Soluţii tehnologice şi de concepţie ale construcţiilor din beton armat

Istoria construcţiilor aduce multe date care confirmă faptul că un număr deloc

neglijabil de tipuri de elemente de beton armat s-a conceput şi realizat încă de la

început prefabricate. Este cazul unor grinzi, plăci şi scări realizate de Monier

(Joseph Monier (8 noiembrie 1823 Saint-Quentin-La-Poterie, Gard - † 12 martie

1906 Paris), grădinar francez, considerat inventatorul betonului armat modern. În

încercările sale de a realiza ghivece de flori mai rezistente, grădinarul Joseph Monier

a încercat, printre altele, şi betonul turnat într-o formă în care se găsea un "schelet"

din sârmă ce avea conturul aproximativ al ghiveciului pe care dorea sa-l

construiască), care mai aveau surprinzătoarea calitate de a fi deosebit de judicios

armate în condiţiile acelor timpuri de pionierat.

După cum este foarte bine cunoscut, construcţiile monolite se execută pe

amplasamente prestabilite, în poziţia din proiect, elementele structurale ce le compun

se realizează etapizat, astfel încât rosturile tehnologice, a căror necesitate apare

firesc, să greveze cât mai puţin asupra continuităţii elementelor structurale ce le

compun. Continuitatea acestora se realizează prin însăşi modul de armare, atât

pentru elementele verticale (stâlpi, diafragme) cât şi pentru cele orizontale (plăci,

grinzi), iar întreruperea betonării trebuie judicios făcută în zone minimum solicitate.

Construcţiile monolite prezintă o distribuţie deosebit de raţională a eforturilor

secţionale, asigură o conlucrare spaţială între elementele ce le compun şi prezintă o

comportare superioară la acţiuni orizontale. Cu toate aceste certe avantaje, execuţia

construcţiilor în această manieră tehnologică aduce printre altele şi două mari

neajunsuri:

posibilităţile de industrializare ale acestora sunt relativ reduse, aşa numi ta

industrializare la obiect aducând o serie de avantaje legate de reducerea duratei de

execuţie şi a consumului de manoperă, dar încă departe de cerinţele pe care le

reclamă astăzi producţia de construcţii;

lucrările se desfăşoară în mediu natural de temperatură, umiditate, însorire

etc. iar toţi aceşti factori de mediu îşi pun în mod pregnant amprenta asupra evoluţiei

procesului de întărire, asupra structurii şi rezistenţelor finale ale betonului.

Temperaturile scăzute încetinesc mult viteza de întărire, iar cele negative

practic o sistează, astfel încât obţinerea unor niveluri de întărire necesare

desfăşurării unor faze tehnologice caracteristice (eliminarea reazemelor intermediare,

decofrare, începerea execuţiei nivelului superior etc.) se realizează la termene

practic inacceptabile. Lucrările de beton ce se desfăşoară pe timp friguros pot

conduce la deteriorarea structurală a elementelor prin pericolul îngheţării betonului

după un prim început de întărire. Toate aceste aspecte conferă construcţiilor

monolite încă un pronunţat caracter sezonier, iar măsurile tehnologice de reducere al

acestui aspect sunt, cel puţin, costisitoare.

Nici temperaturile ridicate caracteristice perioadelor caniculare ale anului nu

sunt favorabile pentru structura şi rezistenţele finale ale betonului. Este adevărat

faptul că, creşterea temperaturii activează reacţiile chimice ce se produc în sistemul

ciment – apă, fapt care determină o evoluţie mai rapidă a rezistenţelor. Asemenea

temperaturi aduc însă o pierdere prematură a apei din beton, care asociată cu

celelalte efecte cu caracter distructiv ce se manifestă la ridicarea temperaturii produc

grave deteriorări structurale, cu implicaţii directe asupra caracteristicilor finale de

rezistenţă ca şi a celor de durabilitate.

În condiţii de mediu natural, principalii factori meteorologici care îl

caracterizează se asociază în declanşarea celor mai diverse acţiuni cu caracter

distructiv asupra betonului; din analiza modului de manifestare climatologic în

condiţiile ţării noastre, se poate afirma că pe parcursul unui an calendaristic sunt

foarte puţine perioade care pot asigura betonului, în mediu natural, condiţii favorabile

de întărire şi desăvârşire structurală.

Prefabricarea structurilor şi construcţiilor din beton armat, sistem tehnologic ce

îşi are originea, e drept suficient de sporadic, încă ce la finele secolului XIX (premiera

mondială se datorează inginerului român Anghel Saligny la silozurile din porturile

Brăila şi Galaţi executate în perioada 1888-1894) rezolvă multe din dezavantajele

anterior menţionate. Efectul trecerii de la producţia de şantier la cea de fabrică este

legată în primul rând de posibilitatea fragmentării raţionale a structurilor ce rezolvă şi

aduce o serie de avantaje care vor fi analizate în cele ce urmează. Înainte de a le

parcurge, este bine de amintit, atât pentru inginerul de concepţie cât şi pentru cel

tehnologic, faptul că descompunerea construcţiilor în elemente prefabricate de

dimensiuni reduse trebuie făcută cu un deosebit discernământ pentru a estompa

deficienţele sistemului. În principal, acestea constau din:

desfacerea legăturilor dintre elementele structurale rupe continuitatea

acestora şi în consecinţă, cu precădere pentru elementele orizontale, distribuţia

eforturilor secţionale şi în primul rând a momentului încovoietor devine neraţională,

suprafeţele diagramelor rezultând maxime;

conlucrarea spaţială a sistemelor prefabricate este cert inferioară celor

monolite şi în consecinţă, capacitatea de rezistenţă la acţiuni orizontale rezultă

diminuată;

capacitatea de rezistenţă şi stabilitate a structurilor prefabricate este nemijlocit

legată de calitatea îmbinărilor care trebuie riguros concepute şi realizate în practică;

reconstituirea continuităţii structurilor prefabricate este o operaţie dificilă, cu

posibilităţi relativ reduse de obţinere în practică; utilizarea precomprimării, atunci

când aceasta se pretează, poate constitui un sigur remediu în acest sens;

execuţia centralizată a elementelor prefabricate în unităţi specializate, pentru

utilizarea raţională a utilajelor şi spaţiilor de producţie, reclamă accelerarea întăririi

betonului prin procedee termice care aduc un spor important de energie

convenţională înglobată în produsul astfel realizat;

operaţiile de transport proprii acestor sisteme aduc uneori dificultăţi legate de

gabaritul elementelor ce trebuie livrate şantierului, iar pentru distanţe mai mari preţul

de cost al construcţiei rezultă întotdeauna sporit.

În pofida acestor neajunsuri ale prefabricării, care nu sunt nici măcar

singurele, sistemul aduce şi avantaje uşor sesizabile pentru practica construcţiilor. În

cele ce urmează, se vor evidenţia cele principale:

industrializarea prin prefabricare reprezintă, cel puţin în actuala etapă de

dezvoltare a construcţiilor, cel mai raţional sistem în raport cu cele tradiţionale;

transferul producţiei de construcţii de la şantier în fabrică elimină într-o

proporţie însemnată dezavantajele legate de caracterul sezonier de execuţie a

construcţiilor după tehnologiile clasice; în acest mod, principalele operaţii ce se

execută pe şantier sunt de montaj, iar volumul lucrărilor umede care sunt destinate

îmbinărilor este redus la minim, reprezentând un procent de 4…9% din întreaga

structură;

reducerea, uneori impresionantă, a duratei de execuţie a lucrărilor de

construcţie, şantierul transformându-se în principal într-o unitate de montaj; durata de

realizare a investiţiei la construcţiile de locuinţe este cu 38%….59% mai redusă decât

la cele monolite;

creşterea însemnată a productivităţii muncii prin execuţie în fabrici şi uzine a

principalelor operaţii legate de execuţia elementelor din beton armat; pentru

elementele astfel executate manopera pe şantier se reduce în medie cu 80%,

comparativ cu soluţia monolită;

reducerea considerabilă a consumului de lemn şi metal, materiale deficitare

destinate pe şantier pentru realizarea cofrajelor, eşafodajelor, platformelor de lucru

etc.;

în acelaşi timp şi consumul materialelor de masă (ciment, agregate) rezultă

inferior datorită condiţiilor superioare de depozitare şi utilizare pe care le oferă

fabrica;

utilizarea materialelor (beton, oţel) cu caracteristici fizico-mecanice superioare,

a plaselor şi carcaselor sudate care permit creşterea capacităţii de rezistenţă a

elementelor (în condiţiile asigurării unei conlucrări superioare) beton-oţel,

concomitent cu reducerea consumului de armătură;

elementele de beton armat executate în fabrici prezintă o calitate superioară

asigurată de mecanizarea şi automatizarea proceselor tehnologice, a unui control

mai riguros al producţiei, efectuat de cadre specializate; abaterile dimensionale sunt

simţitor reduse prin utilizarea tiparelor metalice refolosibile, executate la un nivel

superior de exigenţă şi exploatate raţional;

reducerea volumului de muncă în proiectare prin utilizarea elementelor

prefabricate tipizate, aceasta reflectându-se favorabil şi în execuţie;

în unele situaţii (distanţă foarte mare de transport, elemente agabaritice sau

care prezintă dificultăţi de natură mecanică pe parcursul operaţiilor de transport şi

manipulare), se optează pentru prefabricarea pe şantier (preturnare sau execuţie în

baza de producţie); această soluţie, care comportă tehnologii similare betonului

monolit, permite reducerea manoperei pe şantier în medie cu circa 20% faţă de

variantele clasice monolite;

ca o obligaţie permanentă în situaţia utilizării elementelor prefabricate este

urmărirea amplificării prin transport a cheltuielilor care trebuie să fie cel puţin

compensate prin reducerea corespunzătoare a lor pentru fabricaţie şi montaj; cu alte

cuvinte, suma cheltuielilor de fabricaţie, transport, manipulare, montaj, monolitizare

să fie mai mică sau cel mult egală cu cheltuielile destinate construcţiei în varianta

monolită.

Un al treilea mod de concepţie şi realizare tehnologică a structurilor este cel

oferit de soluţiile mixte, respectiv prefabricat-monolite. În cadrul acestora se îmbină în

mod raţional parte din avantajele prefabricării cu cele caracteristice execuţiei

monolite. De regulă, soluţia cea mai des utilizată până în prezent în realizarea

elementelor verticale în varianta monolită (stâlpi), iar a celor orizontale (grinzi,

planşee) ca elemente prefabricate.

Este bine cunoscut faptul că pentru decofrarea stâlpilor este necesară o

rezistenţă minimă de 2,5 N/mm2 , care se obţine, chiar în condiţii de mediu natural,

cu suficientă uşurinţă; în acelaşi timp se poate remarca faptul că execuţia

prefabricată a stâlpilor structurilor etajate reclamă dificultăţi mari în realizarea

continuităţii acestora. Pentru decofrarea elementelor orizontale sau cel puţin pentru

îndepărtarea reazemelor intermediare, nivelul de întărire minim necesară poate

ajunge, în unele situaţii, chiar până la 100%, ceea ce reclamă în condiţiile naturale

oferite de mediu o durată de întărire nepermis de mare. Este deci deosebit de

raţional a concepe aceste elemente ca prefabricate, cu atât mai mult cu cât

îmbinările stâlp-grindă sau grindă-grindă se realizează mult mai uşor.

Iată de ce, aceste tipuri de structuri au cunoscut în ultimii 20-30 ani o utilizare

frecventă, atât la construcţii de locuinţe şi social culturale, cât şi la cele industriale şi

agrozootehnice.