tensiunile locale deintindere normal[ pe platbande;

ii. materialele se comportd liniar elastic pdn6 la rupere dar existdpericolul unor ceddri fragile;

iii. fibrele, mai ales cele din carbon, sunt de 4-5 ori mai scumpe dec6tofelul, dar manopera este mult mai ieftind - diferenla dintrecosturi se reduce pe mdsuri ce cregte volumul de activitate gi aparofertanli noi;

iv. platbandele compozite sunt mai vulnerabile la deteriordri cauzate decorpuri dure, dar deteriordrile sunt localizate gi se pot repara u$or.

BIBLIOGRAFIE

l. Tdranu N., Isopescu D. - structures Made of composite Materials,Ed. Vesper,Iagi, 1996.

2.

J.

4.

5.

6.

7.

Jones R.M. - Mechanics of Composite Materials, Ed.Francis, Philadelphi a, 1999.Gibson R.F. - Principles of Composite MaterialMcGraw Hill, New York, 1994.Hollaway L. - Polimer Composites for Civil and Structuralengineering, Blackie Academic and professional, Glasgow, 1993.Tdranu N., Secu Al., Decher E., Isopescu D. - Structuri dinmateriale compozite gi asociate, Ed. Univ. Tehn. lagi,1992.Hollaway L.C., Leeming M.B. - Strengthering of Reinforcedconcrete Structures (using Extemally-bonded FRp composites inStructural and Civil Engineering), CRC Press, Cambridge,lggg.Triantafillou T. - Composites as Strengthening Materials ofconcrete structures, chapt. 9 from "Failure Analysis of IndustrialComposite Materialso', Ed. E. Gdoutos, K. pilakoutas, C.Rodopoulos, McGraw Hill, New York,2000.

Taylor and

Mechanics,

CONSOLIDAREAINFRASTRUCTURILOR

5.T ASPECTE GENERALE

[,a consolidarea infrastrucfurilor se va fine seama de urmitorii factori:

i. natura terenului de fundare;

ii. nivelul apelor freatice;

iii. structura qi importanla clidirii;iv. natura qi starea funda{iilor;

v. necesitatea menfinerii clddirii in stare de folosinfl.

Pentru a putea aborda problema intervenliei la nivelul infrastructurii uneiconstruclii este necesar in primul rdnd s5 fie cunoscuti caluza. Astfelinterven{ia poate fi este cauzatd de:

. aglesivitatea apelor subterane sau a terenului de fundare,

. cregterea inc[rc5rilor asupra fundafiilor, prin:

* schimbareadestinaliei clidirii,

- supraetajare,

* consolidare,

. alegerea unui sistem de fundare neadecvat,

, reducerea capacitd{ii portante a terenului de fundare, prin:

- lipsa mdsurilor de protec{ie pentru construc}iile fundate pepdmEnturi sensibile la umezire,

- infiltra{ii de api pluvia16,

- lntre{inerea defectuoasd a instalaliilor de alimentare cu ap6, de

canalizare gi de incdlzire,

. deficien{e de execufie:

- nerespectarea cotei de fundare,


- nerespectarea dimensiunilor fundaliilor din proiect,

- s[pdturi incorecte,

- armituri lips[ (omise) sau necorespunz[tor dispuse,

amenajdri necorespunzdtoare de subsoluri, la clIdirile unde acestea nuau fost prevEzute,

diminuarea capacitifii sisternului de fundare prin executarea de lucrdrisubterane sau lucrdri in imediata lor vecinltate, fbrd mlsuricorespunz[toare de protecf ie,

tasEri ca unnare a efectele vibraliilor produse de:

baterea pilofilor,

circulafia rutier[,

- funcfionarea difbritelor magini mdresc gradul de indesare alnisipurilor,

r ner€spectarea addncimii minime de inghe!.

Principalele procedee de consolidare a infrastrucfurilor construcfiilor suntsintetizate in tabelul 5.1.

Modific[rile aduse funda{iei gilsau terenului de fundare - ca etape necesarein consolidarea unei construcfii - pot crea situagii nedorite gi in acelapi timpdefavorabile construc{iilor din imediata vecindtate.

5.2. TIPURI DE DEGRADARI ALE FUNDATIILOR

5.2,1 Er oziunea fundafiilor din piatrtr

Rezisten{a gi durabilitatea rocii este determinati de cantitatea gi distribufianrineralului moale prezent in compozi{ia mineralogicd. Dacr acesta estedistrus gi indepdrtat prin alterare mecanicd qi dizolvare, grupele de mineraledure rim6n aproape frri leg6turi intre ele. Acest proces de degradare lntilnitla fundaliile din piatrd naturald este accelerat de succesiunea fenomenelor deinghe!-dezghef qi de prezen{a sdrurilor din apa liber6. Majoritatea rocilor nuinregistreazd degraddri semnificative ca urmare a eroziunii, cu excepfiagresiilor, mamelor gi calcarelor [1].

Consolidarea infrastructurilor 83

TABELUL 5.1

EXTINDEREAFUNDATIILOREXISTENTE

INTRODUCEREADE PILOTIFORATI SAUMICROPILOTI

CONSOLIDAREATERENULUI DEFUNDARE PRININJECTARE

CONSOLIDAREATERENULUIADIACENT PRINPLANTATII SAUALTE PROCEDEE


5.2.2 Mtrcinarea fundafiilor si perefilor de subsol din ctrrimidtr

Cdrdmida este cel mai poros material folosit in executarea lucrlrilor deinfrastructurl penq construclii. Umiditatea terenului conduce la degrad5ridatorit6 succesiunii inghel-dezgh€f, care se materializeazdprin exfolilri saudesprinderi cu suprafefe paralele cu latura exterioar[ nepiotejati hidrofug.Fisurile continui cu deschideri mari pot distruge cirimida ?n totalitate.

Factorii de care depind degradirile infrastructurilor din cdrimida atdtcalitativ cdt qi cantitativ sunt:

i. umiditatea naturali a terenului gi variagia acesteia ?n timp;

ii. clima;

iii. num[rul de cicluri de inghef-dezghel;

iv' vitezade ingheg din zona amplasamentului construcfiei.

5.2.3 Putrezirea infrastructurilor din lemn

Infrastructurile din_ lemn au ca principal|, cauza a degraddrilor aparifiaciupercilor care se dezvoltd pebazamateriei lemnoase. Condiliile favorabitede dezvoltare a ciupercilor in infrastructurile din lemn presupun otemperahrri intre 0 gi 40oC, iar umiditatea lemnului de minim am 20oi cdt sio oxigenare semnificativ[ a zonei. Radierele qi piloEii din lemn sunt frecventsupuse procesului de putrezire cdnd nivelul apei scade sub nivelulradierului, fig. 5.1. Infrastructurile din lemn degradate prin putrezire suntcele mai vulnerabile la atacul anumitor insecte ce distmg masa lemnoasiaccelerdnd scdderea rezistenfei qi durabilitifii acestora [1].

5.2.4 Degradrri prin umezire a infrastructurilor din piatrr giclrlmidi ce au ca liant varul sau argila

ferefii de zidirie cu mortar de tip argili sau var absorb o cantitateimportantd de api. ln aceasti situalie problemele apar numai la perefiicare, dupd un timp, au atagat un strat protector, in ipecial de mortar deciment, modifictnd balanla de umiditate creatd inilial gi obturdnd schimbulde aer cu exteriorul. Astfel, apa se infiltreazi ascendent in perefi p6nd c6nd

Consolidarea infrastructurilor 85

gase$te zona unde schimburile de fluide cu exteriorul nu mai suntimpiedicate. Aceste siftialii se inregistreazl, la clddire vechi la care cotaterenul amenajat inifial cregte prin:

. modernizarea sistematizdrii in zona construitd,

. Iucrdri de asfaltare)

. amenajdri ale terenului pentru evacuarea rapid[ a apelor de giroire deI6ng[ eonstrucfie etc.

NIVELUL INITIAL ALAPEI SUBTERANE

vNOUL NIVEL ALAPEI SUBTERANE

Fig.5.1 Putrezirea fundaliilor din lemn prin scEdereai. . nivelului apei subterane

DegradSrile perelilor de ziddrie din zona imediat superioarl infrastructurilordin ziddrie de piatr[ pot suferi deteriordri importante de tipul exfolierilor qidesprinderilor straturilor de mortar d.atoritE cristalizlrii idrurilor din apainfiltrat6 sau dizolvdrii/hidratlrii mineralelor existente in rocile

"o*pon.rri..5.2.5 Degradlri prin dezvoltarea unor tasiri suplimentare

5.2.5.a La sciderea nivelului apei subterane

Tasirile apar ca ufinare a creqterii tensiunilor in terenul de fundare qi amodificdrii presiunii apei din pori. in zonele urbane, construirea de noiobiective a implicat un volum important de lucrdri de drenaj qi/sauepuismente, extinderea infrastructurilor pentru transporturi terestre au

86 Reabilita rea construc{iilor

obturat suprafele din ce in ce mai mari la tendinfa de infiltrare a apelor dinprecipitalii ca qi aparifia zonelor cu lucriri de galerii pentru metrouexecutate in trangee deschisd, plantarea in intravilan a copacilor de tipulfoioaselor, au avut ca efect scdderea nivelului apei subterane gi ?n consecinlitasdri suplimentare la construclii existente.

5.2.5.b La terenuri cu capacitate portantd scdzutd

Construcfiile realizate anterior dezvoltirii ingineriei construcliilor qi

respectiv a ingineriei geotehnice nu au o dimensionare justificatdcantitativ pe baza unor studii geotehnice gi ca atare, unele dintre ele suntfundate pe pdmdnturi cu capacitate portantd scdzut6, degraddrile pornindde la infrastructurd qi de cele mai multe ori propagdndu-se lasuprastructura [2].

5.2.5.c La terenuri cu stratificafie neuniforml in zona activd a funda{iilor

La construcliile cu suprafalE mare in plan orizontal riscul de a funda pe ostratificafie neuniformd este sporit cu atdt mai mult cu cdt absenfa unormetode de investigare a terenului a fost o realitate acceptatd prin lipsadezvoltdrii tehnologice specifice. Degrad[rile sunt localizate in zonele care

au suferittas[ri suplimentare (vezi frg. 6.1).

5.2.5.d La cregterea incdrcdrilor

Construc{iile care au avut o comportare buni inifial pot prezenta degradiridatoritd tasirilor suplimentare induse de modificarea inclrcdrilor, tasdrilefiind diferenfiate pe talpa funda{iei.

5.2.5.e La demolarea construcfiilor invecinate

in fiecare oraq exist[ o zon[ consideratd reprezentativd istoric Ai culturalpentru comunitatea actual6. Intervenfiile asupra construcfiilor asociateacestei zone sunt de tipul consolid[rilor dar pot 4 gi radicale prindemolarea unora care nu mai pot fi recuperate. In aceste situa{ii,conStrucfiile vecine rdmase sunt supuse unor deplasdri neuniforme de josin sus prin decomprimarea parliall a terenului de fundare. In unelesitua{ii pot apdrea probleme de stabilitate locald a infrastructurilor prinpierderea sprijinirilor laterale [ 1].

Consolidarea infrastructu rilor

5.3 CONSOLIDAREA FUNDATIILOR DIN PIATRA

In mod obiqnuit, la reabilitarea fundaSilor din piatrd, se pot utilizaurmhtoarele procedee:

i. introducerea unei fundafii sub fundafia existentd (subzidire),frg.S.2.a;

ii. realizarcaunei cimdguieli armate, fixat[ prin conectori, pe o fafi saupe ambele jbfe ale fundagiei (pe toatd inilfimea fundaliei sauparfial), {rg.5.2.b;

iii. introducerea unor fundagii adiacente, fig.5.2.c;

iv. consolidarea prin injectare;

v. consolidarea terenului de fundare.

b. c.

Fig.S.2 Procedee de consolidare a f'undafiilor din piatrd.a. subzidire, b. cdmiguire, c. introducerea unor fundafii adiacente

Subzidirea se face pe tronsoane tumate alternant (lungimea tronsoanelor vafi de 80-120 cm). Pe l6ng6 arm[turile dispuse transverial vor fi prev[zute qiarmltrni longitudinale.

subzidirea prezentat6.?n fig 5.2.a, poats fi in unele caztti continuati prinrefacerea ziddriei de piaffi afectat5, prin cftndguire sau prin torcretare, de tipulcelei din fig. 5.2.b, cu_o ir{ectare prealabili a fisrnilor sau roshuilor dezgolite [3].subzidirea poate fi realizard qi pe pilogi, fig. 5.3.a gi pe pilaqtri, fig. 5.3.b.

88 Reabilita rea construcf iilor

a. b.

Fig.5.3 Subzidire cu descdrcare pe reazeme izolate.a. pe pilaqtri, b. pe pilo{i.

Conectarea cdrndquielilor la fimdalia existentd se face in mod obiqnuit cuscoabe bdtute in rosturi sau in giuri forate. Fixarea scoabelor in cazulgdurilor forate se poate face cu mortar injectat.

ln cazul funda{iilor adiacente, utilizate la consolidarea fundaliilor din piatr6,conectarea se poate face in una din variantele indicate in fig.5.4 gi 5.5.

Fig.5.4 Procedee de cuplare a funda{iilor adiacente.a. conectori str[punqi, b. conectori incastrali

@NECTORSTRAPUNS


Fig.5.5 Procedee de cuplare a fundafiilor adiacentecu legituri sub fundafie.

Tehnologia privind injectarea fundagiilor din piatrd va fi identicl cu ceapracticatd la injectarea ziddriilor.

La injectarea fundaliilor din piatrd se va avea in vedere c[:

. fisurile si nu fie prea fine gi sd permitd injectarea,

. in fisuri sd nu fie m61 'argilos care influeirfeazd priza gi intdrireamortarului de ciment,

. mortarul introdus sd nu fie intr-un mediu de ape agresive sau ape inmiqcare,

. fundaliile nu vor fi expuse la exces de cdldur6 sau de umiditate peparcursul injectdrii, dac[ aceasta va fi realizatd pe bazd de mortarde var,

. dac[ funda{iile consolidate prin acest procedeu sunt expuse ciclurilorde inghef-dezghef, acestea vor fi protejate prin introducerea unorizolalii continue pe fafa exterioard.

5.4 CONSOLIDAREA FUNDATIILOR DIN BETOIY ARMAT

In general fundafiile din beton armat necesit[ consolidarea ca urmare aexistenfei unor deficienge de execu{ie gi mai frecvent din cauza cregteriiincdrcSrilor sau a degradSrii terenului de fundare.

89

90 Reabilita rea constructiilor

In mod obignuit la reabilitarea fundaliilor din beton armat se utilizeazlprocedeul introducerii unor fundalii adiacente, care preiau o parte dinincdrcarea de pe funda{iile existente. Evident cd pi procedeele de cregtere acapacitdgii terenului de fundare sunt practicate.

In cazul fundaliilor continue se utilizeazd aceleagi sisteme ca qi in cazul fi.nda$ilordin piaffi, fig. 5.2.c ai d cu sistemele de conectare din fig.5.4 qi respectiv 5.5.

La fundafiile izolate se utilizeazi introducerea unui inel perimetral [4],care poate ajuta gi la creqterea capacitd{ii portante a terenului. Inelulpoate lucra independent cu descdrcare pe fundafia existentd, fig.5.6.a sau,atunci cand acest lucru nu este posibil, prin cuplarea directd de bazastfilpilor, fig.5.6.b.

Fig.5.6. Procedee de consolidare a fundafiilor izolate.a. inel perimetral la baza funda{iei,

b. inel perirnetral cuplat debaza st6lpului

Re{elele de grinzi se consolideazl fie prin introducerea unor fundalii izolatein zona st6lpilor, frg.5.7, sau a unor grinzi suplimentare, fig.5.8, iar dac6este cazul se transformd sistemul de fundare in radier general, fig.5.9.

La reabilitarea radierelor generale pe ginzi, atunci cdnd capacitatea portantda grinzilor este diminuatd, se practici mdrirea capacitdlii grinzilor, prinprocedeele utilizate in mod curent la consolidarea grinzilor. Se pot utiliza qirelele de grinzi din profile metalice legate de grinzile structurii existente.

b.

Consolidarea infrastructurilor

Fig.5.7. Consolidarea retelelor de grinzi cu fundalii izolate

I

Fig.5.8 Consolidarea refelelor de grinzi cu grinzi suplimentare.

In unele situafii, la structurile la care perefii strucfurali au rezerveinsemnate de capacitate protanti, se pot utiliza piloli care se cupleaz[prin elemente din beton armat, sau profile metalice inglobate in beton, defundafia existentd.

91

SUPLIfi/ENTARE


!

Fig.5.9 Consolidarea retelelor de grinzi cu radier general

5.5 TIPURI DE PILOTI UTILIZATI LA CONSOLIDAREAINFRASTRUCTURILOR

Dezvoltarea numeroaselor tehnologii de realiz.are a pilofilor face posibild oalegere optimizati pe baza condiliilor existente, a tipului de consolidare ainfrastructurii unei anumite construc{ii.

Pilolii metalici de secfiune circulard cu gol interior sau din profilemetalice, protejali exterior printr-un strat de 1,8 pm de rlqini epoxidicdimpotriva coroziunii reprezint[ solulii avantajoase in lucririle deconsolidare t1]. Acegtia sunt introdugi prin batere ugoard lucrareaexecutendu-se din interior, in5lfimea miniml a subsolului, necesar[aplicdrii tehnologiei fiind de 2,5 m. Dacd pilofii sunt cu gol interior,acegtia se betoneazh.

Mega-pilofii metalici se oblin prin introducerea in teren prin presare a uneiconducte de secfiune pdtrat6, infingerea fiind ajutat5 gi de o subspdlarelocall. lmbindrile tronsoanelor se oblin prin sudare. Dacd pilotul nu ajungeintr-un strat de consistenld ridicatd, sau dac6 stratul nu existd la cota dorit5,se creazd o bazd,lirgitd de beton simplu. Betonul se introduce prin pilot subpresiune.

93Consolidarea infrastructu rilor

Pilo{ii Mega din beton armat introdugi prin batere sau pfesale au sectiunea

pdtratd de circa 300 mm latura gi lungimea de segmentare de 1m. In mod

curent astfel de pilofi sunt folosi{i la construcfii fundate pe terenuri din rocimoi. irnbinlrile sunt realizate astfel incdt sd preia in bune condilii momente

incovoietoare, de reguld prin sudarea unor pl6ci metalice situate la capetele

fieclrui segnent. Corpul pilotului are o teav[ metalic[ inglobat[ in centrulsec,tiunii, prin care se verifici verticalitatea introducerii pilotului gi prin care

aerul sau apa sub presiune pot ajuta la inainkrea acestuia in teren.

Pilofii Lindo se rocomandi in terenuri cu roci dure sau alte obstacole greu

de depdgit prin soluliile obignuite. Pilotul constd dintr-un tub metalic,recuperabil, care se introduce prin forare in teren. Dupd ajungerea la coti, intub ss injecteaz6 beton iar in centru se introduce un miez metalic cu

dimensiunile variind intre 50 gi 100 mm.

Transmiterea incdrc6rilor de la fundalia existentd la grupul de pilofi nou

crea{i poate fi realizatd in mai multe variante. Plasarea directi a pilo}ilor sub

o fundafie existenti este mai dificili. Aceasta se poate realiza numai prindecuparea unui gol gi introducerea pilotului prin fundalia existentl, dupd

care se rcalizeazd betonarea zonei de imbinare. Daci pilofii se dispunperimetral exterior fundafiei existente atunci se va crea o grindd de legSturd

care si incorporeze atdt pilofii cAt qi corpul vechii fundalii.

5.6 CONSOLTDAREA FUNDATTTIOR PE PTLOTT

inlocuirea parliald sau totald a unui num[r de piloli de lemn degrada{i prinputrezire cu piloli de beton sau de rnetal este dificil5, mai ales prin lipsainformaliilor privind dimensiunile, nurnirul qi dispunerea ?n ptran a pilofilor.

Tehnologia de realizare presupune decopertarea atdt interioarl cdt qi

exterioarl a terenului din jurul funda]iei existente p6nd la cota tra care

integritatea corpului pilc{ilor este evidentS. Unneazd ?ndephrtarea unor

segrnente de pil*:t afeetate de putrezire qi introducerea unor segrnente noi

din metal sau beton armat eu o irnbinare individuald (mai greu de realizat)sau cil o zon6 de transfer realizath tip placfl, transmiterea incdrc6rilorrealizdndu-se in trepte, ca de la o fllndafie pe piloEi superioard la o f,undagie

pe pilo{i inferioard, gi cle la fiecare in parte la terenul de fundare [l].


Fig. 5.10 Consolidarea tundafiilorpe pilofi din lemn

5.7 CONSOLIDAREA TERENULU DE FUNDARE

In mod curent consolidarea terenului de fundare va trebui s6 aibi invedere [5]:

. m[rirea capacitifii portante a terenului,

. asigurarea stabilitilii terenului,

. imbun6t[firea proprietdfilor mecanice ale terenului,

. impermeabilizareaterenului.

In mod curent la consolidarea terenului de fundare sunt utilizate urmatoareleproceduri de injectare:

. prin silicatare,

. prin cimentare,

. prin argilizarc,

. prin impermiabilizare cu bitum.


Injectarea terenului se realizeazd, prin introducerea unei substan{e careleagr particulele qi umple porii cu un gel, care se intlreqte in timp,oblindnd astfel mdrirea rezistenfei qi impermeabilizarea t6l. Acestprocedeu se utilizeazl la:

. pimdnturile cu coeziune redusd,

' plmdnturile lipsite de coeziune,

. prmdnturile cu permeabilitatea pronun{atd - cu pori mari saucrap5turi.

Introducerea soluliilor in pdrnant se face sub presiune, cu ajutorul unorinjectoare, iar pentru asigurarea unei pdtrunderi uniforrne a solutiilorinjectoarele se infig altemant, fig.5.11.

Fig.5. 1 1 Dispunerea zonelor injectate.

5.7.1 Consolidarea terenului prin silicatizare

Silicatizarea const[ in injectarea in pdmdnt a unei solufii de silicat de sodiugi a unui electrolit. cele doud substanfe intrate ?n contact reacfioneazd qiproduc un gel de silice, care leagr particulele solide gi se obline un terencoeziv, cu golurile colmatate, gi cu o capacitate portantd miritl, Silicatulde sodiu trebuie sd aibl o anumitr viscozitate pentru a putea intra in goluripi pentru a nu fi spilat de solu{ia de electrolit, tn cazul procedeuluisuccesiv.

95


Silicatizarea cu doud solufii poate fi utilizatl in nisipuri gi pietriguri mEruntecu nisip cu coeficientul de permeabilitate2,00 - 8,00 m/zi.

Silicatizarea nu este recomandl la:

. bolovdniguri, ale ciror goluri nu sunt umplute cu material mirunt,

. golurile carstice,

. pimAnturilebazaltice,

. pdminfurile imbibate cu produse petroliere, uleiuri sau rdqini,

. la pdminturile cu ape subterane la care pH-ul este peste 9.

in pSmdnturile loessoide (confin carbonat sau sulfat de calciu) silicatul desodiu intrd in reac{ie cu s[rurile solubile in ap5, aflate in mod natural inp[mdnt gi conduce la precipitarea gelului de silice.

Prin dozarea cantitSlilor gi concentrafiilor soluliilor se poate modifica timpulde precipitare a gelului de silice, de la cdteva minute la c6teva ore.

Silicatizarea se poate realiza gi prin adaos de reactivi anorganici tn cazulnisipurilor fine pi a celor pr[foase, cu peffneabilitili cuprinse intre 0.1 gi10 mlzi, sau organici in caztrl nisipurilor gi pietriqurilor miruntepermeabile 14,7l.

5,7.2 Consolidarea terenului prin cimentare

Cimentarea constd in injectarea sub presiune in golurile pdmdntului a unuilapte de ciment sau a unui mortar fluid de ciment care reducepermeabi I itatea terenului gi cregte capacitatea portantd.

Aceasti proceduri se aplicl in cazul pimdnturilor a cdror particule pot filegate cu ciment. Cimentarea se poate utiliza la pietriguri gi nisipuri undegolurile sunt suficient de mari pentru a l[sa particulele hidratate de cimentsd treac6. Dimensiunile particulei hidratate de ciment este de circa 50p, iarpdmAntul care poate ft tratat trebuie sd aibd golurile de cel pufin 0,1 mm, iarprocedeul se poate aplica dacd valoarea absorbliei specifice a terenuluidepigegte valoarea 0,05 Vmin.

97Consolidarea infrastructurilor

Mortarele utilizate ln mod curent au dozaje c/a cuprinse intre l:2 gi l:12, ?n

funcfie de absorbfia specifici a terenului, iar pentru accelerarea prizei se

adaugl clorurd de calciu.

Distanfa dintre levile de injecfie este funclie de permeabilitatea terenului gi

variazdintre 1,50 qi 2,00 m, iar presiunea de injectare este de 3-5 at.

Cimentarea nu d5 rezultate in pdmdnturile foarte agresive sall cu salinitatepronunfatd, intruc6t in aceste cantrt, priza gi int[rirea cimentului suntimpiedicate.

5.7.3 Consolidarea terenului prin argilizare

Argilizarea constd in introducerea in pdmdnt, prin injectare sau matare, a

unei suspensii, respectiv paste de argili, care pdtrunzdnd in fisurile, porii sau

goluri le p dmdntului, il colmate azd qi i I imperme abilizeazd.

Utilizarea aryilizdrii este mai economicd in terenul in care existl caverneqi cr[pdfuri mari, in rocile cu numeroase goluri carstice, la care aplicareaciment[rii ar duce la consumuri importante de ciment qi ar fineeconomicE.

Argilizarea poate fi aplicatd in pimdnturile cu ape agresive, iar lacolmatarea rocilor fisurate qi cu goluri carstice se utilizeazd argile nisipoasecu plasticitate redusd, Utilizarea argilelor grase in acest caz este

nerecomandabili, dat fiind cI suspensiile preparate cu aceste argile cedeazdfbarte greu apa qi rdmdn in stare fluidd in fisuri, putAnd fi astfei ugorexpulzate sau antrenate de apele care circull prin golurile rocii.

Pentru a fi injectat5, argila este prelucrat[ prin inmuiere qi dispersare inapd, sub forma unei suspensii, iar prin addugarea diferitelor substan{echimice, se poate controla timpul de dispersare sau coagulare a

suspensiei de argil6.

Prin adiugarea la injectare a unui coagulant (clorur5 de calciu, clorurE demagneziu, lapte de var) in proporfie de 3-5% din greutatea particulelorsolide, se grdbeqte cedarea apei din mortarul de argil6.

iI


Argilele, qi in special argilele grase, au proprietatea de a schirnba ioniidin complexul de absorblie in prezenfa unui ilectrolit [s]. prin adIugareaunei solufii dintr-o sare de calciu la o suspensie

-de argilI la care

particulele au in complexul de absorblie sodiu, acesta este inlocuit prinioni de calciu gi suspensia coagule azd. prezenta ionilor de calciu qimagneziu coaguleazr suspensiile de argili, in timp ce ionii de sodiu iipotasiu ii fluidificd.

ln cazul bolovdnigurilor cu goluri maripiment.

se pot utlliza amestecuri argild-

Pentru introducerea suspensiilor de argild in nisipuri, pietriguri sauprundiguri se folosesc pompe de mortar.

5.7.4 Consolidarea terenului prin bitumare

Bitumarea se poate face la cald gi la rece.

Bitumarea la cald consth in injectarea sub presiune in teren a bitumuluitopit, fierbinte, la temperaturi de200-2200C gi-are drepr scop:

e cr€Brs?l de perdele impermeabile,

. protejarea contra curenfilor de ap6,

. protejarea contra apelor agresive.

in contact cu roca qi cu apa rece care circuld prin goluri, bitumul se int6reqteqi nu mai poate fi sp[lat.

Bitumarea la cald se considerS aplicabil| in cazal rocilor stdncoase cucrrpdturi gi goluri, la care absorbfia specificd de api variazd,intre 0,1 gi100 l/min.

Raza de pltrundere a bitumului fierbinte depinde de mdrimea qicontinuitatea fisurilor, de permeabilitatea terenului, de mdrimea presiunii deinjectare Ei de durata injectdrii. Trebuie avut in vedere faptul ci prin r6cire,bitumul igi micgoreazd volumul cu cftca lZVo.


Bitumarea la rece constd in injectarea in pdmdnt a unei emulsii de bitum.Dup[ injectarea emulsiei, sau o datd cu introducerea ei in pdmdnt, se adaugdsubstanle chimice care produc ruperea acesteia. De multe ori se folosescpentru ruperea emulsiilor chiar sdrurile din apa subteran6.

Bitumul eliberat (din emulsii) se aglomereazS, umple golurile dintreparticule qi imperme abilizeazl, p[mdntul.

Pentru ca ernulsiile sd pitrundl cu uqurinld in nisipuri, pietriguri qi

prundiquri, trebuie ca particulele de bitum sd fie de 25-35 ori mai mici decdtdimensiunea rnedie a particulelor terenului.

Bitumarea la rece se poate aplica fie independent, ca mijloc deimpermeabihzarc in nisipuri, pietriquri, prundiguri qi in roci fisurate, fie ca ocompletare a bitumlrii la cald.

lnjectarea emulsiei gi a substanfelor chimice folosite pentru rupereaacesteia in p6m0nt se face cu utilaje asemdn[tore celor utilizate lasilicatizare.

5.7.5 Consolidarea terenului prin alte procedee

Consolidarea pIminturilor se poate rcaliza qi prin reducerea graduluide umiditate. Astfel se ttilizeazd, procedee electrofizice, carercalizeazd o migcare forfatd a apei prin porii p6m6ntului de la anod lacatod, unde apa este colectatd fo\at in pufuri gi apoi evacuati prinpompare. Acest sistem este eficace la piminturile cu granulafie find gifoarte find [3, 8].

Procedeele electrice (electroosmotice) sunt utilizate gi acolo undeinjectarea solu{iilor chimice in pdminturile cu particule fine, prEfoase sauargiloase este foarte difici16. Sub influenla curentului, soluliile suntdifuzate in pdmin| in spafiul dintre anozi gi catozi. Avantajul injectdriielectroosmotice fafd de cel al introducerii solu{iilor chimice prin presiune,constd. in aceea cd se poate realiza o direclionare asupra difuzSrii solu;iilorchimice in pdrndnt.

99


Fafi de procedurile menlionate, exista proceduri de readucere in teren acondiliilor iniliale, care pot reprezenta solulii simple de imbunit6fire acomportdrii construcfiei, dar in unele situafii cu efecte greu de estimatcantitativ qi la costuri destul de ridicate.

Ridicarea nivelului apei subterane este indicat a se aplica:

. in terenuri la care fundaliile din lemn existente (care se prezinti instare bund) arputea suferi degradlri la cobordrea apei,

. ?n terenuri la care au apdrut tasiri diferenfiate ca urrnare a modificdriist6rii de tensiuni fafi de cea estimati inigial.

Procedura de ridicare a nivelului apei subterane presupune infiltrarea apeiprin straturile permeabile. Se executd pufuri l6ngd fundafie in exterior carevor fi alimentate cu apd, verificarea nivehrlui realizdndu-se prin instalareaunor tuburi dispuse perimetral construc{iei, monitorizarea av0nd un caracterpermanent, fig.5. 12 [1].

Fig. 5.L2 Ridicarea nivelului apei subterane

Infiltrarea apei se poate realiza prin crearea unui sistem de alimentare apufurilor din pdnza de api subteranb, controlul realizfindu-se po baz6 detuburi piezometrice.

Consolidarea infrastructurilor

DacS coborirea nivelului apei subterane este datorati dezv<llt5rii uneivegetafii de foioase, inldturarea acesteia poate duce la o revenire a niveluluiapei in teren.

Coborirea nivelului apei subterane se poate folosi:

. in terenuri la care fundafiile de piatrd sau clrlmidi ar suferi un procesaccelerat de degradare mecanicS qi/sau chimic[,

. in versanli urbani cu risc mediu spre mare de instabilitate prinalunecare, putdnd afecta stabilitatea generald a construcfiilor existentepe versant.

Inilierea unui sistem de drenare a apei este o solufie accesibild gi desaplicat6 ?n menfinerea controlatd a nivelului apei subierane in reabifikreaversanfilor. in ceea ce priveqte executarea unor drenuri la nivelulfundafiilor construcfiilor existente, fiecare construcfie in parte prezintdparticularitIli care necesitd o evaluare concretd greu de reilizat aimbundt[firii comportirii construcfiei, prin men{inJrea funclionalitdliiacestor drenuri, fbrd lucrdri de consolidare asupra fundagiei pa4ialdegradate.

BIBLIOGRAFIE

101

t.

)

a

4.

5.

Knut I. Edvardsen, Foundation retrofit & rehabilitation, Bulletin ofthe Norwegian Building Research Institute, English translation byNils Johanson and Richard D. seifert, university of AlaskaFairbanks, 1989R[ileanu P., Mugat v., Lungu 1., Foundation soil Improvement byelectrosiiication, Proceedings of the 1Oth Danube-Europ""nconference on soil Mechanics and Foundation Engineering, 1996Tologea s., Probleme privind patologia gi terapeutica construc{iilor,Editura Tehnic5, Bucuregti, i976.Nistor c., Troia L., Teodonr M, Minialov H., Consolidarea gi?ntrefinerea construc{iilor, Editwa Tehnic6, Bucureqti, I 99 1 .

silion T., Rxileanu F., Mugat v., Fundalii tn condigii speciale,Rotaprint laqi, i989

t02 Reabilita rea construc{iilor

6. Van Impe W.F., Soil hnprovement, Ed. A.A. Balkema, Rotterdam,1995Rdileanu P., Mugat V., Lungu I., The use of the electrosilicationrnethod at the foundation consolidations for old architecturalmonuments in lagi, Romania, Proceedings of the 2nd latemationalSymposium-Grouting and Deep Mixing, Tokyo, 1996Riileanu P., Bofi N., Stanciu A, Geologie, Geotehnic6, Funda{ii, vol1, 2, Rotaprint lagi, 1986

.l

8.

CONSOLIDAREA STRUCTURILOR DINZIDARIE DE CARAMIDA SI PIATRA


La reabilitarea sistemelor structurale din ziddrie vor trebui avute in vedereurmStoarele:

i. vechimeaconstruc{iei;

ii. tipul ziddriei:

, din piatr6,

. din c6rdmid5.;

iii. tipul materialului de legdtw6 dintre piatra de zid6rie:

, ziddrie uscat6,

. mortar cu liant de tip argil6 sau var,

' mortaf cu liant pebazd, de ciment;

iv. sistemulstructural:

. ziddrie simpl6,

. zidlrie conlucrAnd cu elemente metalice,

. ziddne conlucrdnd cu elemente din beton arrnat,

. ziddrie cu stdlpigori gi centuri din beton armato

v. tipul funda{iilor.

Excluzdnd degradarea structurilor din ziddrie ca unnare a greqelilor deconcepfie qi execufie, cauzele principale ale deteriorlrii structurilor dinziddrie pot fi:

. imbitrdnirea materialului in timp (piatra de ziddrie gi liantul delegitur[),

. lipsa intrefinerii construc{iei gi aparilia fenomenului de condens, careimplicit conduce la degradarea materialelor $ilizate la alcfituireasistemul shuctural.

104 Reabilita rea constructiilor

degradarea terenului de ftindare ca urulare a infiltrafiilor apelorpluviale, a pierderilor din instalaliile de aducliune sau canalizare, aridicdrii nivelului p6nzelor freatice sau a schimb[rii traseeloracestora datoritd unor construcfii noi,

depdqirea capaciti{ii portante a terenului de fundare in cazulrealizlrii unor construcfii noi, adiacente construcfei existente,

acliunea seismicd,

. alte actiuni extraordinare cum ar fi exploziile, incendii etc.

Avariile caracteristice ale structurilor din zidirie pot fi:

. crdplturi gi fisuri in perefii de zid[rie ca uflnare a degradiriiterenului de fundare, fig.6.1,

Fig.6.l Cedarea ziddiei ca unnare a degraddrii localea terenului de fundare.

fisurarea peretilor din acgiuni orizontale dupd direcfia diagonalelor(tensiuni principale) ca unnare a dep[girii capacitSlii portante Iaintindere, fi9.6.2.a,

fistnarea labazd a qpale{ilor din acfiuni orizontale, fr9.6.2.b,

apan[ia de fisuri gi crdpituri la intersecfiile gpale]ilor ca unnare alipsei unor leg[twi care sd asigure conlucrarea spafial[,

decuplarea gpalefilor de buiandrugi sau apari{ia de fisuri oblicedeasupra golurilor de ugi gi ferestre, tot ca efect a acfiunii seismice,

a

a

Consolidarea structurilor din zitrdrie de eirlmidtr pi piatrtr

. dislocarea gi cedarea pa4';iald a zidfuiei in zonele cu concenlrdri detensiuni, fig.6.3.

(>

105

(>

Fig.6.2 Fisurarea per$ilor din acliuni orizontale.a - cedare din tensiuni principale, b - cedare din incovoiere

Fig.6.3 Dislocarea zidiriei in zona de rezemare a unei grirlu:i.

ln frg.6.4 este prezentati cedarea tipici la acfiunea seismicE a unei structuridin zidirie f ri m[suri specifice.

r06 Reabilitarea construc{iilor

Concep{ia de consolidare a construc{iilor din zidirie trebuie s[ urmdreasc[:i. eliminarea cauzelor care produc degradarea materialelor;

ii. er.itarea schimbdrii sistemului structural;

iii. imbun[tifirea transmiterii incircdrilor la funda(ii;

iv. legareaelementelor verticale adiacente;

v. realizarea conlucrdrii dintre elementele struchlrale verticale.

Fig.6.5 Degraddri ale unei construcfii din ziddrie din umbria-Marche,Italia, la seismul din26 septembrie,1997.

Sunt situagii cdnd, din motive funcfionale, clidirea este depdgitd, darpentru pdstrarea valorii istorice in contextul ansamblului construit sepdstreazd numai perefii faladelor. In fig. 6.6 se prezintd, doud astfel desituafii la doud clSdiri din Anglia, unde acest sistem este practicat inmod curent. La reabilitarea clddirii de la Manchester, fig. 6.6.a, esteprezentat sistemul de susfinere a perefilor perimetrali din schelemetalice dispuse pe conturul exterior. La construcfia din Sheffield, fig.6.6.b, este prezentatd noua structurr de rezistenld a construcliei in cadiemetalice.

Consolidarea structurilor din zitrdrie de cirimidi qi piatrl

Fig. 6. 6 Reabilitarea constructiil or prin pistrarea fapade lor.a. construcfie in Manchester, b. constructie in Sheffield

r08 Reabilita rea construcf iilor

6.2 PRINCIPII GENERALE DE CONSOLIDARE

Consolidarea structurilor din ziddrie se poate face prin:

. refacerea zidiriilor dislocate,

. betonarea parfial5 in qtrepi cu beton,

. injectarea gi matarea fisurilor qi cr[pdturilor,

. cosS€ro& fisurilor cu scoabe din ofel,

. cdmdquireaperefilor,

. bordarea golurilor,

. legarea zonelor de col1,

. introducerea de tiranfi,

. introducerea de eclise din profile metalice,

. dispunerea de elemente orizontale qi ve,rticale din beton armat,

. c5.mdquieli din materiale compozite.

Conceptnl de consolidare a sistemului structural poate impune combinareaprocedeelor indicate mai sus, in funcfie de cauzele care au produs avaria,mecanismul de cedare gi in mod special de starea construc{iei.

I-a efecftiarea oricdrei lucdri de reabilitare a structurilor din zid[rie de cdrdmiddsau piatr6, o etapd principald este preg6tirea zidiriei, care constd ?n urmdtoarele:

. inldturarea tencuielilor existente,

. addncirea rosturilor pe o addncime de 15-20 mm,

. indepdrtarea materialului neaderent prin frecare cu peria de sdrmdpdnd la deschiderea porilor pietrei de zid6rie,

. suflarea cu aer comprimat a zonelor cur[{ate pentru indepdrtareaprafului.

6.2,1 Refacerea zidiriilor dislocate

In zonele in care ziddria este dislocatd se va proceda la demontarea ei qirefacerea cu aceleaqi materiale utilizate ?n structura ini1ia16" Acestprincipiu este important atat din punct de vedere structural cdt gi

arhitectural.

Consolidarea structurilor din ziidrie de cirimidi pi piatri

In cazul introducerii unor materiale cu rezistenfe superioare apar zoneneomogene care pot conduce la concentrdri de tensiuni. Ins[ toate acesteatrebuie privite in contextul general al consolidlrii structurii.

Din punct de vedere arhitectural, atunci cdnd este vorba de o structurd dinzidlrie aparent[, utilizarea altor materiale poate modifica aspectulconstrucfiei. Sunt multe exemple in care folosirea nortarului pe bazi deciment a condus la deprecierea valorii istorice, fig.6.8.

Fig.6.8 Repararea unei zidirii vechi cu mortar de ciment [2].

6.2.2 Betonarea parfiali in gtrepi cu beton

Prin betonarea parfiald se infelege inlocuirea pietrei de zidlrie cu beton ?n

zonele cu fisuri qi crlplturi importante. Operafiunea de betonare parfialIconstd ?n:

. ?ndepdrtarea treptatd, incepdnd de jos, a cdrdmizilor degradate dindreptul fisurilor,

. curS.tarea zonei de mortar,

. suflarea cu aer comprimat,

109

110

udarea cirdmizilor din zoni pentru a(operafiunea se va repeta, iar inainte dede timp de zvdntare pentru eliminareaporilor pietrei de ziddrie),

furnarea betonului.


nu absoarbe apa din betonturnare se va l6sa un intervalapei in exges qi deschiderea

Procedeul este indicat in cazul pere{ilor interiori gi numai in situafiile in carere{eserea zid5riei este dificil de realizat.

Tehnologia utilizatd,la betonare, descris[ mai sus, este valabilr pentru toatetipurile de lucriri de consolidare in care intervin procese umede.

6.2.3 Injectarea qi matarea fisurilor qi crlpiturilor

Fisurile gi crSpdturile de dimensiuni mari pot fi matate cu mortar pe bazd deciment. Intruset in cazul perefilor grogi este dificil camatarca sd se realizeze inprofnnzimea zidFrnei, aceasta devine fazd preg6titoare a procedurii de injectare.

Injectarea este utilizatd in cazul perelilor cu fisuri izolate cAt qi a fisurilor inrelea densr qi neregulati qi poate fi realizatl cu lapte de eiment, mortar fluidpebazd. de ciment sau rdqini epoxi atunci c6nd fisurile sunt fine.

ln principiu etapele injectirii constau in:. curdlarea de praf a fisurii cu un jet de aer sub presiune,,

. sp5larea cujet de apd a fisurii, dacd se utilizeazd,injectarea cu lapte deciment sau mortar pebazd,de ciment,

. introducerea in ztddrie,la addncimea de aproximativ 5 cm, la distanfede circa un metru in lungul fisurii a unor $tutnri prin care se va faceinjectarea,

. aplicarea unui strat de mortar de ciment pe ambele fele ale zonelor cufi suri (matarea fi surilor),

. injectarea de jos in sus la o presiune de maxim 3 atm - se trece lainjectarea prin urmdtorul gtuf, pe verticale, in momentul in carematerialul de injectare ajunge la acest nivel,

. indepdrtarea qtufurilor dupl ?ntirirea materialului de injectare girepararea zonelor.

Consolidarea structurilor din zitrdrie de cirimidi qi piatri

6.2.4 Coaserea fisurilor cu scoabe din ofel

Legarea cu scoabe din ofel se practicd in cazul fisurilor izolate. Scoabele sefrxeazd de o parte qi de alta a fisurii, pe cdt posibil perpendicular pe aceasta,in zone cu zidirie nedegradatd. Numirul de scoabe se determinl funclie desecfiunea acestora gi capacitatea portanti a peretelui de zidiriei, cuasigurarea unei lungimi suficiente de ancorare.

In mod curent se utilizeaz6 scoabe din ofel rotund, fixate in giuri cu mortarpe bazb de ciment. Dacd este posibil se indici introducerea scoabelor peambele 1'e!e ale zidariei [1].

In practicd se int6lnesc qi scoabe din ofel lat (platband6), care au avantajulcd pot fi mai simplu fixate in zid cu mijloace obiqnuite, fig.6.9.

Fig.6.9 Bridd din otel lat.

6.2,5 Clmiquirea perefilor

C[m69uirea pere{ilor este indicati in cazul sfucturilor vechi puternic deteriorate,la care capacitatea portanti a perefilor structurali este mulidiminuati.

In concepfia de consolidare a structurilor din ziddrie cimdguirea estefrecvent utilizat[. Astfel se practic6 cdmdguieli, pe una sau pe ambele fefeale perelilor structurali, cu mortar pe bazd de ciment sau beton, arrnaroaftcfinduse in mod curent cu plase sudate. pentru ob;inerea unor secfiuniductile se indicd folosirea armdrilor cu bare independente din o{eluriobipnuite.

111

ll2 Reabilitarea construcfiilor

Cimdguirea peretilor din zidirie va incepe, in general, de la nivelulfundafiilor dintr-o centurd de beton armat. In acest fel se asigurdtransmiterea incErchrilor la teren.

C[mlguiala pere]ilor trebuie astfel conceputi incit s[ asigure o bun6conlucrare cu zidfuia existenti. Acest lucru se realizeazd prin fixareaarmlturii de peretele de zidSrie qi asigurarea unei bune aderenle amaterialului utilizat in cimdguiald la peretele existent prin tratareacorespunzitoare a suprafelei peretelui (ad6ncirea rosturilor, periere, suflarecu aer, udare etc).

Fixarea arrniturilor din cdmdguiald se face in mod curent cu scoabe dispusetn qah la circa 20 cm pe direcfie verticald qi orizontald, fig.6.10.a. Scoabelepot fi fixate prin batere in rosturi sau fixate in gduri in care s-a introdusmortar. In cazul cdmlguielilor duble se practicd qi sistemul cu scoabepetrecute prin zid care leagi armSturile de pe ambele fe{e. Dacd se utilizeazdscoabe fixate prin batere, atunci acestea se dispun in rosturile verticaleinclinat la circa 10-15u, fig.6.10.b qi se ibc din olel obignuit cu diametrulminim 10mm, cu lungimea de 15 cm gi ciocul de 6-8 cm, asculite gi indoitein colg drept la cald.

a. b.

Fig.6.10 Fixarea armdturii cu scoabe.

ln cazul c[mdquielilor cu mortar grosimea cimdguielii nu va dep[gi 4 cm, iarincazul celor din beton maxim l0 cm.

1r3Consolidarea structurilor din zi5drie de cirimidi gi piatrl

Grosimea c[m[guielii este dictatE de capacitatea portant6 ce trebuieasigurati, dar gi de tehnologia de execu{ie (turnarea in cofraj sau

torcretarea).

6.2.6 Bordareagolurilor

Bordarea golurilor poate fi realizatl prin:

' dispunerea de armlrur[ suplimentari in jurul golului inglobatd incdm[9uial[,

. inrdrnarea golului cu o structuri din beton armat;

. inrlmarea golului cu profile metalice.

ln cazul bordlrii cu arm6tur[, aceasta se dispune suplimentar armiturii dincdmdquiali qi va fi reprezentatl de minim doud bare cu diametrul de 12 mm,

dispuse la 10 cm distanfd una de cealaltd, pe conturul golului la circa 3-5 cmde margina acestuia. Barele se fixeazd suplimentar in ziddrie cu scoabe,

fig.6.11.a.

Incadrarea golurilor cu o ramd din beton armat se realizeazd prin scoaterea

unui rdnd de cdrdrnidi. Dac[ peretele este gros se poate efectua operatiuneaseparat la interior gi exterior gi eventual se pot rcaliza leg[turi intre cele

doulrame, fig.6.11.b.

La inrdmarea cu profile metalice se utilizeazb de obicei corniere fixate inziddrie cu ancore din olel rotund cu lungime de 60-80 cm dispuse pe intregconturrul golului, fi9.6. 1 1.c.

6.2.7 Legarea zonelor de colf

In zonele de col;, pentru a se asigura o mai buni conlucrare dintreelementele ce se imbin[, se vor introduce legituri suplimentare. Astfelplasele se rnonteazd continuu suprapuse pe cel pulin 20 cm de o partegi de alta a col1ului. Se monteazd suplimentar trei bare cu diametrul de

12 mm, dispuse la circa 10 cm una de cealaltd peste plas6, fixate prinscoabe. DacE este posibil se vor utiliza scoabe str[punse care sd

asigure o mai bund conlucrare dintre cdmlquiald qi structura peretelui,frg.6.I2.


Fig.6.l l Tipuri de bordiri ale golurilor.

6.2.8 , fntroducerea de tiranfi

Tirangii au rolul de a asigura conlucrarea spafiall a structurilor din zidfuie,fiind utiliza{i la construcfiile la care nu existE centuri din beton armat,indiferent de tipul plangeului.

B.B

RAMA DIN

Consolidarea structurilor din ziidrie de clrimidl gi piatrl

Fig.6.l2 Legarea zonelor de col1.

De obicei tiranfii se realizeaza din ofel rotund pentru a se putea asiguratensionarea cu piulife. se intdlnesc in practic[ gi diverse alte tipuri desecliuni (o!el lat, profile U etc.) care au la extremitdgi bare rotunde. Fixareala capete a tiranfilor se face cu pldcufe sau alte profile metalice care potasigura o distribulie a tensiunilor pe o suprafali c6t mai mare a peretelui qipot realiza eventual cuplarea zonei de colp.

Prin dispunerea a cdte doi tiranfi la exterior qi la interior, distanfali cu agrafeqi legali din loc ?n loc cu bride (traverse) din beton armat, dispuse la l-1,3m, se pot obfine cenolri-tiranfi, care asiguri o imbundt[fire a comportlriiansamblului structural, fig.6. 1 3.

115

Fig.6. 1 3 Tirant-centurd

lt6 Reabilitarea construcf iilor

6,2,9 Introducerea de eclise din profile metalice

O rnodalitate de consolidare uscati poate fi realizatd cu eclise din profilemetalice (profile U sau comier), cu care se pot realiza centuri superioare qiinferioare, diagonale qi montanfi. Profilele metalice care se dispun peambele fele ale peretelui se fixeazd cu prezoane, ceea ce conduce qi la oprecomprimare a ziddriei, astfel incdt se asiguri o imbundtifire acomportdrii structurii.

6.2J4 Dispunerea de elemenfe orizontale gi verticale din beton armat

Una din cele mai utilizate solufii, care asigur[ o bun6 legdtur6 a elementelorstructurale pe orizontal[ gi verticald, este cea cu stdlpigori qi centuri dinbeton armat.

Astfel de lucrdri sunt de amploare, fiind necesare desfaceri ale unor zone dinzid6rie, ceea ce le face practicabile mai ales la constructii vechi underezisten{a mortarului este inferioard.

Stf;lpiqorii se introduc la intersecliile zidurilor, fixarea lor ftc6ndu-se cucenturi simple cu conectori, fig.6.14 sau de tip eclisi (dou6 centuri, fiecarepe cdte o fafi a zidului).

BETON ARMAT

Fig.6.14 Centurd cu conectori [3].

ZIDARIE EXISTENTA

Consolidarea structurilor din ziidrie de cirimidi qi piatri

6.2.11 consolidarea structurilor din zidtrrie folosind materialecompozite armate cu fibre (CPAF.)

in ultimii ani s-au incercat cu bune rezultate folosirea compozitelor armatecu fibre la consolidarea ziddriilor in care utilizarea solugiilor convenlionaleare unele dezavantaje.

consolidarea structurilor din ziddrie prin cimiguirea cu beton armateste destul de eficientE, intrucdt m[regte capacitatea portanta, rigiditateaqi ductilitatea, dar aceasti solulie are gi o serie de dezavantaje dintrecare menfiondm, [10]:

' c5m6puielile grele sporesc mult greutatea proprie ad6ug6ndincirc6ri permanente destul de mari, uneori imposibif detransmis la terenul de fundare mai ales c6nd la parter sunt bolgisau arcg,

. inc6rcdrile suplirnentare din greutatea proprie modificd rispunsuldinamic al stnrcturii fiind posibild suplimentarea incirceriiseismice,

. grosimile cSmdguielilor pot altera aspectul estetic qi reduc spafiul utildin clddiri,

. solutia este mare consumatoare de manoperE qi pe duratarealizdrii lucrSrilor este obstruc(ionat[ utilizarea normali acl6dirii.

Aceste dezavantaje au stimulat clutarea unor solulii de consolidarebazate pe folosirea materialelor compozite armate cu fibre 17, g,1l]. oprim[ variantd de consolidare folosind cpAF se prezintI in fig. 6.lj, incare o fes6turi din fibre (din sticld, carbon sau aramidice) estepreimpregnatb cu o rdqin[ polimerici gi lipitd pe suprafafa zid5riei cu unstrat adeziv.

Studii experirnentale ulterioare au evidenfiat faptul ci la consolidareazidSriilor este mai eficientd utilizarea fdqiilor compozite inguste, fig. 6.16.aorientate aproximativ dupi direcfiile tensiunilor normale decdt a-operireaintregului perete cu membrane compozite continue. De asemenea, din

tl7


programele de cercetare * dezvoltare organizate in acest domeniu s-auformulat qi alte concluzii:

' in cazul in care solicitarea predominanti este incovoierea normalS peplanul peretelui, este recomandat6 folosirea fhgiilor compoziteorizontale pentru cre$terea momentului capabil,

. dac6 zidul de clrimidi este incovoiat in planul sdu este necesarddistribuirea armiturilor exterioare compozite in zonele solicitatepreponderent la intindere.

TESATURA DIN FIBRADE STICLA IMPREGNATACU RASINA EPOXIDICA

Fig. 6.15 Consolidarea unei zidirii nearmate cu membranl compozitl.

Eficienfa corespunzitoare a consoliddrii cu ffigii compozite se obline doardacd este asiguatd ancorarea corespunzdtoare a armAtudi cornpozite lacapete, prin lungimi de ancorare suficiente sau prin sisteme de strflngere(fixare).

Dacd nu se asigur[ aceste condilii pot apare desprinderi ale frgiilorcompozite gi moduri de cedare similare celor de la elementele din betonarmat (cap. 7.3).

Tiranlii rcalizagi din compozite polimerice armate cu fibre se folosesc maiales la consolidarea monumentelor istorice realizale din zidirie.

ZIDARIE EXISTENTA

Consolidarea structurilor din zildrie de ctrrimidi 9i piatrtr

Folosirea tendoanelor compozite respectd dou6 condilii principale [5]:

. intervenliile structurale sunt pulin vizibile pi nu altercazd"personalitateao' construcliei,

. solufiile propuse sunt 'teversibile" qi pot fi demontate dac6performanfele pe tennen lung nu sunt satisficStoare.

Fig. 6.16 Consolidarea zidurilor din cdrdmidi cu fbgii din CpAF [1 1].a. gi b. fhgii lipite pentru cregterea capacitdgii porlante la incovoiere

gi forlbcare, c. f6gii (tendoane) nelipite dispuse pe contur penffuconfinarea ziddriei

Structurile din zidirie pot fi consolidate folosind qi tiranfi dispugiperimetral, fig.6.16.b. Tiranlii sub forma unor bare rotunde sau faqiiplate din compozite polimerice se aplicd perimetral prin exteriorulzidurilor gi apoi se pretensioneazi pentru realizarca confindriiorizontale.

119

r20 Reabilitarea construcfiilor

Compozitele folosite la tiranfi sunt cu armare unidirecfionald avfuidrezistenfe longitudinale foarte bune dar mult mai mici in direc{ietransversall; de asemenea compozitele cu afinare unidirec{ionald carefolosesc matrice polimerice termorigide sunt fragile qi sensibile la opera{iilede filetare sau agchiere. De aceea trebuie realizate sisteme speciale deinnldire in cdmp sau de fixare la capete.

intrucAt tirangii din CPAF nu pot fi indoifi dupd raze mici de curbur6 esteimposibild trecerea acestor elemente dup[ colluri qi se impune ancorareaseparat6 a tendoanelor printr-un element special, frg. 6.17. Sistemul defixare la colgul unui zid este realizat dintr-un collar din ofel gi doud elementede ancorare gi tensionare a fbqiei compozite. Tendonul compozit se lipegtepe o pereche de eclise metalice care asigur[ apoi tensionarea.

Fig. 6.17 Ancoraje pentru prinderea ffuiilor compozitefolosite la consolidarea perefilor din zidlrie [5].

Transferul fo4elor de pretensionare din tiran{i la structur[ se rcalizeaz[ princontactul dintre co[arul metalic Ai ziddrie. Cele doul tendoane compoziteancorate la acelagi coll se pretensioneazd progresiv prin stringereaaltemativd a piulifelor din capdtul pieselor, astfel incflt sd se echilibrezemomentele incovoietoare.

Innddirea tendoanelor compozite, dispuse perimetral, se fbce prinintermediul unor eclise metalice gi un mangon de strdngere.

ECLISE PENTRU FIXAREA

tzlConsolidarea structurilor din zitrdrie de cirimidi gi piatrtr

Utilizareamaterialelor compozite annate cu fibre (CPAF) la consolidareastructurilor din zidirie oferl rezolviri simple qi rapide. Sistemul este

indicat mai ales in cazurile in care solugiile tradilionale nu sunt aplicabiledin diferite motive sau prezintd unele dezavantaje, printre care cea maiimportantd este cregterea greutdfii construc{iei.

Folosirea CPAF necesitd dezvoltarea unor solulii speciale de prindere qi

fixare astfel incdt si fie utilizat in intregime potenfialul structural al

acestofa.

BIBLIOGRAFIE

l. Nistor C., Troia L., Teodoru M., Minialov H., Consolidarea qi

intrefinerea construcfiilor, Editura Tehnicl, Bucuregti, 1991.2. Hassapis S., The Rehabilitation and Conservation of Old Masonry

Historic Structures With the Use of FRPs, Degree of Master ofPhilosophy, Universify of Sheffield , 1999.

3. Pasta A.o Restauro Antisismico, Dario Flaccovio Editore,Palermo, L992.

4. Saadatmanesh H. - Fiber Composites for New and Existing' Structures. In ACI Structural Journal i May - June, 1994.

5. Triantafillou T.C., Fardis N. - Strengthening of Historic MasonryStructures with Composite Materials. In: Materials and Structures /Materiaux et Constructions, Vol. 30, October 1997.

6. Velazquez - Dimas J.I., Ehsani M.R., Saadatmanesh H. - Out - of -Plane Behaviour of Brick Masonry Walls Strengthened with FiberComposites. In AICI Structural Joumal /May - June 2000.

7. Kolsch H. - Carbon Fiber Cement Matrix Overlay System forMasonry Strengthening. ln: Journal of Comp. tbr Constr., May1998.

8. Kurtis K.E., Dharan C.K.H. - Composite Fibers for ExternalReinforcement of Natural Stone. In Journal of Comp. forConstruction, Aug. 1997 .

9. Ehsani M.R.., Saadatmanesh H., Al - Saidy A. - Shear Behavior ofURM Retrofitted with FPR Overlays. In: Journal of Comp. forConstruction. Febr. 1997.

122

10.

11.

12.

13.


Triantafillou T.c. - Strengthening of Masonry structures usingEpoxy Bonded F.R.P. Laminates. ln: Journal of Comp. fo;Construction, May 1998.Triantafillou T.c. - Strengthening of structures with AdvancedFRPs.In: Constr. Res. Com. Lim., 1998.lcBo Eval. Serv. Inc. - Acceptanee criteria for concrete andReinforced and unreinforced Masonry Strengthening using Fiber -Reinforced Composite Systems, Whittier, 1997sika wrap * composite structural and Seismic strengtheningSystems, Sike Limited, 2000

14. sika- structural stengthening with sika carbo Dur composites, 2000.

COI{SOLIDAREA STRUCT URILORDIN BETOI\ ARMAT


Construcliile cu sffucturi din beton annat au o pondere importantd in cadrulfondului nou consffuit in majoritatea 1[rilor lumii. Cu toate avantajele legatede siguranfa unor astfel de tipuri de structuri sunt frecvente cazurile csndeste necesard intervenfia in vederea reabilitdrii lor.

Cauzele apariliei degradirilor la stucturile din beton armat sunt multiple.Astfel, o primd categorie de degrad[ri - qi chiar cele mai frecvente - suntdatorate execuliei defectuoase, iar dintre acestea se menfioneazd:

. lucrdri efectuate pe timp friguros sau la temperaturi ridicate fhrd luareaunor mdsuri corespunzbtoare care sd asigure oblinerea unor betoane decalitate,

. dispunerea incorectd a arm[turilor in beton in conformitate cuproiectul de execu{ie,

. decofrarea sau solicitarea elementelor structurale inaintea termenuluinecesar atingerii rezistenlelor betonului,

. utilizarea unor materiale de calitate inferioar[,r nerespectarea tehnologiilor privind punerea in operd a betonului.

Din categoria deficienfelor de execufie, care pot avea efecte defavorabileasupra structurilor din beton armat, sunt si cele referitoare la calitatealucr[rilor adiacente cum ar fi izola{iile, finisajele etc.

Uneori cauzele degraddrilor structurilor din beton armat, ca qi in cazul altortipuri de structuri, se regdsesc inc6 din faza de proiectare prin:

. subevaluarea incircErilor in raport cu destinafia construcfiei sauschimbarea de destina{ie,

. modeldri analitice incorecte gi erori de calcul,

124 Reabilitarea constructiilor

. gre$eli in alcItuirea structurald, cum ar fi lipsa capacitdliideformare plasticd (secliuni neductile) pentru construclii situatezone seismice,

gregeli concepfuale privind izolafiile termice gi sistemele de incElzire,

acceptarea unor sisteme structurale improprii ca unnare a produsuluicreatiei de arhitecturd.

De multe ori cauzele avariilor sunt datorate acliunilor tehnologice sauintrefinerii necorespunz[toare a utilajelor gi instalaliilor, si;uagie corelati saunu cu dep[qirea duratei de viatd a construc{iei. Cele mai multe situa{ii deacest gen sunt intdlnite in industrie unde avariile pot fi datorate urm[toarelorcauze'.

r acliunea agenfilor chimici,

r ptoasta intrefinere a instalafiilor care produc vibralii,. infilharea agenlilor chimici in pdnza freaticd gi diskugerea

infrastructurilor,

o proc€ss tehnologice cu degaj5ri de substanfe chimice agresive,

. umiditatea excesir'd gi lipsa sistemelor de ventilare,

r nor€sp€ctarea condifiilor clirnatice (fenomenul de condens) etc.

La foarte multe tipuri de struchrri intervin in timp o serie de factori care fieprin degraddri la nivelul terenului de flindare gi prin infiltralii de apd dinconducte, fie prin deterior[ri la nivelul hidro gi termo izolaliilor, pot concurala pierderea capacitdlii de a indeplini f,rncfiurea (pierderea capacitdlii dere{inere a lichidelor la rezen'oare sau de pierdere a capacitdlii de reginere aapei la baraje) sau la ceddri ale structurii de rezistenfd.

Cele nai multe degraddri structurale le intdlnim, ins[, in zone seismice.Cauzele degrad[rilor structurilor din beton armat la acliunea seismicd suntmultiple. Astfel, existd strucfuri vechi care au fost supuse unui numdr relativmare de seisme fapt care a condus la pierderea capacitdlii portante ca unnarea oboselii materialului. Ins6pi conceptul de proiectare ductil, care sti lnprezent la baza proiectlrii construcfiilor in zone seismice, acceptidegradiri strucfurale in cazul unor acfiuni seisrnice extraordinare gicare necesit[ ulterior intervenfii.

deln

t

a

Consolidarea structurilor din beton armat 125

7.2 PRINCIPII GENERALE DE CONSOLIDARE

Reabilitarea structurilor din beton armat se poate realiza prin mai multeprocedee. Performanlele noului sistem creat sunt insd condilionate de o seriede factori cum ar fi:

i. compatibilitatea dintre deformabilitatea sistemului vechi qi a celui cucare se rcalizeazd consolidarea la nivelul fiec[rui element sftuctural;

ii. realizarea unei conectdri cdt mai bune intre cele dou6 elemente (celnou qi cel vechi), astfel ?nc0t si se asigure un bun transfer alincdrcdrilor;

iii. modelarea corectd a noului sistem creat;

iv. dezvoliarea unor procedeee de evaluare a performanfelor gicomportdrii noului sistem creat.

Analizele efectuate asupra posibilit[gilor de cre$tere a performanlelorstrucfurilor existente, mai ales la acliunea seismici, au condus la o serie demtrsuri de reabilitare condilionAnd cregterea capacitdlii portante gi arigiditSlii orizontale cu cea a ductilitdlii elementelor structurale [1]. Acestlucru se poate realiza, la structurile in cadre din beton armat, prin mai multeprocedee:

i. introducerea unor panouri de rigidizare sau cregterea capacitafiportante a celor existente, fig.l.1.a - panourile pot fi din beton armatsau zidirie;

ii. introducerea de conhav6ntuiri din ofel, fig.7.l.b, cu caracter local inochiurile cadrelor, sau cu caracter general, cuprinzind zone dinstructurS;

iii. introducerea unor structuri adiacente, fig.7.1.c - rolul acestora poatefi divers, plecf,nd de la rigidizarea qi diminuarea eforturilor structurii,ia uniformizarea modului de comporatre a ansarnblului prindiminuarea efectelor din torsiune etc.;

iv. refacerea capacitSgii structurii prin creqterea capacitdfii portante aelementelor struchrrale: st0lpi, gnnzi sau noduri, fig.7.1.d.

La clEdirile cu perefi structurali din beton armat principiile de reabilitare selimiteazd in general ia refacerea capacitfiii portante a elementelor


structurale prin inchiderea fisurilor utilizdndu-se injectdri cu moftar sau curiqini epoxi. cregterea capacitdlii portante a structurii se poate realiza prin:

i. introducerea de perefi structurali cuprali la cei existen{i, frg.7.z,(perelii noi se pot realiza pe o parte a peretelui existent sau ptambele pa4i);

ii. cdmiquieli din beton armat pe o parte sau pe arnbele p6fii apereteluiexistent (prin torcretare);

iii. bord6ri pe contur cu conectarea elementelor la intersecfii, fig.7.3;iv. infroducerea unor strucfuri adiacente.

c. d.

Fig.7.1 Procedee de consolidare a structurilor in cadre din beton annat.

In toate cazurile va trebui s6 se realizeze o conectare la interfala dintreelementele vechi gi cele noi, astfel inc6t sE se asigure conlucrarea dintreaceste4 care s[ conduc[ la un singur sistem structural omogen.

Ca urmare a diversitilii sistemelor utilizate gi a tipurilor de avarii care potapare la construcfiile din beton armat este dificil de a prcciza procedbuloptim de reabilitare.

b.

Consolidarca structurilor din beton armat

Fig.7 .2 Consolidarea pere{ilor structurali din beton arrnat cu pereti noi.

A-A

127

Fig.7 .3 Bordarea pereXilor structurali din beton armat.

Chiar dacd acest domeniu ocupS un loc important in preocup6rilecelcetdtorilor qi a studiilor de specialitate, nu se pot contura'orefete" optime,fiecare sistem reprezentdnd un caz aparte. Mai mult, utilizarea unuia sau

altui procedeu este condifionatE de posibili6lile tehnologice qi mai ales decele economice.

A.A

a# n1-f-

n**


7.2.1 consolidarea cu panouri din beton armat sau din zidirie

Procedeul se utilizeazE pentru rigidizarea qi creqterea capacitElii portante laacfiuni laterale a sistemului structural. Amplasarea aceJtora rc fa." pe c6tposibil ln zone ftrd u$i gi ferestre, plstrdndu-se, in acelagi tirnp,continuitatea pe verticali pentru a nu crea zone cu modificiri brugte derigiditate.

In practica curentE, atunci cdnd este vorba de zone frrd goluri de ferestre,datorit[ simplitdlii in execu]ie, sunt utilizate panorile din ziderie lmp6nate inochiul cadrului. Impdnarea se poate realiza cu piese metalice, fig.i.4.4 sauelemente de zidIrie dispuse inclinat, frg.7.4.b.

b.a.

Fig.7.4 Procedee de impinare a panourilor din ziddrie.a. implnare cu piese metalice, b.lmpdnare cu ziddrie

In zonele cu goluri de ferestre sunt indicate panourile din beton armat caretrebuie ancorate in elementele adiacente, grin"i gi st6lpi, trg.7.5. conexiunease poate realiza cu bare din olel beton introduse in gduri ci strEpung sau nuelementele structurale, sau cu conectori de tip conexpand. prin acestprocedeu se asigur[ o bund conlucrare intre elementele structurii existente qicele nou introduse, evitAndu-se astfel concentrdrile de tensiuni la colluriiepanourilor de rigidizare.

129Consolldarca structurilor din beton arntat

Fig.7.5 Procedeu de conectare a panourilor din beton armatinhoduse ln ochiul cadrului.

Atunci clnd grosimea grinzii este mult mai mic6 decit ldlimea st6lpului,amplasarea panoului din beton armat se poate realiza lateral grinzii, cu

ancorarea la nivelul plangeului cu sau fbrd conexiuni ?n elementele verticaleadiacente, fr9.7.6.

Fig.l.6 Procedeu de conectare a panourilor din beton armatintroduse lateral grinzii.

Ambele procedee, prezentate anterior, implic[ realizarca unei bune

conlucrdri dintre structurd gi panoul de rigidizare, astfel incdt in cazul unorsolicitiri mari sd nu se poatf, produce expulzarea panoului qi si se evite


concentrarile de tensiuni din zonele de contact, de la colluri, dintre panou gistructurd. In unele cazuri, atunci c6nd rigidiz[rile.se efectueaza wperimetrul exterior al construcfiei, pot fi utilizate panouri prefabricate culeg[turi de tip conector gi matarea roiturilor cu mortar, fig.7.i.

n{-.1-

n#Fig.7 -7 Procedeu de conectare a panourilor prefabric ate [2].

7.2.2 consolidarea cu sisteme de contravflntuire din ofel

Utilizarca contravdntuirilor din ofel la reabilitarea structurile in cadre dinbeton armat este din ce in ce mai utilizatd. cauzaprincipali este legatE deraportul greutate-rigiditate si de unele aspecte tehnoiogice.

sistemele de contravdntuire se realizeazd sub forma unor rame metalice ininteriorul cdtata se amplaseazd contravetuirile. Prinderea ramei in ochiulcadrului se poate rcalizain mai multe moduri:

i. cu conectori, spirale gi mortar, frg.1.7;

ii. cu conectori de tip conexpand gi matare cu mortar, figJ.g.a;iii. prin intermediul unor elemente metalice fixate pe conturul golului cu

conexpanduri, de care se cupleazr cu quruburi elemintele decontrav6ntuire, fig.7.8.b,

iv. prin lipire cu rigini epoxi, fig.7.g.c.

In fig-7.9 sunt prezentate dou6 imagini cu sisteme de contravantuiri rnetaliceutilizate in Japonia [4].

Consolidarea structurilor din beton armat

ASAMBLARE

CONTRAVANTUIRE

Fig.7.8 Procedee de conectare a panouilor de conravdntuire.a. cu conexpanduri qi rnatarea rostului, b. gi c. cu pies[ intermediard

Printre propunerile rnai recente, dintre panourile de contrav6nfliire custructurd metalicl sunt gi cele sub formd de fagure. Panourile sunt formatedintr-o placd metalicd cu rigidiz[ri din profile metalice , fig.7.10.a, l4].Sistemul poate fi realizat qi din subansamble imbinate intre ele cu guruburi,fig.7.10.b. Prin segrnentarea panoului rezultE posibilitatea de manevraremanual6, ceea ce pennite introducerea elementelor gi la rigidizdrile dininteriorul construcfiei.

131

a.

b.

132

Fig.7.10 Tipuri de panouria. panou rigidizat cu nervuri,


de contrav6ntuire din tabl6.b. panou din casete asamblate

Fig.7.9 Procedeu de conectare a cotravAnnririlor [4].a. procedeu clasic cu conectori gi mortar, b. conectarea cu rEgini epoxi

a.

b.


7.2.3 consolidares prin introducerea unor structuri adiacente

Acest procedeu este practicat numai in siHra;iile c6nd se impune extindereaconstrucliei, iar construclia adiacentd poate cre$te capacitatea ansarnblglui laacfiuni laterale, sau poate asigura o comportare rnai bund la efectele dintorsirure.

sunt situafii cAnd prin cuplarea unor construcfii adiacente se poate obfine unansamblu cu caracteristici superioare pdrfilor din punctul de vedere al cauzeicare impune reabilitarea. Astfel se poate realiza o creqtere a rigiditajiilaterale prin cuplare.

7.2.4 consolidarea prin refacerea / cregterea capacitifii portante aelementelor structurale

Cel mai frecvent procedeu intdlnit in practica consoliddrii structurilor dinbeton armat este cel bazat pe utilizarea cim[guielilor din beton armat, careare o arie largf, de aplicabilitate la st6lpi, gnnzi, diafragrne, pile de podpiloli ai infrastructurilor, ftindafii etc.

Crmi.guirea consti ln creqterea sec{iunii unui element de construclie princare se lncorseteazl cu o cf,maqi din beton armat, intim legatd de elementulinifial.

Introducerea de cf,mSguieli este valabil[ atdt pentru a impiedica deteriorareain continuare a unui element de construclie c6t gi pentru cregterea capacitdtriiportante iniliale.

Pe 16ng[ aceste sisteme de consolidare, in momentul de fag6 sunt din ce in cemai utlizate diferite alte procedee dintre care fac parte gi cele cu materialecompozite care au pe l6ngi avantajul introducerii rapide tn oper6 $iposibi I itatea evitdrii cregterii grelrtfiFi construcf iei.

FErd a intra in detalii, specifice diftritelor procedee de consolidare care dealtfbl sunt pe larg dezvoltate in literatura de specialitate 15, 6, Tl, incontinuare vor fi prezentate numai unele elemente de principiu pentnr stilpiqi grinzi.

133


Cele mai practicate sisteme de consolidare locali pentru stdlpi sunt [2]:. cimlquieli dinbeton armat, fig.7.11.a,

r c&rcaSe din tabll, la care se injecteazi cu mortar pe bazd de cimentinterspafiul dintre element gi carcasd, fig.7.11.b,

r c&rca.s€ dinprofile metalice fig.7.11.c,

. fretdri cuplatbande fig.7.11.d,

. fretdri cu cabluri fig.7.1l.e,

' tole din tabl6 lipite cu r[gini epoxi fr9.7.2.f.

ffiWffiffiffiFig.7.1l Procedee utilizate la consolidarea stdlpilor din beton armat.

a. cdmIguial[ din beton armat, b. carcase din tabld qi injectlri cumortar, c. carcase din profile metalice, d. fretbri cu platbande,

e. fretdri cu cabluri, f. tole din tabl6 lipite cu r[gini epoxi

La unele dintre procedeele de consolidare a stdlpilor prezentate infig.T.ll se pot utiliza pi prinderi suplimentare cu conectori de tipconexpand pentru o mai buni conlucrare dintre sistemul de cimdguire gisistemul initial [3].

k=tvaz}/lIIdzU

J

aa

UJozr0tsJzdUJFI'JIY

IFz

a

(J

UJIJdE

[rJJtrxz6ljjU)

&(J

(JtUFdJ

5lDfz6UJJoF

e.d.b.a.

kt5zt\9t6(/)t(J

6lsIlsbl2zl*,6luFldrlull

rllI

\


Unele sisteme utilizate la stdlpi pot fi extinse identic gi la grinzile din betonarmat, iar nodurile, care de cele rnai multe ori fac conexiunea intre zoneleconsolidate ale st0lpilor cu cele ale grinzilor, trebuie tratate in mod specialpenku a se putea asigura conlucrarea dintre elemente.

Cele mai uzuale procedee de consolidxe a grinzilor din beton armat sunt cuarm[tur[ flexibil6, prezentate in fig.7.12. Astfel, dispunerea etrierilor sepoate realiza prin strdpungerea pl6cii, fig.7.12. a qi b, sau a inimii grinzii,frg.1.l}.c. Perforafiile la nivelul pl[cii se pot da pentru grupuri de etrieri, iarcele de la nivelul inimii numai pentru etrieri independenfi. Detalii specificesunt prezentate pe larg in literatura de specialitate [5 gi 7].

Fig.1 .12 Procedee utilizate la consolidarea grinzilor din beton armatprin cdmdquieli din beton armat

Larealizarca c[mi$uielilor grinzilor din beton armat se va avea in vedereca diametrul minim al etrierilor sd fie de 8 mm, iar dispunerea acestora sdse facd la 10-15 cm distan!6. Pentru a se putea asigura conlucrarea dintrearmdtura noui si armltura existenti. din grindi se vor rcaliza conexiunicu eclise sudate dispuse la distanfe cuprinse intre 50 qi 100 cm [5,6,7].

Un procedeu de consolidare "uscat" a grinzilor din beton armat este cel cuprofile metalice sau carcase fixate de sfructura existent[ prin elemente deasamblare cu filet (prezoane, conexpanduri etc.). In frg.7.l3.a elementelelongitudinale din cornier, amplasate la partea inferioar[ a grinzii, suntatagate qi se asigurd conlucrarea numai prin intermediul unor prezoanetensionate, care au gi rol de etrieri. Dispunerea prezoanelor se faceasem6ndtor cu cea a etrierilor prin perfiorarea plScii"

135

b.


a. b. c.

Fi9.7.13 Procedee ulilizate la consolidarea cu profile metalice gicarcase a grinzilor din beton armat.

Profilele metalice, fig.13.b, gi carcasele,frg.r3.c, pot fi ataqate grinzilor dinbeton armat cu prezoane sau conexpanduri, iar pentru a se asigura uncontact cdt mai bun lntre elemente se poate practica procedeul ir{ectrrii cumortar pe bazd de ciment. In felul acesta pot fi corectate toateneuniformit{ile rezultate din tumarea elementului din beton armat.

Intruc6t intre beton gi metal se poate realiza o bun6 conlucrare prin lipire curigini de tip epoxi, acest sistem este des intdlnit in practica consolidariigrinzilor. Procedeul este utilizat atdt pentru cregterea capacitilii portante lamoment incovoietor, fi9.7.14.a, qi respectiv la forfd tdietoare, fig.7.L4.b, e6nqi pentru situafii combinate, fig.7.14.c. In cel de al treilea caz, elementeleverticale pentru preluarea fo4ei tdietoare pot fi dispuse continuu saudiscontinuu sub forma unor platbande. Aplicarea acestui procedeu necesit[ oprelucrare special[ a suprafelei din beton pentru a se asigura planeitatea gireducerea grosimii stratului de adeziv.

Fig.7.l4 Procedee de consolidarc a ginzilor din beton armatcu pllci din tablS lipite cu r[gini epoxi.

Consolidarea structurilor din beton armat 137

7.3 CONSOLIDAREA CU PRODUSE DIN CPAF

compozitele cu matrice polimerice annate cu fibre (cPAr) au inceput sd fieutilizate la reabilitarea structurilor din beton armat in situaliile in caresoluliile conventionale de consolidare s-au dovedit deficitare sub anumiteaspecte. Degi soluliile de consolidare bazate pe CPAF sunt relativ noi, inultimul deceniu s-a acurnulat un volum important de date analitice qiexperimentale permildnd aprecieri realiste in privin{a viabilitIlii acestorsolulii in proiectele de reabilitare structurall.

Una din soluliile cele mai aplicate pentru consolidarea elementelor din betonarmat este placarea cu platbande din ofel; dezavantajele acestui procedeu(discutate in cap. 4) au condus la introducerea placirii cu f6gii din CPAF,solufie cu avantaje evidente. O altd metodi clasicd gi anume cimdguireaelementelor structurale s-a dovedit eficientd in privin{a cregterii rezistenfei qiasiguririi ductilitdlii, dar costisitoare ?n privinla consumului de manoperd,sporirea rigidit5lii gi intreruperea inerenti a exploat[rii constnrcliei pedurata efectudrtii lucrlrilor.

CPAF oferd o gamd de proprietdli convenabile: rezisten{d la coroziune,densitate redusd, modul de elasticitate ridicat, caracteristici mecanice"dirijate" in raport cu cerinlele de rezistenfd qi rigiditate, deformabilitateacceptabili gi posibilitatea fabricdrii unor produse adecvate solufiilor deconsolidare. Pe de altd parte aceste materiale sunt relativ scumpe, iarexperienfa practicl acumulat[ nu permite incd fbrmularea unor concluziidefinitive referitoare la durabilitatea soluliilorbazate de CPAF.

Alte argumente in sprijinul folosirii CPAF la consolidarea structurilor dinbeton armat se refer[ la: aplicarea soluliilor de consolidare tn spalii limitate,eliminarea structurilor provizorii pentru sprijiniri temporare, reducereasemnificativd a costului manoperei gi micgorarea p6nd la anulare aintreruperilor in func{ionarea construcfiei.

Ptn[ in prezent s-au utilizat aceste solufii mai ales la:

. consolidarea grinzilor gi plScilor degradate din incovoiere,

. consolidarea grinziLor qi stdlpilor degradate din forfecare,

. confinarea stdlpilor,

. consolidarea cogurilor industriale.


Inginerul proiectant nu trebuie sd o'forleze" insd utilizarea acestor matedaledoar pentru cd reprezint[ solufii modeme, ci s6-gi motiveze alegerea pe oevaluare cuprinzdtoare tehnic6 gi economicd.

7.3,1 Componentele solufiilor de consolidare bazate pe CPAF

Solutiile de consolidarcbazate pe CPAF se pot realiza folosind combinagiivariate de fibre qi matrice polimerice. Cele mai utilizate constituente aleCPAF pentru consolidarea structurilor din beton armat sunt rlqinileepoxidice, poliesterice 9i vinilesterice ca matrice, respectiv fibrele dincarbon, sticl[ sau aramidice pentru armdturi.

Rdginile polimerice utilizate la sisternele de consolidarebazate pe materialecompozite se pot regdsi in urmitoarele componente:

i. grund, utilizat la anorsarea suprafelei betonului pentru?mbundt6{irea aderenfei cu riginile utilizate la impreggrarea armituriisau a stratului adeziv;

ii. chit, folosit ocazional pentru umplerea eventualelor goluri lasuprafala betonului qi netezirea suprafegei la care se atageazdplatbanda compozitd;

iii. matrice, pentru impregnarea fibrelor, avind rolul de a menfinearmiturile in pozilia impusd de tipul compozitului qi de a seasigura rnediul de transmitere a tensiunilor prin produsulcompozit;

iv. adezivi, utilizafi pentru asigurarea conlucrdrii dintre platbandacornpozitd gi beton - stratul adeziv permite transferul tensiunilorintre elementul de beton armat gi produsul compozit folosit laconsolidare;

v. acoperire pralectoare, ce asigurf, proteclia exterioard a armdturiiprodusului compozit fa!6 de agenfii agresivi din mediul inconjurdtor;

vi. /ibrele ca materiale de afinare, rcalizate din sticld. carbon sauaramide se utilizeazd sub forma unor filamente continue sau subformd de tes6turi.

Tipurile de produse compozite cu matrice polimerice, armate cu fibre,utilizate la lucrbri de reabilitare structurald au fost prezentate in cap. 4.4.


7.3,2 Probleme speciale gi pr€cautii necesare la utilizarea sistemelorcompozite de consolidare

Decizia privind posibilitatea utiliz[rii CPAF la consolidarea elementelor dinbeton armat hebuie adoptatd pe baza evaludrii avantajelor qi riscurilorpotenfiale. Aceste riscuri, degi ntrlt reduse datoriti prograrnelor recente decercetare - dezvoltare, trebuie cunoscute gi luate in considerare la adoptareasoluliei de consolidare qi anume:

a. Fibrele din sticl[ E pot fi atacate de mediul alcalin din beton, dacdarm6turile intrd in contact direct cu acesta, sticla cu zirconiu esterezistentd la acfiunea agresivd a alcaliilor, iar stratul de protecfie dinpolimer previne acest mod de deteriorare. De asemenea coroziuneafibrelor din sticlS sub tensiuni ridicate reprezintr un pericol poten{ialpentru sistemul compozit.

b' in privin{a durabilitdlii matricelor polimerice existd suficiente dateprivind men{inerea proprieti{ilor acestor componente in mediiagresive. Experimentdrile privind influenla adaosurilor folosite pentruimbunitdfirea comportnrii la radiafii ultraviolete nu au eviden{iatdescregteri substanfiale ale rezistenfelor mecanice.

c. Perfbrmanlele adezivilor utilizali la placarea grinzilor din beton armatcu platbande sau membrane compozite au fost verificate pe parcursula mai mult de 20 de ani, rezultatele obtinute fiind convenabile acesteisolulii.

sistemul compozit realizat prin placarea grinzilor din beton armat cuplatbande din cPAF are o comportare foarte bun[ la acfiuni repetate,iar fluajul compozitelor qi al adezivilor este nesemnificativ.

in legdturr cu proiectarea in ansamblu a sistemului de consolidarebazat pe cPAF este necesarr colectarea qi prelucrarea rezultatelorobfinute prin monitorizarea aplicafiilor realizate gi prin implicareaspecialigtilor care stdpdnesc bine at0t mecanica mediilor compozitecAt gi a structurilor din beton armat sau prin cooperareinterdisciplinar[.

139

d.


7.3.3 Folosirea CPAF la consolidarea elementelor incovoiate din betonarmat

7.3.3.a Modul de realizare a soluliei de consolidare

consolidarea grinzilor gi pl[cilor din beton armat se bazeazd pe o solugierelativ simpld din punct de vedere conceptual, dar eficienla acesteia estedetelninatd de capacitatea zonei compozit - beton de a prelua qi transmitestdrile de tensiuni dintre componente.

Eficacitatea sistemului este influenlata de rnodul in care se realizeazdprodusul compozit folosit la consolidare pi se aplicd pe suprafafa betonului.Aceastd relafie depinde de:

i. lipirea unor platbande din CPAF (oblinute prin pulkudere, princontact sau prin vacuumare) pi aplicarea acestora pe suprafafa debeton, utilizAnd un adeziv cu proprietlfi fizico-mecanice adecvate;

ii. aplicarea unor membrane compozite rcalizate la locul de punere inoperd, folosind tehnologia uzualL de formare a stratificatelorcompozite prin procedeul "de contact" - dupd dispunerea unuistrat de rdqinf, se aplich succesiv straturile de armdturd sub formaunor benzi din fes6tur6 care se preseazi cu rulouri, oblinAnd astfelsimultan elernentul compozit gi aderenfa cu suprafala de beton;

iii. dispunerea armdturii gi a rdginii intr-un mediu vacuumat, constd dinplasarea armdturii alcdtuite din fesaturd peste zona ce trebuieconsolidatd gi infuzia raginii sub vacuum - procesul se desfagoar[intr-un mediu inchis, infuzia de rdqind umecteazd stratul de armiturdgi umple fisurile din beton.

Proprietdlile cele rnai uniforme se oblin prin utilizarea platbandelor qimembranelor compozite prefabricate lipite de beton printr-un adezivputernic, avind caracteristici fizico - mecanice compatibile at0t cu stratul debeton c6.t qi cu produsul compozit.

Procedeul prin contact este cel rnai convenabil aplicdrii "in situ", atit caflexibilitate a procesului c0t gi ca pre! de cost. Totugi proprietd{ile sistemuiuirezultat au o mare imprEptiereo consumul de rd$ind este relativ ridicat, iarmembrana compozitS rezultatfi dupi ?ntdrire are proprietd{i mecanice rnaireduse.


Infuzia de riqind in mediu vacuumatproprietifi superioare la care rezultdarnare.

141

conduce la un element compact cuo dispunere corectd a stratului de

In cazurile (ii,) qi (iii.) r[qina polimerici indeplineqte gi rolul de srratadeziv, format simultan cu produsul compozit; deli in acest caz existbmai pufine interfe{e la care se poate inilia cedarea, se elimini stratultenace de adeziv, favorabil comportirii de ansamblu a sistemuluihibrid.

7.3.3.b Consolidare penku sporirea capacitllii portante la incovoiere

La consolidarea elementelor incovoiate din beton armat cu ajutorul CPAFtrebuie respectat conceptul general al armdrii exterioare astfel incOt modulde lucru al elementelor incovoiate si nu se inr[utdfeasc6.

Toate cerinfele de performan{d impuse structurilor inigiale trebuie menfinutegi la cele consolidate.

Prin solufiile propuse trebuie evitate devierile majore de la distribuliiletensiunilor pe secfiunea transversald a elementelor in cele doud stdri(consolidat gi neconsolidat).

Selectarea produsului compozit pentru afinarea exterioar6 qi aadezivului trebuie sd asigure modul de lucru unitar al elementuluiconsolidat.

Proiectarea qi realizarea corrsoliddrii elementelor din beton annat solicitatela incovoiere cuprinde urm[toarele faze [8]:

a. Alegerea unui compozit cu modulul de elasticitate suficient demare (preferabil compozite realizate din fibre de carbon gimatrice epoxidice) pentru a folosi platbande subgiri cu propriet[]istabile in timp. Un detaliu cu straturile componente ale uneisolufii de consolidare bazate pe fibre de carbon este prezentat lnfig.7.15 [9], iar in fig.7.16 sunt ilustrate solufiile curente deconsolidare a unor elemente ?ncovoiate, folosind platbandecompozite.


Fig.7.l5 Componentele soluflei de consolidare cu platbandd din CPAF [9].

b. Stabilirea sec{iunii transversale a platbandelor compozite penkuoblinerea unei cregteri a capacitdlii portante astfel inc6t s6 se realizezeun mecanism de cedare convenabil. ln literatura de specialitate suntprezentate urm[toarele moduri specifice de cedare:

bl. curgerea arm6turii din ofel urmatd de strivirea betonului in zonacomprimat[;

b2. curgerea armdturii insolitd de ruperea la intindere a platbandeicompozite gi apoi strivirea betonului din zona cornprimat5;

b3. desprinderea platbandei ?n zona fisurilor marginale;

b4. cedarea la forfecare a betonului in zonele de capdt aleplatbandelor;

b5. desprinderea platbandei in regiunea fisurati cu momenteincovoietoare rnari;

b6. desprinderea platbandei datoritd deniveldrilor betonului;

b7. cedarea aderenlei platbandd - adeziv;

b8. cedarea leg[turii platbandd - adeziv sau adeziv - beton;

b9. forfecarea interlamelari a platbandei compozite stratificate.

Se consider[ convenabile mecanismele bl qi intr-o oarecare mdsurd b2.


Fig.7.16 Consolidarea grinzilor din beton armat cu platbande compozite.

Gradul de consolidare (raportul dintre momentul capabil alelementului consolidat gi cel dinaintea consohdlrii) se recomandE sdnu depdqeascd valoarea 2-A. Astfel, in cazul extrem ln care platbandade CPAF' devine neoperafionalS se menline un coeficient de siguran{Esub incdrcdri de exploatare de ordinul a 1 .1 5 + I .2, [8].

Verificarea posibilitalii de cedare prematur6 prin mecanisme dedesprindere a platbandelor compozite.

743

c.

d.

SURUB DE

G METALIC

il


e. Prevederea unor mijloace de ancorare, in special la capeteleplatbandelor compozite [0], daci se anticipeazd desprinderipremature, ftg.1.16 9i fig.7.17.

f. Execufia corectl atuturor operaliilor, sub un conffol riguros.

Detalii privind consolidarea pl[cilor incovoiate din beton annat suntprezentate ln fig.7.18.

Fig.1.17 Detalii de fixare a capetelor platbandelor compozitepentru reducerea tensiunilor de desprindere I I 0].

7.3.3.c Consolidare pentru sporirea capacitbgii portante la forfecare

Preocupirile specialigtilor pentru consolidarea la forfecare a elementelorincovoiate din beton armat folosind CPAF s-an materializat in solufiidiverse, o sintezh a acestora fiind prezentatn in fig.7.19.

Proiectantul va decide pe ce suprafele se lipepte elernentul compozit, daci seutilizeazd, o membranh continu.d sau fhgii, precum gi dacd este necesariancorarea produselor compozite in grinda de beton armat. Se recomandd cafibrele din stratificatele compozite s5 fie orientate dupS direclia tensiunilornormale principale de intindere.

BETON ARMAT

Consolidarea structurilor din beton armal

Fig.7.18 Dispunerea figiilor compozite pentru consolidarea pldcilor [1 l].

Contribufia CPAF la sporirea capacitigii de rezisten![ la forfecare estedeterminatd de mai mulli factori: rigiditatea shatificatului compozit,calitatea adezivului sau a r[ginii folosite la lipire, rezistenlele mecanice alebetonului, schema de ataEare a produselor compozite qi orientarea fibrelor.

Rezultatele experimentale oblinute in cadrul unor progfame de cercetare -dezvoltare au evidenliat existenla a doui mecanisme de cedare a elementelorincovoiate, consolidate in vederea sporirii capacitXlii portante la forfecare;

i. ruperea la intindere a elementului compozit (in apropierea fisurilordin forfecare a betonului sau la colgurile grinzii) datoritd concentr6riitensiunilor;

ii. desprinderea compozitului de pe suprafala betonului.

Sporirea capacitdfii portante la forfecare este propor{ionalS cu produsul E"p"(E" este modulul de elasticitate al compozitului, iar pc aste raportul dintrearia secliunii transversale a elernentului compozit gi aria secfiuniitransversale a grinzii din beton armat). Teoretic orientarea fibrelorcornpoziflilui ar trebui si fie c6t rnai aproape de +45' (sau *45" in cazul

145

ffiffiffiffiffiffi


solicitdrilor altemante) dar pentru a u$ura executia consolidarii se poatefolosi orientarea fibrelor la 90' fafd de axa grinzii.

Fig.7.19 Sisteme de consolidare la fo4d tiietoare a grinzilor cu CpAF.a. membran[ continui cu fibrele normale pe axa grinzii, b. armare

cu {bpii verticale, c. arnare cu f65ii inclinate, d., e. gi f. armarecu membrane avdnd fibrele cu diverse orientdri

in cazul in care se folosesc figii compozite verticale sau inclinate,distanfa dintre fdgii trebuie stabiliti astfel incdt fisurile diagonale dinbeton sd intersecteze cel pulin o fdqie. Utilizarea fdgiilor este avantajoasideoarece ugureazi realizarca strafurilor adezive cu grosimi constante.Fdqiile inclinate cu armare unidirec{ionald sunt mai eficiente decflt celeverticale sub aspectul rezistenlei la forfecare gi a modului de propagare afi surilor din forfecare.

b.a,

d.c.


Intrucit la fAgiile diagonale poate fi iniliata desprinderea capetelor, mai alesin zona intinsi este recomandabild utilizarea jugurilor (f6Eiilor in u).Continuitatea oferiti de geometria ftqiilor in U elimind efectul concentudrilorde tensiuni care apar la capetele faqiilor liniare situate 1n zonaintinsd.

inf5gurarea completh a grinzii cu o rnernbranE compozitb este mai eficientidecdt cdmiquirea padial[ in U sau numai pe felele laterale.

CAnd infbgurarea complet[ nu este posibild (de exemplu la grinzile T, fdr6.posibilit[gi de acces la fala superioarl) se recomandE ancorareacompozitului in zona comprimatd a elementului din beton armat. Cradul deconsolidare in cazul solicit6rii la forfecare trebuie limitat, astfel incttcoeficientul de sigurant[ sub ac]iunea inc6rc[rilor de exploatare s[ fiecuprins in intervalul 1.1 - 1.2U2,13, 14].

7,3.4 Utillr;area CPAF la consolidarea stilpilor din beton armat

Folosirea compozitelor polimerice armate cu fibre la repararea qiconsolidarea stdlpilor din beton armat este considerat6 in prezent una dincdile cele mai eficiente de aplicare a compozitelor moderne in construc{ii.Prin infdgurarea ftgiilor compozite tlexibile preimpregnate cu rdgin5polimericd sau prin lipirea unor membrane compozite pe suprafalabetonului, se obline o arnare exterioard cu rezultate benefice atflt la sporireaeformlui axial capabil c0t qi la hnbundtifirea ductilitAiii stalpilor [15].

Eficienla confindrii st6lpilor din beton armat cu ajutorul infSgurdrilor(cdrni.guielilor) din CPAF este influenlati de urmdtorii factori: rezistenlabetonului, zvelteEea stilpilor, tipul fibrei qi al matricei compozite, fracfiuneavolumehich de fibrd" orientarea fibrelor din rnembrana compozitS, conlucrareala interfa{a beton - compozit gi fonna seqiunii transversale a stilpilor.

Consolidarea stdlpilor din beton armat cu ajutorul CPAF se rcalizeazduqor, deoarece aplicarea strafurilor compozite se poate face de citrelucr6tori cu o calificare medie, nu sunt necesare dispozitive complicate,iar r[ginile polimerice utilizate se pot int[ri la temperaturi obignuite. infig.7.20 se prezintd schemele de infrgurare (clm6guire) a stllpilor cusectiune circularl, iar in fig.7.21 solu]iile uzuale de cdmIguire a stf,lpilorcu secliune pdtratd,.

147

148 Rcabilitarea constru cliilor

incercdrile experimentale au evidenliat cd, in toate cazuile,prin infEqurareastdlpilor cu secfiune circularr gi dreptunghiulard (pntratd) ductilitateaelementelor din beton armat cregte de pAnd la7 on in raport cu elementelenecflmdguite. Creqterea efortului axial capabil a fost de pdnd la 50ya ln cazullnfdgurrrilor din compozite amtate cu fibre din sticld gi pan6 la70yo in cazulinfhqurdrilor din compozite armate cu fibre de carbon [15].

f-?i'1-:!dli ,q "..1r, ' -

q-;,'.;'i.;,J ,'d _- r

t r.' ..- f,

_iFib.

Fi9.7.20 Variante de aplicare a armdturii exterioare din CpAF [8, 1l].a. infhqurarea fes[turii preimpregnate, b. fhqii preimpregnate sau lipitecu adezivi, c. cdm4guieli prefabricate aplicate prin lipire, d. infrgurareacablurilor compozite preimpregnate, e. sistem automat de infhqurare,

f. injectarea rlqinilor sub presiune

d.

Consolidarea structurilor din treton armut

Eficienfa mai redusE a c[mEguielii compozite la confinarea stalpilor cusecliune pdtratd se explicd prin distribuirea diferitd a presiunii deconfinare. La secfiunile circulare presiunea de confinare este uniformd,in timp ce la secgiunile pltrate presiunea de confinare variaz[ de la ovaloare maxirnd la colfuri cdtre o valoare minimd la mijlocul larurilor.Prin prevederea unor conectori se irnbundtd{eqte modul de lucru alsecfiunii consolidate a st6lpilor qi implicit performanfele structurale aleacestora [16].

Eficienla confindrii stdlpilor gu secfiune pltrati (drepflrnghiulard) seimbun[tdfeqte prin rotunjirea collurilor. De altfel collurile ascu]ite trebuieevitate in aplicaliile practice in care se folosesc infhqurdri sau cdmdguieli dinCPAF.

Fig.T.2l Consolidarea stdlpilor cu secliuni pitrate folosind CPAF.a. infbqurare cu fdgii preimpregnate,b. c[m[quial[ prefabricati

in ftg.1 .22 este prezentatd solufia de consolid arc a zanei de rezemare aunei grinzi de pod pe un stdlp. La partea superioard a stdlpului sesuplimenteazi infEgurarea compozitd, iar grinda este inlEgurat6 cumembrane compozite la care fibrele sunt orientate astfel: normale peaxa grinzii c[tre zona de rezemare qi orientate Ia * 45o in regiunea deintersecfie a stAlpului cu grinda [17].

149

b.a,


Cedarea ?mbinirii consolidate este int6rziatl p6nd la atingerea capacitlfii derezistentd la intindere a stratificatului compozit de pe capdtul grinzii gistrivire a betonului din zonele comprimate ale irnbinlrii.

Degi la inceput, tehnicile de consolidarebazate pe CPAF permit rcalizareaunor interventii structurale eficiente la principalele tipuri de elemente dinbeton armat. Aceste materiale oferd proiectantului avantaje remarcabile carepot asigura solulii convenabile acolo unde soluliile convenfionale sunt maigreu de rcalizat. Totugi costul CPAF este incS relativ ridicat iarsensibilitatea unora dinhe proprietdlile acestor materiale necesiti mdsuri deprotecfie mai ales in cazul unor radiagii ultraviolete gi absorblia umezelii.Trebuie menlionat faptul cd in viitor chiar dacd va scldea preful de cost alCPAF, aceste solujii nu vor inlocui automat rezolr'drile tradilionale ci se voraplica doar acolo unde nu sunt posibile altemative clasice mai pufincostisitoare, cu performanle acceptabile.

Fi9.7.22 Consolidarea zonei de rezemare a ginzii pe stilp [17].a. grindd de beton armat, b. strfllp de beton armat, c. inftgurare primardpe stdlp, d. infrqurare suplimentar[ la capdtul st0lpului, e. infXqurareacu frgii armate unidirec{ional, f. membrane cu fibre orientate la *45o


BIBLIOGRAFIE

151

1.

2.

Phan, L.T., Todd, D.R., Lew, H.S., Strengthening Methodology forLightly Reinforced Concrete Frames - l, NISTIR 5129, nuiiaingand Fire Research Laboratory Gaithersburg, Nist, Feb., 1993.Goel, c.S., Seismic upgrading of Reinforced concrete Frames withSteel Elements, Proceedings, Workshop on the SeismicRehabilitation of Lightly Reinforced concrete Frames,Gaithersburg, June, 1995.Jirsa, J.O., Use of Steel Elements in Rehabilitation of RC Frames,Proceedings, workshop on the seismic Rehabilitation of LightlyReinforced Concrete Frarnes, Gaithersburg, June, 1995.www. takenaka.co.j p/takenaka...e/techno/7Malganov, A.I., Plevkov, V.S., Polishchuk, A.L, Strengthening ofReinforced Concrete and Stone Members in Damaged andReconstructed Building, Tomsk, 1 989.Nistor, C., Troia., L., Teodoru, M., Minialov, H. Consolidarea qitntrelinerea construcfiilor, Editura Tehnicd, B uc uregti, l 99 l .

Arsenie, G., Voiculescu, M., IonEcu, M., Solufii de consolidare aconstrucliilor avariate de cutremure, Editura Tehnic6, Bucuregti, 1977.Triantafillou T.c. -- composites as strengthening Materiars orconcrete Stnrchres. ch. 9 from ,,Failure Analysis of IndustriarComposite Materials", Ed. E. Cdoutos, K. pilakoutas, C.A.Rodopoulos, McGraw - Hill, New York, 2000.Emmons P. H., Vaysburd A. M., Thomas ,J. * StrengtheningConcrete Struchres, Part II. In: Concrete l_nternational, April 1998.Zhang S., Raoof M., Wood L.A. - Prediction of peeling Failure ofReinfbrced Concrete Beams with Externally Bonded plates. In:Proc.Inst. Civil Engineering, August 1995.Karbhari V.M., Seible F. - Design Considerations for Use of FiberReinforced Polymeric composites in the Rehabilitation of concreteStruchrres. ln: Proceedings of NIST Workshop on StandardsDevelopment for the use of FRP for the Rehabilitation of concreteand Masonry Structures, Tucson, 1999.Chaallal O., Nollet M.J., Perraton D. - Shear Strengthening ofReinforced Concrete Beams by Externally Bonded Side CFRpStrips. ln: Journal of Composites for Construction, May 1998.Norris T., Saadatmanesh H., Ehsani M.R. - Shear and Flexural

J.

A'f.

6.

1

8.

9.

10.

11.

12.

13.


Strengthening of Reinforced Concrete Beams with Carbon FiberSheets. In: Journal of Structural Engineering, July 1997.Triantafillou T.C., Antonopoulos C.P. Design of ConcreteFlexural Members Strengthened in Shear with F.R.P (accepted forpublication in Journal of Composites for Construction,2000)Neale K. W., Labossiere P., De.mers Use of ReinforcedComposites for Shengthening and Rehabilitation of ConcreteStrucfures. In Proc. of the First lnternational Confbrence "AdvancedComposite Materials in Bridges and Structures", Quebec, 1995.Mirmiran A., Shahaty M., Samaan M. - Effect of ColumnParameters on FRP - Confined Concrete. In: Journal of Compositefor Construction, November, 1998.Gergely I., Pantelides Ch., Nuismer R., Reaveley L. D. - BridgePier Retrofit Using Fiber - Reinforced Plastic Composites. InJournal of Cornposites for Construction, November 1998.

t4.

I5,

t6.

t7.

NOI SISTEME DE REABILITARE ASTRUCTURILOR LA ACTIUNEA SEISMICA

8.T ASPECTtr GENERALE

Pe durata viefii lor, construcliile sufer[ numeroase degraddri produse de oserie de cavze ce au fost prezentate pe larg in paragraful L2. Dintre acesteaseismul ramdne insi cea mai importanti dintre ele, avdnd drept consecinfdapari{ia wror degrad.dri semnificative ale construc,tiilor sau, in cazul in care nusunt respectate prescripfiile minime de conformare seismici, poate producechiar colapsul lor. Astfel, atentia inginenrlui constructor este indreptati nunumai spre o concepfie, proiectare qi execufie corecti a structurilor dar gi spreucilizarea practicilor de reabilitare a construc{iilor existente avariate de seism.

Evaludrile economice au ardtat faptul ci remedierea gi consolidareastructurilor avariate irnplicd costuri ?nsemnate ce pot ajunge ptnd la 30% dinvaloarea de inlocuire a clddirii F] dar care nu intotdeauna pot conferistructurii siguranfa in exploatare. Acfiunea de consolidare a construcgiilor sedovedegte a fi un proces complex, mult mai dificil decdt proiectarea giexecutia unei structuri noi, elaborarea qi executarea proiectelor deconsolidare implic0nd cadre tehnice cu temeinice cunogtinfe de specialitateqi o bogati experien{[ practicd.

Pe ldngd procedeele clasice de reabilitare seismici utilizate deja in practicdpe scard larg6, in ultimii 20 de ani s-au conturat gi au fost puse in practicd oserie de procedee noi de protecfie seismicd gi anurne:

i. izolarcaseismic[ abazei;

ii. cregterea capacitSlii de disipare a energiei.

S.?IZOLAREA SEISMICA A BAZEI

Limitarea cantitSlii de energie indusd de seism in structurd se poate realizapfin izolarea bazei. Izolarea seismicd a bazei consti in principiu indecuplareo legdturilor dintrefundalie qi suprastructurd,realizAndu-se astfel

r54 Reabilitares consfrucfiilor

o suprafale de lunecare care permite deplasarea liberd a fundaliei impreun6cu terenul de fundare, suprastructura ramdnfind in repaos datorit[ inerfieisale.

Sistemul de izolare seismicd la baz6, are in componenfa sa un "lagdr"(element de rezernarc / susfinere a suprastructurii) care permite deplasarealiber[ a skucturii in raport cu terenul, la care se adugd o serie decomponente cu rol de disipare de energie gi de limitare a deplas[rilor.

Izolarea seismici completd ar putea fi realizati numai in cazul vnui"lagdr"ideal, nerealizabil insd in practicd, fig.8.1.a. In consecin{d, datoitdrigiditd{iilaglrului, in structuri se induce o cantitate de energie corelatl cucaracteristicile ac{iunii gi caracteristicile dinamice ale ansamblului noucreat, fig.8.1.b.

Fig. 8.1 Comportarea unei structuri cu baza izolatil.a. izolarca ideali, b. izolarcarealf

In ipoteza realizirii unui reazem ideal apar o serie de dezavantaje penhuechipamentele care deservesc construqiJ ca unnare a deplasiriloi mari cepot apirea intre suprastructur6 gi infrastructurd" Din acest motiv rigiditateaunui reazem trebuie corelatl qi cu celelalte componente ale construcfiei cumar fi instalafiile de alimentare cu ap6 gi energie electricl, canalizarenincdlzire etc.

In decursul anilor au fost concepute numeroase tipuri de sisteme de izolare abazei la care, pentru rcalizareareazemelor, au fost folosite bile, role asezatepe doui direcfii, elipsoizi, penduli, reazeme din elastomeri, reazemeglisante, arcuri etc. Cele mai frecvent utilizate tipuri de "lagdre" stJtrtreazernele din elastomeri cu gi frri glisare.

Noi sisteme de reabilitare a structurilor Ia acfiunea seismicl

8.2.1 Reazeme cinematice

Ideea izoldrii structurilor la ac,tiunea seismicd nu este de dat[ recent[, avAnd

o vechime de peste o sutl de ani. In anul 1870, francezul Jules Tonaillon a

depus un brevet la Biroul de Invenlii din San Francisco, California, careprezintd un sistem de izolare cu bile, fig.8.Z.a. Acest sistem anticipeazdnumeroase procedee de izolare seismicd existente in lume sau brevetate [2].Ulterior reazemul cu bile a fost simplificat gi inlocuit cu elipsozi amplasaliintre doud suprafele plane, fig.S.2.b, rezulttnd acelagi efect de ridicare a

structurii qi echilibrare dintre forfele de iner,tie produse de seism qi celegravitalionale.

Fig. 8.2 Reazeme cinematice.a. bile, b. elipsoizi

O altd variantd a reazemului cinernatic cu bile este reazemul pendularfrecare din fi9.8.3, [3].

Fig. 8.3 Reazem pendular cu frecare.

Reazemul constd dintr-o suprafald de glisare sferici gi un glisor articulatacoperit cu un material rezistent la presiuni ridicate. Prin deplasarea relativia celor doui suprafele de glisare, acest sistem asigurd ridicarea centrului de

155

b.

ELEMENT DE ETANSARE


greutate al clldirii qi, prin aceasta, apanlia forfei gravitafionale de restabilirea eehilibrului clidirii, asemdndtor cu celelalte sisteme cinematice pe bile pielipsoizi.

Printre reazemele cinematice ,-ttiliz,ate in practic[ se numird gi reazemelependulare. Acestea au forma unor cilindri din beton armat cu exhemitdlileprelucrate sferic Ai agezate in cavitnli care s[ le permitl rotirea liber6,fig.8.4. O astfel de construclie izolatL seismic pe rcazeme pendulare, cucinci niveluri gi destina{ia locuinle, a fost realizatl 9i in Iagi.

Fig.8.4 Reazeme cinematice sub forml de penduli scurti.

Un alt sistem cinematic, asem6ndtor pendulilor scu{i, dar cudimensiunea stdlpilor unui nivel qi cu extremitElile introduse intr-ocarcasl care asigurd limitarea deplas[rilor este rcprezentat de stdlpiipendulari concepufi gi breveta{i de Nazin [4].

8.2.2 Reazeme din elastomeri

Elastomerii sunt materiale cu un grad inalt de polimerizare, oblinute plinvulcanizare, adic[ prin formarea unor legdturi lnhe lan{urile de molecule [5]. Inafara cauciucului nafural, in prezent sunt cunoscufi numerogi elastomerisintetici, dintre care cei mai reprezentativi sunt: cloroprenul,stirolbutadienul, silicon cauciucul, poliuretanul etc. Cel mai utilizat panA inprezent, exceptdnd cauciucul natural, este cloropren cauciucul, intAlnit subdenumirea de neopren.

Noi sisteme de reatrilitare a structurilor Ia ac{iunea seismicii 157

Elastomerii sunt alcAtuifi din macromolecule lungi, care in unna procesuluide vulcanizare formeazd o relea spa!ia16. Solicitlrile mecanice produchanslaEii ale segmentelor refelei, care conduc ia transformiri fizice lanivelul lanlurilor moleculare.

Elastomerii sunt materiale care nu respect[ legea lui Hooke la nici o

solicitare, mai rnult, curba forfi-deformatie la compresiune este putemicinfluenlatd de fbctorul de fbrmd al elementului (raportul dintre aria incdrcatiqi aria neincdrcat[ a epruvetei). In fig.8.5 este prezentat6 curba caracteristicd

a elastomerilor la diverse tipuri de solicitlri.

Fig. 8.5 Comportarea elastomerilor la diferite solicit[ri.

Pentru deforma{ii de pflni la 4000/0, elastomerii prezintd particularitd;imecanice asernlndtoare lichidelor incompresibile, respectiv coeficientul luiPoisson v : 0,5. Intre modulul de elasticitate longitudinal Eo alelastomerului qi respectiv nodulul sdu de elasticitate transversal G existiurmdtoarea relalie:

trG*"oa

J

Un reazem din elastomeri este alcdtuit din straturi alternante de elastomeri gi

tole metalice, fig.8.6. Elastomerul asigur[ o flexibilitate mare a reazemuluipe direcfie orizontald iar tolele metalice au rolul de a impiedica deformaliile

(8.1)


- ELASTOMER

. TOLA METALTCA

Fig. 8.6 Reazem din elastomeri.

transversale gi de a asigura o rigiditate verticalI foarte mare a reazemului.Pentru o bun[ funclionare a reazemului ca element de izolare seismicd,rigiditatea vertical[ a acestuia trebuie sd fie de aproximativ 400 de ori maimare dec0t cea orizontah [2]. In fig. 8.7 este ptezentata. comportareareazemelor din elastomeri la acgiuni verticale gi orizontale.

P

l1-*@fF^

tt ^

Fig. 8.7 Comportarea unui strat de elastomer.a. incdrc[ri verticale, b. incf,rciri orizontale

DatoritS faptului ci reazemele din elastomeri au o capacitate redusd deamortizare (coeficientul de amortizarc variazdintre 2 si 3 % din amorlizareacritic[) este necesari adiugarea unor elemente suplirnentare disipatoare deenergie. Pentru a mdri capacitatea de amortizareo in Noua zeelandd,in 1975s-a conceput un nou tip de reazem din elastomeri prin introducerea ininteriorul acestuia a unui miez de plumb, fig.8.8 [5]. prin deformareaplasticb a insertiei de plumb se asigurd o disipare irnportantl de energie.

Noi sisteme de reatlilitare a structurilor la ac{iunea seismicii

Fig. 8.8 Reazem din elastomeri cu miez de plumb.

Pentru a elimina necesitatea adduglrii de elemente suplimentare de

disipare, Malaysian Rubber Producers Research Association din Anglia a

dezvoltat in 1982 o componentd a cauciucului natural cu capacitate de

disipare de energie intrinsecf, rlare, oblindndu-se un sistem de izolare dincauciuc natural cu capacitate de amortizare ridicatd. [n acest caz,

amortizarea este mhritd prin adiugarea de particule foarte fine de gtafit,uleiuri sau riqini, ajungdndu-se la coeficienfi de amortizare ce variazb intre10-20% din amortizarea critic6.

Alt tip de reazem din elastomeri brevetat ?n 1977 in Franta gi 1978 in USA[6] este cel cu lunecare, fig.8.9. Acesta presupune, in cazul unei acliuniseismice importante, glisarea suprastructurii prin depdEirea frecdrii dintrestratul de teflon fixat de reazemul din elastomer qi placa din ofel inoxidabilfixatf de suprasffucturd. Prin frecare se disipd qi o cantitate importantd de

energie. Caractersticile frecdrii depind ins[ de temperatur6 gi de vitezarelativd de glisare a suprafe{elor care vin in contact.

159

Fig. 8.9 Reazem din elastomeri cu lunecare.


Structurile care au fost reabilitate prin izolareabazei sunt in general structuridin zid[rie de piatrd pi cdrbmidd cu ductilitate redusd sau structuri neductiledin beton a{mat.

Marea majoritate a proiectelor de reabilitare pe sistemul izoldrii bazeifolosesc reazeme din elastomeri sau reazeme din elastomeri cu inse4ie deplumb. [n cazul reazemelor glisante este important ca fo4a de glisare sdpoatl fi corect estimat[ astfel inc6t sistemul de izolare s6 ?nceap6 sd glisezefdr[ ca structura sI sufere degradiri semnificative.

Izolarea seismic[ este utilizatd la reabilitarea structurilor in situaliile in careprocedeele conven{ionale de reabilitare nu pot fi aplicate. Este cazulindeosebi al clddirilor istorice, unde intervenfiile clasice de reabilitarealtereazd caracterul istoric al acestora. De asemenea, izolarea seismicd nneste un procedeu de reabilitare aplicabil la majoritatea structwilor, fiindutilizat la structuri unde se doregte o proteclie seismici deosebitd qi sepermit costuri substanfiale legate de proiectarea, fabricarea qi instalareasistemelor de izolare.

8.2.3 Exemple de structuri reabilitate prin izolarea bazei

In prezent existd nurneroase structuri reabilitate seismic care utilizeazdsistemele de izolare labazd mentionate mai sus, C0teva din aceste structurireprezentative sunt descrise in continuare.

Astfel, clddirea Oakland Ciry Hall, construit[ in 1914 in stilul Beaux Art, afost cea mai inaltd clddire de pe coasta de vest a Statelor Unite la dataconstruirii ei [7]. Aceasta este o clddire cu 18 niveluri gi o suprafagd deaproximativ 14214 m2. Sistemul structural este in cadre metalice cu pere{iperiferici de umplutur6 din ziddrie nearmatd, fig.8.10.

Daunele insemnate produse in unna seismului Loma Prieta dinoctombrie 1989 au impus necesitatea reabilitirii seismice a acesteia. lnurma examinbrii mai multor variante de reparalii qi consolidiri, in finals-a ales solufia de reabilitare utilizind izolarea seisrnici la bazd.Operalia de consolidare a structurii a inceput in anul 1992 gi s-afrnalizat in anul 1995, fiind la acea dati cea mai inaltd clidire din lumeizalatd seismic.

Noi sisteme de reabilitare a structurilor Ia acfiunea seismicl

Fig. 8.10 Oakland City Hall, Oakland, California.a. vedere. b. modelul structurii reabilitate

Sistemul de izolare seismicd utilizat cuprinde 42 de reazeme cu inse4ie de

plumb qi 69 de reazeme din elastomeri armali a cdror diametru variazi lntre

737 mm gi 940 mm. Montarea reazemelor a presupus ridicarea st0lpilor,

scurtarea lor gi transferarea lncircdrii verticale la elemente de suslinere

provizorii. Pentru a proteja interiorul, stAlpii au fost ridica{i cu maxim 2.5

mm pe durata procesului de liftare pentru introducerea sistemului de izolare

seismics.Coshrl reabilit[rii a fost de aproximativ 84 milioane de dolari,

sistemul de izolare reprezentind aproximativ 2.5Yo din aceastd cifr6.

O altd struchrd reabilitati cu ajutorul izolirii seismice este clldirea San

Francisco City Hall, fig.8.11, un exemplu de arhitecturd clasici' [8]. Aceasta a

fost proiectatd in anul 1912 cu scopul de a inlocui clddirea ini{iald distrusd de

seismul San Francisco din 1906. Clidirea are 5 niveluri, cu dimensiunile inplan 94 nx 124 m Ei o cupold ?naltd de 91 m. Sistemul structural este alc[tuitdin cadre metalice cu zidbrie din c[rdmidd nearmatd placatd cu granit.

Degraddrile substanliale in urma seismului Loma Prieta din 1989 au impus

efeituarea de repara{ii gi consolidfui importante. Reabilitarea seismicd

161


adoptata pentru clIdire a constat din consolidarea cu perefi de rezistenfE dinbeton armat gi izolarea bazei.

Fig. 8.11 San Francisco City Hall.

Sistemul de izolare adoptat este compus din 530 de reazeme cu inserfie deplumb, asem[nator cu proiectul de reabilitare a clddirii oakland city Hall.hrffoducerea sistemului de izolare s-a dovedit a fi un proces complex deridicare qi scurtare a st0lpilor pentru instalarea reazemelor. Marea *u3otitutea stdlpilor sunt susfinufi de patru reazeme aflate sub o strucfurd metalicd.Reabilitarea seismicE a inceput in anul 1994 qi s-a finalizat in anul 199g.

o altfl clldire importantd reabilitatd utilizind izolarea bazei este Newzealand Farliament House, [9]. construita in anul T922, aceasta este ostructurd cu 5 niveluri, cu perefi din zid6rie, {tg.g.1,2"

Sistemul de izolare utilizat este alcdtuit din 145 de reazeme din elastomericu miez de plumb, 230 reazeme din elastomeri gi 42 de reazeme glisante.Elastomerul r.ltilizat este de tip special cu capacitate ridicat[ de amortizare.Toate renzenr.*le utilizate sunt de fomri circulard cu diametrele variind intre480 gi 580 mm" Reazemele cu inserfie cie plumb au diarnetrul miezuluivariind intre 155 pi 190 mm. Reazemele giisante au in componenfa lorsuprafe{e din teflon qi o}el inoxidabil amplasate pe reazeme din elastomer cucapacitate ridicatd de amortizare. Reatrilitarea seismicd a inceput in anul1992 gi s-a finaliza"t i-n anul 1994, caun cost totai de 6 milioane de dolari.

Noi sisteme de reabilitare a structurilor Ia acfiunea seismici

Fig. 8.12 New Zealand Parliament House.

O alt[ utilizare a izoldrii bazei in scopul reabilitfii seismice este gi aceea a

sculpturii "Poarta iadului" a lui Rodin de la National Museum of WestemArt din Tokyo, Japonia, [10]. Aceasta este o sculpturd sub formd de panou,

avdnd indlfimea de 5.4 m, ldlirnea de 3.9 m, grosimea de 1 m, cu o greutate

de 7 tone, fig.8.13.

Fig. 8.13 Sculptura'oPoarta iadului" a lui Rodin,National Museum of Western Art din Tokyo, Japonia.

163


Pentru a evita o posibil6 prdbugire a sculptwii in timpul unui seism puternic,aceasta a fost amplasat6 pe o platformd montat[ pe un sistem de izolare abazei, fig.8.14. In acelagi timp s-au efectuat gi lucr[ri de conservare,inlocuindu-se cadrul de ofel de sus{inere a sculpturii gi quruburile deprindere deteriorate in timp.

Fig. 8.14 Secfiune transversald a mecanismului dereabilitare utilizdnd izolarea bazei.

Sistemul de izolare abazei este alcdtuit din 5 reazeme cinematice cu role gi2 disipatori. Reazemele cinematice permit deplasarea liberE a lucririi pecele 2 direclii orizontale, fiind reunite cu ajutorul unei structuri din o{el cepermite deplasarea unitard a acestora, fig.8.15.

F'ig. 8.17 Reazeme cinematice cu role cilindrice.

Noi sisteme de reabilitare a structurilor la acfiunea seismici 165

Disipatorii utilizali sunt disipatori de tip vdscos, realnali de Takenaka &Oiles Corporation. Aceqtia au rolul de a controla deplasdrile orizontalep:oduse atdt de sgisme minore c6t qi de cele majore.

Reabilitarea seismic[ a fost realizatd" de Takenaka Corporation din Japoniaqi a durat intre decembrie 1998 qi martie 1999.

8.3 CRESTEREA CAPACITATII DE DISIPARE A ENERGIEI

Prin cregterea capacitdlii de disipare energetici se inlelege introducerea unordispozitive speciale in structur[, altele decdt elementele structruale, capabilesd. realizeze acest lucru. Rolul principal al elementelor de disipare a energieieste acela de a absorbi o parte din cantitatea de energie indusi de seism instructuri, reducdnd ln acelagi timp deplasirile relative de nivel.

In prezent existd numeroase sisteme de disipare energeticd care folosescdiverse materiale Ei procedee. In general acestea se caracterizeazd pfincapacitatea de a transforma energia cineticl in altd formd de energiedisipabild. Totodatd aceste dispozitive pot reduce semnificativ deplasdrilerelative de nivel.

lntre proiectarea ductilb a elementelor strucflirale pi utilizarea disipatorilorde eneryie nu existb nici o diferenli conceptuald, in ambele cazuriurmdrindu-se reducerea deplas[rilor qi a for]elor tiietoare de nivel. Diferenlaconstd in aceea c6, in primul caz, func{ia de disipare energeticd este atribuitdelernentelor struchlrale in tinp ce in al doilea caz, elemente suplimentare,special proiectate in acest scop, sunt addugate structurii.

Aceste sisteme de disipare energetici pot fi clasificate in urmltoarelecategorii, in funclie de tipul mecanismului de disipare a energiei [11]:

i. disipatori bazali pe deformarea plasticd a ofelului;

ii. disipatori baza[ipe extrudarea plumbului;

iii. disipatori bazalipe lunecarea cu frecare (disipatori cu frecare);

iv. disipatori baza{i pe deformarea materialelor vdsco-elastice(disipatori v0sco-elastici);

v. disipatori bazali pe curgerea fluidelor (disipatori v0scogi).

r66 Reabilitarea construcfiilor

Utilizarea ?n structurd a sistemelor suplimentare de disipare a energiei serecomandd din urm[toarele considerente:

r ac€St€ sisteme de disipare pot oferi structurii rigiditate qi amortizaresuplimentar[,

' disiparea de energie in sffucturA poate fi rcalizaIA nurnai dedisipatorii suplimentari,

. degrad[rile structurii pot fi limitate la nivelul disipatorilor care suntmai ugor de inlocuit decit elementele structurale intrucdt nuafecteazd sistemul de rezistengd al structurii.

83.1 Disipatori cu deformarea plastici a ofelului

Dispozitivele de amortizarc carc s-au dovedit a fi cele mai economice gi maipotrivite pentru utilizarea ca disipatori sunt acelea care se bazeazd, pedeformafia plasticS a metalelor. Pentru a infelege comportarea acestordispozitive este necesar sd se examineze mecanismele de producere adeformafiei plastice.

La eforturi ce depdgesc efortul elastic admisibil tn material se producmodificdri structurale ireversibile. Comportarea metalului in domeniulpostelastic poate fi fragild sau ductild. Materialele ductile, din care fac parteun numdr tnsemnat de metale qi aliaje metalice, prezintb, dupd depdgireaefortului elastic, defonnbri plastice substanliale tnainte de rupere.Ductilitatea (capacitatea materialului de a absorbi prin deformare plasticd ocantitate irnportantd de energie) se datoreazd dislocagiilor. Aceastd deplasareireversibild a atomilor ?n cristalele metalice se produce prin patrumecanisrne elementare :

i. fluajul prin difuzie;

ii. alunecarea reciprocd a grdunlilor cristalini;

iii. maclareamecanicd:

iv. alunecare.

Primele doud mecanisme sunt operante doar la temperaturi inalte, deci nusunt specifice disipatorilor histeretici de energie care lucreazd la temperaturinormale. Maclarea rnecanich nu este altceva decAt reorientarea unei zonedintr-tur cristal, sub ac{iunea eforfurilor de forfecare, alunecarea fiind

Noi sisteme de reatrilitsre a structurilor la acfiunea seismictr 167

mecanismul fundamental al deformdrii plastice la rece qi reprezintS

translalia unei pdrfi a cristalului ln raport cu alta, ftrrd o schimbare de volum.

Astfel, fo4a de rezistenld din disipatori depinde de caracteristicile neliniaretensiune-deformalie specificd ale materialului- Plecdnd de la principiilegenerale ale comportdrii olelului au fost dezvoltate diferite tipu.ri de

dispozitive bazate pe solicitarea de ?ncovoiere, torsiune, forfecare sau

combinatii ale acestora.

Avantajele disipatorilor bazali pe deformarea plasticd a metalului constau incomportarea lor stabil[ in timp, reliabilitatea (siguran]a in exploatare) a

acestora pe termen lung qi buna rezisten!5la condilii termice gi de mediu. Inplus, disipatorii din olel sunt capabili s[ asigure structurilor rigiditate,rezisten![ qi capacitate de disipare energeticd sporitd.

Contravantuirile sub forma unor tiranli din ofel moale constituie cel maisimplu sistem de disipare energetic[ bazat pe deformarea plasticd a

metalului.

Alte sisteme practicate sunt cele din fig.8.18 la care disiparea se rcalizeazd,

cu ajutorul unor bare sau subansamble deformate prin incovoiere, la care

acfionarea se realizerlzd tot cu ajutorul contravdntuirilor. Elementele

disipatoare de energie trebuie proiectate astfel incdt deformarea lor plastic5

sd se producd inaintea formlrii articula]iilor plastice in elementele structurii.

Fig. 8.18 Sisteme de cotravAntuiri cu deformare plasticl [12,13].


Un alt dispozitiv de disipare se prezinti sub formd de pl6ci de ofel inform6 de X, denumit dispozitiv cu amortizare gi rigiditate suplimentare(ADAS), fig. 8.19, dezvoltat de Bechtel Power Corporation, [14]. Formapermite ca pe intreaga suprafaf[ a pldcii si se produ ed intrarea in curgerea materialului.

Fig.8.19 Sistem de disipare ADAS.

Sistemul ADAS a fost modificat ulterior de Tsai gi Hong in L992, [15], subformi de elemente triunghiulare (T-ADAS). In fig. 8.20 se prezintd formadispozitivului gi relafia fo45-rotire la un ciclu altemant. La fel, formaconduce la o curburfi constant[ gi deci fiecare secfiune intrfl simultan incurgere, astfel inc6t intreagul element absoarbe energie.

GFig. 8.20 Sistemul de disipare T-ADAS gi modul de comportare.

Noi sisteme de reatrilitare a structurilor Ia ac{iunea seismici

83.2 Disipatori cu extruderea plumbului

Un alt tip de disipator care utilizeazl proprietdfile de disipare energeticA de

tip histeresis a metalelor este disipatorul de energie prin extrudareaplumbului. Procesul de extrudare constd in trecerea forfat[ a materialuluiprintr-un orificiu. In acest fel se produce deformarea plastici a plumbului qi

consumarea unei cantitdfi importante de energie. Acest sistem a fost propus

de Robinson in 1987 ca disipator de energie pentru structurile cu baza

izolatd din Noua Zeelandd. [ 1 6], fig. 8.2 I .

Fig. 8.21 Sisteme de disipare cu extrudarea plumbului.a. cu cilindru stransulat^ b. cu ax bombat

Disipatorii de energie prin extrudarea plumbului prezintd o serie de avantajedintre care: relalia inc[rcare-deformalie este stabild, fiind neafectat6 de

numdrul de cicluri de incdrcare; funcfionarea acestora nu depinde de

condiliile de mediu qi de efectul de imbdtrdnire; au o durat6 lungd de viafd,nefiind necesard inlocuirea lor dup[ un seism puternic deoarece plumbul dincomponenfa disipatorului revine la starea nedefonnatd dupd excitagie.

8.3.3 Disipatori cu frecare

In ultimii ani a fost propusd gi dezvoltatd o mare varietate de disipatori cufrecare pentru disiparea energetictr in structuri. Marea majoritate a acestordispozitive prezintd bucle histersis de formd dreptunghiularL, ceea ce indicdo comportare a acestor disipatori aseminitoare cu cea a frecirii de tipCoulomb.

r69

b.


In general, aceste dispozitive de disipare au caracteristici de pe,rfonnanfdbune iar comportarea lor este pufin afectat[ de frecvenla incdrclrii, num6rulciclurilor de lncircare sau de variafiile de temperaturi. De asemenea, acestedispozitive au o rezistenfd mare la oboseald, diferind in funcfie decomplexitatea lor mecanici gi de materialele folosite pentru suprafe{ele delunecare.

Grigorian gi Popov au propus in 1993 un dispozitiv cu frecare care permitelunecarea in legdturi bulonate cu fantd [l7]. O astfel de legdturd bulonatdconstd din doud pldci exterioare metalice, un guseu central cu fantd qi doudgarnituri de alam[ fixate de plicile exterioare. Suprafafa de lunecare esteofel pe alam6. ln astfel de leghturi ofel-alamd, gamiturile de alamb suntzgiriab in tirnp ce pldcile de metal r6mAn nedegradate. Buclele histeresissunt de formd dreptunghiulare qi stabile dupi un numSr mare de cicluri deincSrcare, comparativ cu legdturile bulonate cu suprafafa de contact olel peofel, unde se remarcd un grad ridicat de uzur[ prin frecare.

Un alt disipator de disipare prin frecare a fost dezvoltat de Flour Daniel Inc.denumit "limitator de disipare energeticI" [l8]. Dispozitiwl este alcituitdintr-un cilindru, resoarte interioare, pane de compresiune? pane de frecaregi opritori. Mecanisrnul constd din frecarea cu lunecare printr-o serie demigcdli cu oprire la extremitdfile cilindrului. Acest dispozitiv de disipareenergeticd este singurul care nu genereazd bucle histeresis dreptunghiulareiar forfa de lunecare este proporfionall cu deplasarea. In comparafie cucelelalte dispozitive cu frecare care au bucle histeresis drepfunghiulare,acest dispozitiv este activat chiar de excitalii reduse. Dispozitivul areposibilitdfi de autocentrare care reduce deplasarea permanent[ cdndstructura se deformeaz[ dincolo de domeniul elastic.

Disipatorii cu frecare au lnsd dificultili legate de men{inerea proprietitilorlor pe durate mari de timp deoarece:

' suprafelele metalice de lunecare surit supuse fenornenului decoroziune, indeosebi aliajele de olel care au probleme importante decoroziune in contact cu alama, bronzul sau cuprul,

. incdrcdrile normale la suprafala de lunecare nu pot fi menfinute cuprecizie, fiind posibili o anumitf, relaxare ln timp,

. pot sd apari deplasiri remanente dupd un seism.

Noi sisteme de reabilitare a structurilor tra acfiunea seismici

8.3.4 Disipatori vffscoelastici qi viscopi

8.3.4.4 Disipatori vdscoelastici

Disipatorii v0scoelastici sunt folosili ca dispozitive de disipare energetic6 lastructuri in care disipatorii sunt supuqi la deformafii de forfecare.Materialele vdscoelastice prezintd caracteristicile combinate ale unui solidelastic qi ale unui lichid viscos supuse deformafiei, adic[ acestea revin Iafbrma lor inigial[ dupd fiecare ciclu de deformalie gi disip[ o anumitdcantitate de energie sub formd de cildurd 1191.

Un exemplu de disipator vdscoelastic supus la forfecare este acela alcAtuit dinstraturi din material vdscoelastic fixat de pldci din otel, frg. 8.22, [20]. Acegtidisipatori pot fi montali in structurd pe diagonalele cadrelor contrav6ntuite.Migc[rile relative dintre placa interioar[ gi pldcile exterioare din olel fac sd

apari deformafii de forfecare care conduc la disipdri de energie.

Fig.8.2Z Sistem de disipare de tip viscoelastic.

Disipatorii v6scoelastici pot fi, de asemenea, instalafi la nivelul lmbiniriirigl[-stilp a unui cadru contravdntuit. Legdtura consti din doui dispozitivedispuse simetric, forfa de forfecare fiind transferat[ cu ajutorul unui bulonde forfecare, ceea ce face ca dispozitivul de disipare energeticd sd fie supusnumai la for!6 axial6.

Un alt exemplu de utilizare a materialelor vdscoelastice este acela alpanourilor cu inserfii vdscoelastice. Acest sistem asigurd atdt o cregtere a

amortizdrii cAt gi o cre$tere a rigiditd{ii laterale a structurii.

Dezavantajul disipatorilor vdscoelastici este acela cE depind de frecvenfaacfiunii qi de temperatulra mediului ambiant.

171

t72 Reabilitarea construcf iilor

8.3.4.b Disipatori vdscogi

Disipatorii viscogi sunt disipatorii care utilizeazil proprietdfile vdscoase alefluidelor, fiind in principal disipatori pebazdde ulei.

Un exemplu de utilizare a materialelor vSscoase este acela al peretilor cuanortizare vdscoasi, propus de Sumitomo Construction Company dinJaponi4 [21]. Dispozitivul const6 dintr-o caset[ de ofel ataqatl planqeuluiinferior gi umplutd cu un fluid putemic vdscos. O plac6 de ofel, fixatd deplangeul superior, se afl4 in interiorul casetei de o{el. Forfa de amartizare detip vdscos este produsd de vitezarelativ[ dintre cele dou6 plangee.

De asemene4 disipatorii vdscoqi de tip fluid funclioneazd gi pe principiulcurgerii fluidelor prin orificii. Acegti disipatori au o comportare vdscos liniare gisurt pufin sensibili la variafiile de temperahu5. Un exemplu il constituiedisipatorul propus de Taylor Devices Inc., fig. 8.23,1221. Acest dispozitiv esteumplut cu ulei siliconic Ai consttr dint-un piston din otel inoxidabil cu cap dinbronz cu orificii gi dint-tm acumulator. Curgerea lichidului prin orificii estecompansat6 cu ajutorul unui terrnostat pasiv bimetalic care permitefunctionarea dispozitivului intr-un domeniu al temperaturilor de -40 C:70 C.

Fig. 8.23 Sistem de disipare de tip v6scos.

Disipatorii vdscogi sunt mai pufin sensibili la modific5rile de tempertur6 giau o comportare stabild intr-un domeniu larg de temperaturi. Pe de altiparte, aceqtia au urm6toarele dezavantaje: existenla de colmatiri pe o

Noi sisteme de reabilitare a structurilor Ia ac{iunea seismictr

perioadA lungd de timp iar migclrile reduse in structurd pot cauza uzura

elementelor de etanEare gi scurgerea fluidului in exterior.

8.3.5 Exemple de structuri reabilitate cu disipatori de energie

O aplicalie importantd a disipatorilor fluizi de tip vAscos consti in utilizarea

acestora la izolarea seismicS a hotelului Woodland din California,[23]. Aceasta

este o clddire cu caracter istoric, datfind din anul 1927, cu 4 niveluri qi ostructurd neductiH din beton av0nd parterul flexibil. Prin utilizarea acestor

dispozitive s-a urmdrit cregterea rezisten{ei la ac{iuni seismice a cl[dirii,rnenfindndu-se in acela;i timp caracterul istoric al acesteia. In comparafie cu

procedeele clasice de consolidare luate in calcul Sanouri de forfecare sau

diagonale), disipatorii fluizi de tip vAscos s-au dovedit a fi cei mai eficienfi din

punct de vedere economic Ai a obiectivelor urmXrite. ln inueaga structurd s-au

utilizat 16 disipatori fluizi, fiecare dezvoltAnd o fo46 de 450 kN, fiind montali

in perelii structrnii cu ajutorul unor diagonale, fig. 8.24.

Fig. 8.24 Sistem de disipare fluid de tip vdscos folosit la reabilitareaseismicl a hotelului Woodland. California

113


In prezent, disipatorii de energie fluizi sunt folosili din ce ln ce mai multat6't la structurile noi cdt gi la reabilitarea seismicd a celor existente.Cfiteva din aplica{iile de reabilitare seismicd a unor structuri cu ajutoruldisipatorilor cu fluid de tip Taylor ce vor fi realizate in cursul anului2001 sunt urmltoarele l24l:

. Hearst Memorial Mining Building - SUA, Berkeley - este o structur[din cdr6midd cu 4 niveluri ce va fi reabilitatb seismic cu ajutorul a 26disipatori fluizi de tip Taylor. Acegtia dezvoltd o fo4a de 890 kN qiau o cursd de +813 mm.

. San Francisco - Oakland Bay Bridge, SUA - disipatorii sunt utilizafila reabilitarea podului suspendat dintre San Francisco qi insula YerbaBuena. Reabilitarea se realizeazil cu ajutorul a 100 de disipatori fluizide tip Taylor ce dezvoltE forle de 2000 kN, 2450 liNI ti 3115 kN.

. Taiwan Office Building - Taivan, Taipei - structura are 14 niveluriiar cei 64 de disipatori fluizi sunt montafi pe diagonale. Acegtiadezvoltd forfe de 980 kN qi 490lrtl.

BIBLIOGRAFIE

1. **+ Comment r6parer les bdtiments endommagds par un seisme,

Nations Unies, Ner,v York, 1977.Budescu, M., Contribufii ptivind izolarea seismic[ a structurilor,Tezi de doctorat,Institutul Politehnic "Gh. Asachi" Iagi, 1983.Mayes, R.L., Seismic isolation: When content protection is asimportant as the structure, Proceedings Third National Concrete andMasonry Engineering Conference , vol. 2, San Francisco, Califomia,1995.Nazin, V.V., Experimentalnliezdania v Sevastopole nagravitalionnih sistemah seismoizolalii s vkliuciaigcimsiasuhimtreniem, Seismostoikoe stroitelstvov Uzbekskoi SSR.Tagkent, 1974.Robinson, W.H., Tucker, A.G., A Lead - Rubber Shear Damper,Bulletin of the New Zealand National Society for EarthquakeEngineering, vol.10, nr.3, 1977.Plichon, C., Hooped Rubber Bearing and Frictional Plates: Amodern Antiseismic Engineering Technique, Proceedings,

2.

a-

4.

5.

6.

Noi sisteme de reabilitare a strucfurilor Ia acfiunea seismici 175

Specialists Meeting on the Anti-Seismic Design of NuclearInstallations, Pariso France, I 975.

7. Oakland CityHall (www.dis-inc.com/oakbrief.htm)8. San Francisco City Hall (www.dis-inc.com/sfhallbr.htm9. New Zealand Parliament House (www.dis-inc.com/nzparlbr.htm)

10. Protecting Rodin's Sculpture the "Gates of Hell" at the NationalMuseum of Western Art Withstanding Earthquakes with BaseIsolation Retrofit.(www.takenaka.co jpltakenaka_e/news_e/pr9903 /m9903_04.htm)

11. Kelly, J.M., Skinner, M.S., Beucke, K.E., ExperimentalTesting of an Energy-Absorbing Base Isolation System,UCB/EERC _ 80/35.

12. Aristizabal-Ochoa, D., Disposable knee bracing: improvementin seismic design of steel frames, ASCE Journal of StructuralEngineering, vol. ll2, no. 7

13. Jurukovski, D., Petkovski, M., Rakicevic, 2., Energy absorbingelements in regular and composite steel frame structures,Engineering Strucflrres, I 995

14. Tyler, R.G., Damping in building structures by means of PTTFsliding joints, Bulletin of New Zealand Society of EarthquakeEngineering, vol. 10, 1977

15. Tsai, K.C., Hong, C.P., Steel triangular plate energy absorber forearthquake-resistant buildings, Proceedings, I't World Congress onConstructional Steel DesigSr, Mexico, 1992

16. Robinson, W.H., Cousins, W.J., Recent developments in leaddampers for base isolation, Pacific Conference on EarthquakeEngineering, vol. 2, New Zealand,1987

17. Grigorian, C.E., Popov, E.P., Slotted bolted connections for energydissipation, Proceeding ATC-17-1 Seminar on Seismic Isolation,Passive Energy Dissipation and Active Control, AppliedTechnology Council, Redw'ood City, CA, vol.2, 1993

18. Nims, D.K., Inaudi, J.A., Richter, P.J., Kelly, J.M., Application ofthe energy dissipating restraint to buildings, Proceeding ATC-17-1Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation andActive Control, Applied Technology Cormcil, Redwood City, CA,vol.2,1993

19. Mahmoodi, P., Structural dampers, Joumal of Struchrral Division,ASCE, vol. 95, 1969

r76

20.


Mahmoodi, P., Keel, C.J., Performance of viscoelastic strucfiraldampers for the Columbia Center Building, Building Motion inWind, ASCE publication, 1986Miyazaki, M., Mitsusaka, Y.o Design of a building with 20o/o orgreater damping, Proceedings of the lOto World Conference onEarthquake Engineering, Madrid, I 992Symans, M.D., Constantinou, M.C., Seismic response of structureswith supplemental fluid viscous dampers, NCEER Bulletin, vol. 7,no.4, 1993Miyamoto, H.K., Seismic Rehabilitation of a Historic Non-ductileSoft Story Concrete Stmcnre Using Fluid Viscous Dampers.Taylor, D., Constantinou, M.C., Fluid Dampers for Applications ofSeisrnic Energy Dissipation and Seismic Isolation,(www.taylordevices. com/dampers.htm)

21.

22.

23.

24.

Documents

Mihai BUDESCU - Reabilitarea Constructiilor (2001)