facultatea - doctorat.tuiasi.rodoctorat.tuiasi.ro/doc/sustineri_teze/ci/cadere... · n ciment, prin...

UNIVERSITATEA TEHNTCA "GHEORGHE ASACHI" DIN IA$I

RECTORATUL

Citre

Vi facem cunoscut c5, in ziua de 06 septembrie 2019 la ora 12.00. in Sala de Consiliu 0.1,

Corp R, de la Facultatea de Construclii si lnstalalii, Bdul. D Mangeron nr. 1 , va avea loc

sus[inerea publici a tezei de doctorat intitulatS:

" LOCUTNTE SOCIALE, EFICIENTE ENERGETIC CU IMPACT REDUS ASUPRA

MEDIULUI"

elaborati de domnul CADERE COSTIN ANDREIin vederea confeririititlului $tiintific de doctor.

Comisia de doctorat este alcituiti din:

1,. Conf.univ.dr.ing.Ciocan Vasilici Universitatea Tehnica ,,Gheorghe Asachi" din lasi preSedinte

2. Prof.univ.dr.ing. Birbuld Marinela Universitatea Tehnica ,,Gheorghe Asachi" din lasi conducitor de doctorat

3. Prof.univ.dr.ing. Georgescu Dan Paul - Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

4. Prof.univ.dr ing. Dan Daniel - Universitatea ,,POL|TEHNlCA" Timisoara

5. Prof.univ.dr.ing. Bliuc lrina - Universitatea Tehnica ,,Gheorghe Asachi" din lasi

referent oficialreferent oficialreferent oficial

Cu aceastd ocazie vI invitim sd participali la suslinerea publicd a tezei de doctorat.

IRECTOR,

Secretar yniversitate,

rns.c,iv;#er//ffiawW

1

UNIVERSITATEA TEHNICĂ

”GHEORGHE ASACHI”

FACULTATEA DE CONSTRUCȚII ȘI

INSTALAȚII

▪ ACASA ▪ DESPRE FCI ▪ ADMITERE ▪ STUDIICERCET

Rezumat

TEZĂ DE DOCTORAT

DOCTORAND:

CĂDERE COSTIN ANDREI

CONDUCĂTOR DE DOCTORAT

Prof. univ. dr. ing. MARINELA BĂRBUȚĂ

2019

http://www.ce.tuiasi.ro/

http://www.tuiasi.ro/


2

UNIVERSITATEA TEHNICĂ

”GHEORGHE ASACHI”

FACULTATEA DE CONSTRUCȚII ȘI

INSTALAȚII

LOCUINŢE SOCIALE, EFICIENTE ENERGETIC CU IMPACT

REDUS ASUPRA MEDIULUI

DOCTORAND:

CĂDERE COSTIN ANDREI

CONDUCĂTOR DE DOCTORAT

Prof. univ. dr. ing. MARINELA BĂRBUȚĂ

2019



3

CUPRINS

Capitolul 1 | INTRODUCERE....................................................................................................................5

1.1 Cadrul general al cercetării ..................................................................................................................... 5

1.1.1 Locuințe sociale, evoluție și probleme actuale ............................................................................... 6

1.1.2 Reducerea cantitații de energie înglobată în materiale de construcție și utilizarea deșeurilor

reciclabile ........................................................................................................................................ 7

1.2 Obiectivul tezei de doctorat..................................................................................................................... 7

1.3 Structura tezei de doctorat ....................................................................................................................... 8

Capitolul 2 | CONCEPTUL GENERAL DE LOCUIRE. LOCUINȚA SOCIALĂ, EVOLUȚIE ȘI

SITUAȚIA ACTUALĂ............................................................................................................................10

2.1 Locuința socială în cadrul conceptului general de locuire .................................................................... 10

2.1.1 Conceptul de locuire .................................................................................................................... 10

2.2 Tipologii de locuire adecvate locuințelor sociale .................................................................................. 11

Capitolul 3 | MATERIALE ȘI TEHNOLOGII PENTRU LOCUINȚE SOCIALE............................12

3.1 Principii ecologice de proiectare a clădirilor de locuințe ...................................................................... 12

3.2 Tehnologii şi materiale cu impact minim asupra mediului ................................................................... 13

3.4.1 Construcţii modulare prefabricate ............................................................................................... 13

3.4.2 Evoluția construcțiilor prefabricate. Exemple și cercetări teoretice ........................................... 14

3.4.3 Programe de arhitectura asociate în mod frecvent cu tehnologia construcţiilor modulare ........ 15

3.4.4 Clasificarea sistemelor de construcții prefabricate ..................................................................... 15

3.4.5 Avantajele sistemelor de construcție modulare / prefabricate ..................................................... 16

Capitolul 4 | CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND COMPOZIȚIA OPTIMĂ ȘI

PROPRIETĂȚILE MECANICE ȘI DE DURABILITATE ALE BETONULUI DE CIMENT CU

CENUȘĂ DE TERMOCENTRALĂ ȘI GRANULE DE POLISTIREN..............................................17

4.1 Materiale componente si descrierea cercetarilor realizate .................................................................... 17

4.2 Rezultatele încercărilor experimentale .................................................................................................. 20

4.2.1 Turnare 1 – decembrie 2016 ........................................................................................................ 20

4.2.2 Turnare 2 – 22 februarie 2017 ..................................................................................................... 22

4.2.3 Determinări asupra proprietăților de deformație ale betoanelor cu adaosuri ............................ 24

4.2.4 Determinarea modulului de elasticitate static la compresiune al betonului cu cenușă de

termocentrală și granule de polistiren ........................................................................................... 24

4.3 Proprietățile de durabilitate ale betonului de ciment cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren25

4.3.1 Studiul influenţei agenţilor chimici asupra durabilităţii betonului cu granule din polistiren

(coroziunea betonului) ................................................................................................................... 26

4.5.2 Determinarea rezistenței la îngheț-dezgheț (gelivitate) ............................................................... 27

4.5.3 Concluziile studiului experimental ............................................................................................... 27

4

4.6 Blocuri din beton cu goluri - tehnologia de turnare .............................................................................. 28

4.6.1 Realizarea blocurilor din beton ................................................................................................... 28

4.6.2 Comportarea blocurilor din beton cu granule de polistiren la compresiune .............................. 28

4.6.3 Simularea numerică a încercării la compresiune a blocurilor .................................................... 29

4.6.4 Concluzii asupra comportării blocurilor ..................................................................................... 30

Capitolul 5 | EFICIENȚA ENERGETICĂ A LOCUINȚELOR SOCIALE CARE UTILIZEAZĂ

BETONUL DE CIMENT CU CENUȘĂ DE TERMOCENTRALĂ ȘI GRANULE DE

POLISTIREN. STUDIU DE CAZ............................................................................................................31

5.1 Conductivitatea termică a betonului de ciment cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren ... 31

5.1.1 Determinarea experimentală a coeficientul de conductivitate termică, , în [W/m.K] ............... 32

5.2 Blocuri de beton cu goluri verticale pentru elemnete de anvelopă și caracteristicile termotehnice

rezultate prin simulare numerică ........................................................................................................... 32

5.3 Panouri pentru elemente de anvelopă din beton de ciment cu granule de polistiren............................. 36

5.4 Model de locuință socială ...................................................................................................................... 37

5.4.1 Configurații studiate .................................................................................................................... 38

5.4.2 Descrierea funcțională, structurală și alcătuirea modelului ales pentru studiul de caz ............. 40

5.4.3 Închideri verticale care utilizează blocuri sau panouri din beton cu polistiren .......................... 40

5.4.4 Influența punților termice asupra rezistențelor termice a pereților. Verificarea riscului de

condens............................................................................................................................................43

5.5 Evaluarea indicatorilor de eficiență energetică pentru modelul studiat ................................................ 47

5.6 Concluzii cu privire la eficiența termoenergetică a închiderilor din beton cu polistiren pentru locuințe

sociale .................................................................................................................................................... 49

Capitolul 6 | CONCLUZII, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI DIRECȚII VIITOARE DE

CERCETARE............................................................................................................................................51

6.1 Concluzii finale ..................................................................................................................................... 51

6.1.1 Locuința socială, caracteristici, tendințe ..................................................................................... 51

6.1.2 Materiale și tehnologii cu impact minim asupra mediului ........................................................... 52

6.1.3 Eficiența energetică a locuinţelor sociale la realizarea cărora se folosesc elemente din beton de

ciment cu cenuşă de termocentrală şi granule de polistiren .......................................................... 53

6.2 Contribuții personale și direcții viitoare de cercetare ............................................................................ 55

6.3 Diseminarea și valorificarea rezultatelor ............................................................................................... 57

BIBLIOGRAFIE.......................................................................................................................................59

5

Capitolul 1 | INTRODUCERE

Teza de doctorat îşi propune să identifice contextul spaţial şi temporal în care dependența

intrinsecă dintre practica arhitecturală şi societate poate depăşi stadiul de criză actual determinat

de numeroase condiţii şi împrejurări, având la bază o documentare competentă.

În vederea obţinerii unui rezultat cât mai concludent, sunt luaţi în considerare numeroşi

factori de interes politic, social-economic şi cultural: rata crescută a calamităţilor naturale sau

provocate de om din ultimii ani, reducerea rapidă a resurselor necesare susţinerii existenţei umane

în parametri optimi sau prezenţa tot mai pregnantă a fenomenelor naturale extreme pe arii extinse.

Numărul tot mai mare al locuitorilor unui oraş duce la nevoia de a acomoda cât mai multe

locuinţe. Pentru a evita o extindere necontrolată a oraşelor, se iveşte necesitatea de densificare în

interiorul oraşului. În vederea elaborării unei strategii relevante, se urmărește întocmirea unei

sinteze documentare cu privire la conceptul de locuire şi identificarea strategiilor sustenabile în

procesele de proiectare și integrare a structurilor de tip locuințe sociale în mediul urban, urmărind

accesibilitatea sub aspect economic, satisfacerea exigențelor utilizatorilor precum și criteriile de

performanță pentru clădiri.

1.1 Cadrul general al cercetării

În România, legile care definesc reglementările specifice locuinţelor sunt: Legea Locuinţei,

Legea 114 din 1996, reactualizată 2011 şi Legea 50/1991 actualizată 2017 privind autorizarea

executării lucrărilor de construcţii.

Legea 114 din 1996 reglementează aspectele sociale, economice, tehnice şi juridice ale

construcţiei şi folosinţei locuinţelor, iar Legea 50 din 1991 reglementează condiţiile şi conţinutul

documentaţiilor tehnice ce trebuie întocmite pentru obţinerea autorizaţiilor şi realizarea

construcţiilor.

Conform Legii Locuinţelor, sunt enumerate şi descrise următoarele tipologii de locuinţe:

locuinţa/unitatea de locuit, locuinţa convenabilă, locuinţa cu chirie, socială, de serviciu, de

intervenţie, de necesitate, de protocol, principală, secundară, de vacanţă şi subvenţionată [1].

Tipurile de locuinţe relevante pentru subiectul în studiu sunt locuinţa convenabilă, locuinţa

socială şi locuinţa de necesitate, fără a exclude însă posibilitatea utilizării tehnologiilor cercetate

şi pentru construirea celorlalte tipuri de locuinţe.

▪ Locuinţa convenabilă

“Locuinţă care, prin caracteristicile sale, satisface cerinţele utilizatorului la un moment

dat, acoperind necesităţile esenţiale de adăpostire, odihnă, preparare a hranei, educaţie şi igienă,

asigurând minimal exigenţele prevăzute în anexă la prezenţa lege.” [1]

6

▪ Locuinţa socială

“Locuinţă de care pot beneficia în regim de închiriere persoane sau familii a căror situaţie

economică nu le permite accesul la o locuinţă în proprietate sau închirierea unei locuinţe în

condiţiile pieţei, ca aplicare a unor măsuri de protecţie socială.” [1]

▪ Locuinţa de necesitate

“Locuinţă destinată închirierii sau cazării temporare a persoanelor, familiilor sau

gospodăriilor ale căror locuinţe fie au devenit inutilizabile în urma unor catastrofe naturale sau

accidente, fie sunt supuse demolării în scopuri de utilitate publică, fie fac obiectul unor lucrări de

reabilitare sau consolidare care nu se pot efectua în condiţii de funcţionare a clădirii.” [1]

1.1.1 Locuințe sociale, evoluție și probleme actuale

La nivel european problematica locuinţelor sociale este o misiune de interes general care

are următoarele obiective principale [2]:

▪ creşterea ofertei de locuinţe la preţuri accesibile;

▪ consolidarea coeziunii sociale în ceea ce priveşte statutul socio-economic al populaţiei.

Deşi toate statele membre ale UE susţin politicile referitoare la "accesul la locuinţe

confortabile şi accesibile din punct de vedere economic este un drept şi o necesitate fundamentală"

[3], statisticile indică faptul că aproximativ 3 milioane din oamenii din Europa nu au acces la

locuințe care să asigure condiţiile minime de confort.

În România au fost adoptate sau sunt pe cale de a fi adoptate diferite strategii sectoriale la

nivel național relevante pentru locuințe. Aceste strategii sunt promovate de către diferite

organisme guvernamentale și includ [4]:

▪ Strategia Națională privind Incluziunea Socială și Reducerea Sărăciei (2014-2020), recent

aprobată (27 mai 2015)

▪ Strategia de Incluziune a Cetățenilor Români aparținând Minorității Rome pentru perioada

2015-2020 (HG 1221/2011)

▪ Strategia Națională privind Incluziunea Socială a Tinerilor ce Părăsesc Sistemul de

Protecție a Copilului (HG 669/2006);

▪ Strategia Națională pentru Tineret 2015-2020 (HG 24/2015);

▪ Strategia Națională privind Incluziunea Socială a Persoanelor cu Dizabilități 2014-2020

(supusă spre aprobare prin HG)

▪ Strategie de Dezvoltare Teritorială a României 2035 (în consultare publică, înainte de

aprobare)

▪ Strategia Națională privind Locuințele, ce va fi elaborată de către MDRAP.

7

1.1.2 Reducerea cantitații de energie înglobată în materiale de construcție și utilizarea

deșeurilor reciclabile

Studiile care au analizat consumul de energie necesar pentru producerea clincherului

Portland ne arată că pentru producerea unui kg de ciment este necesară o cantitate de energie de

3000 kj, din care aproximativ 2000 kj/kg pentru procesele chimice care au loc în instalaţia de

ardere şi 1000 kj/kg care reprezintă pierderile de energie în timpul procesului tehnologic (în special

prin radiaţie) [5]. Confruntându-se cu problemele consumului important de energie la care se

adăugă şi politicile și măsurile pentru protecţia mediului, cercetătorii şi producătorii caută mijloace

prin care aceste aspecte pot fi diminuate.

În ultimii ani, dezvoltarea iniţiativelor în acest sens au avut ca rezultat progrese

considerabile în industria producătoare de ciment, din care putem menţiona [6] [7] [8]:

▪ reducerea temperaturii de ardere a clincherului, prin folosirea de mineralizatori, în

particular compuşi cu fluor, condiţii în care calitatea clincherului nu este afectată;

▪ realizarea de clinchere belitice, cu reactivitatea îmbunătăţită prin diferite metode, ceea ce

poate reduce cu circa 25% emisiile de CO2;

▪ realizarea de clinchere sulfataluminat-betilice, cu temperatura de ardere mai joasă;

▪ reducerea “factorului clincher” din ciment, prin înlocuirea acestuia cu adaosuri din

deşeuri sau diferite materiale puzzolanice. În acest sens s-au realizat progrese importante

prin reducerea acestui factor de la 0.9 kg clincher/kg ciment în anii ’90 până la 0.74 kg în

anii 2010;

▪ producerea de lianţi de zgură sulfatată (cu conţinut redus de clincher).

1.2 Obiectivul tezei de doctorat

Prezenta lucrare are ca obiectiv identificarea unor posibilităţi practice de realizare a

locuinţelor sociale capabile să răspundă la un nivel optim următoarelor cerinţe:

▪ asigurarea condiţiilor de locuire referitoare la spaţiu şi utilităţi;

▪ confort termic şi eficiență energetică;

▪ impact minim asupra mediului prin reducerea consumului de energeie şi implicit a emisiilor

de dioxid de carbon;

▪ utilizarea unor materiale cu un consum redus de energie înglobată și valorificarea unor

deşeuri reciclabile;

▪ reducerea costurilor de execuţie ca efect al folosirii unor materiale ieftine şi a unor

tehnologii simple oferite de un anumit nivel de prefabricare.

8

Atingerea acestor obiective a fost posibilă prin abordarea integrată a problematicii

locuinţelor sociale, pornind de la material – element / subansamblu – obiect / clădire, conform

schemei din figura 1.5.

Figura nr. 1.1: Schema generală privind abordarea globală a problematicii locuințelor sociale

1.3 Structura tezei de doctorat

Teza de doctorat este structurată în șase capitole care expun studiul de sinteză şi cercetarea

experimentală efectuată pentru realizarea obiectivelor propuse, după cum urmează:

▪ În primul capitol am urmărit realizarea unui studiu de sinteză asupra normelor şi

strategiilor specifice care definesc şi reglementează domeniul locuirii. În această sens, sunt

prezentate şi definite tipurile de locuinţe relevante pentru subiectul în studiu, suprafeţele şi

exigentele minimale pe care locuinţele trebuie să le îndeplinească (conform cu Legea Locuinţei)

şi statistici actuale cu privire la distribuţia populaţiei în funcţie de tipul de locuinţa, a dreptului de

proprietate şi a condiţiilor de locuit în România şi Europa. De asemenea sunt amintite pe scurt date

PARTIU propuneri funcționale - locuințe sociale

LOCUINȚE SOCIALE eficiente energetic cu impact minim supra mediului

MATERIALE beton de ciment cu cenușă de

termocentrală și granule de polistiren

Structură / subansambluri

Blocuri cu

goluri

Panouri

omogene

PROPUNERI STUDIU DE CAZ Satisfacerea cerințelor de locuire

Eficiența energetică

9

statistice referitoare la consumul de energie la nivel european şi studii efectuate în domeniul

construcţiilor, a căror principală preocupare o reprezintă scăderea consumului de combustibili

neregenerabili, eliminarea deşeurilor prin utilizarea acestora ca adaosuri şi reducerea emisiilor de

gaze cu efect de seră.

▪ În capitolul 2, intitulat “Conceptul general de locuire. Locuinţa socială, evoluţia şi

situaţia actuală” sunt prezentate şi analizate aspecte generale cu privire la problematica locuirii,

probleme ale habitatului uman în cadrul urban şi implicaţiile sociale şi economice asociate. Sunt

prezentate de asemenea cerinţele de bază ale locuirii şi trăsăturile care o definesc, raportate iniţial

la unitatea de bază şi apoi la complexitatea legăturilor dintre unitatea primară şi contextul urban

(întregul).

▪ Capitolul 3, “Materiale şi tehnologii pentru locuinţe sociale”. Sunt enumerate

principalele avantaje ale producţiei industrializate şi a construcţiilor modulare / prefabricate,

identificate ca metode şi tehnologii optime, considerând reducerea costurilor, rapiditatea execuţiei,

eficiența în consumul materiilor prime şi impactul scăzut asupra mediului.

▪ Capitolul 4, “Cercetarea experimentală a compoziţiei de beton de ciment cu cenuşă

de termocentrală şi granule de polistiren”. În acest capitol este prezentat programul experimental

al studiului de doctorat, fiind descrise încercările privind determinarea rezistențelor mecanice

pentru 26 de reţete de beton cu adaos din granule de polistiren. Un studiu de optimizare a pus în

evidenţă reţetele optime de beton care au servit la confecţionarea blocurilor cu goluri şi a

panourilor de dimensiuni reduse ale căror rezistențe mecanice şi comportare la îngheţ - dezgheţ au

fost analizate în cadrul programului de cercetare. Acestea constituie reperele de bază pentru

realizarea unor modele de locuinţe sociale printr-un proces de semiprefabricare.

▪ Capitolul 5. Sunt prezentate caracteristicile termofizice ale betonului de ciment cu

cenuşă de termocentrală şi granule de polistiren determinate experimental, precum şi ale

componentelor pentru pereţi confecţionate din acest material - blocuri cu goluri şi panouri de

dimensiuni reduse – determinate prin simulare numerică. Structurile de pereţi exteriori alcătuite

din blocuri sau panouri şi strat termoizolant din vata minerală, integrate într-un model de locuinţă

socială elaborat de autorul tezei, au fost analizate din punct de vedere al eficienţei energetice pe

criteriul necesarului anual de energie pentru încălzire.

▪ Capitolul șase prezintă concluziile finale ale studiilor derulate în cadrul tezei,

contribuţiile personale ale autorului, direcţiile viitoare de cercetare şi modalităţile de valorificare

a rezultatelor.

10

Capitolul 2 | CONCEPTUL GENERAL DE LOCUIRE. LOCUINȚA SOCIALĂ,

EVOLUȚIE ȘI SITUAȚIA ACTUALĂ

2.1 Locuința socială în cadrul conceptului general de locuire

Locuirea sau nevoia de adăpost este una dintre nevoile de bază ale vieţii fiind, ca

importanţă, comparabilă cu nevoia de hrană, apa şi sănătate într-o strânsă legătura cu mediul

natural şi cel creat de om. Locuinţa a evoluat odată cu omul şi a contribuit activ la afirmarea

condiţiei umane.

Din perspectiva arhitectului francez, Le Corbusier, locuinţa reprezintă “un înveliş care

răspunde anumitor cerinţe şi stabileşte raporturi juste între ambientul cosmic şi fenomenele

biologice umane” [9].

Analizată la nivel individual, locuirea semnifică ocuparea, utilizarea, amenajarea şi

însuşirea unui spaţiu de către individ, corespunzător unor moduri de viaţă, idealuri sau unor

condiţii specifice, influenţate de capacităţile economice de aspectele sociale şi religioase.

Locuirea se manifestă, la nivel individual, prin viaţa de familie, care se exprimă ca o funcţie

variabilă în timp şi spaţiu, atât în cadrul locuinţei (cel mai mare consumator de timp), cât şi în

prelungirile acesteia (societatea).

Unităţile de timp care definesc ritmului vieţii de familie:

▪ ziua de 24 de ore – delimitată în ritmul de zi şi ritmul de noapte;

▪ săptămâna – ritmul săptămânal al zilelor lucrătoare şi repaos;

▪ luna – ritmul lunar de lucru şi repaos;

▪ anul 365 zile – delimitează ritmul dintre activitate şi repaos

▪ ritmul anotimpurilor – care delimitează diferite tipuri de activităţi umane, diferite tipuri de

repaos;

▪ vârsta, cadenţa generaţiilor şi schimbările ce apar pe parcursul unei generaţii (naştere,

căsătorie, copii, moarte).

Problematica locuirii este foarte importantă şi datorită implicaţiilor pe care le aduce la

nivelul idealurilor sociale şi deciziilor politice şi este influenţată de capacităţile tehnice şi

economice ale societăţii.

2.1.1 Conceptul de locuire

Conceptul de locuire poate fi definit ca un sistem complex de structuri funcţionale dispuse

după anumite raporturi, cu niveluri diferite de integrare (de la individual – la familial – până la

social, de la echipamente strict funcţionale la cele culturale), capabile să funcţioneze şi să evolueze.

11

Din punct de vedere al evoluţiei istorice, dar şi a relaţiilor care condiţionează existenţa

umană, sensul locuirii a evoluat de la ocuparea individuală, la utilizarea socială a spaţiilor,

caracteristică locuirii urbane contemporane, care impune o cantitate şi o diversitate mai mare de

activităţi şi spaţii organizate. Calitatea spaţiilor urbane în general şi a locuirii în particular sunt

rezultatul îmbinării următoarelor atribute necesare ansamblului edificat: diversitate,

responsabilitate, utilitate, confort, accesibilitate şi conectivitate.

Deşi unitatea de locuit rămâne elementul de bază al ansamblului, prin importanţă socială şi

”dimensiunea sa spaţială şi tehnologică” [10], celelalte structuri, tehnologice, funcţionale,

informaţionale şi culturale, interacţionează şi generează modele/sisteme de locuire şi de

organizare. Asocierea acestor elemente oferă mediului construit urban moduri de organizare

diversificate, orientate către satisfacerea completă a necesitaţilor sale cu influenţe asupra calităţii

vieţii, factorul global de apreciere al unei comunităţi.

Dacă ne raportăm la complexitatea şi ierarhizarea spațio-funcţională, locuirea în mediul

urban se manifestă pe trei niveluri: unitatea primară de locuit, care satisface nevoile de locuire ale

individului sau ale familiei, locuinţa colectivă compusă prin asocierea unităţilor de bază la care se

adăugă funcţiuni/spaţii cu utilizare comună şi ansamblul de locuit compus din locuinţe colective

şi dotări sociale, culturale, de loisir, circulaţii şi spaţii verzi.

2.2 Tipologii de locuire adecvate locuințelor sociale

Criterii de clasificare a clădirilor de locuit:

▪ clasificarea după zona teritorială de care aparţin: locuinţe urbane sau locuinţe rurale;

▪ în funcţie de modul de conformare şi amplasare pe lot (sau criteriul arhitectural - urbanistic)

izolate, cuplate, înşiruite, covor sau terasate. În general în această categorie se înscriu

locuinţele individuale şi semicolective;

▪ în funcţie de numărul de niveluri pot fi locuinţe colective de mică, medie şi mare înălţime;

▪ în funcţie de criterii extra-arhitecturale [11]:

- economic: locuinţa privilegiată şi locuinţa de masă;

- finanţării: locuinţa privată, locuinţa de raport (construită de investitori în scopul

vânzării sau închirierii);

- formă de proprietate: locuinţa individuală, locuinţă în coproprietate (în cazul

locuinţelor colective) şi locuinţa cu chirie;

12

Capitolul 3 | MATERIALE ȘI TEHNOLOGII PENTRU LOCUINȚE SOCIALE

În ultimii ani, noţiunea de eficiență energetică este folosită la scară largă şi se axează pe

diferite domenii, începând de la industria producătoare de echipamente şi accesorii electronice şi

electrocasnice, industria constructoare de maşini, până la sectorul construcţiilor1 căruia i se

datorează circa 30% din consumul de energie [12], în majoritatea ţărilor dezvoltate. Având în

vedere datele enunţate despre consumul de energie utilizat în industria construcţiilor, acestea se

pot converti în cantităţi semnificative de CO2 (circa 40%) asociate domeniului.

Dacă în trecut consumul de energie specific construcţiilor (mai ales în etapa de utilizare)

nu reprezenta un inconvenient semnificativ pentru o clădire, astăzi eficiența energetică şi, mai

mult, autonomia energetică (în cazul clădirilor pasive) sunt criterii definitorii în evaluarea

calitativă a proiectelor şi a construcţiilor.

La sfârşitul anilor ’50, începutul anilor ’60, în ţările Scandinave apar primele norme/cerinţe

prin care se stabilesc valorile minime acceptate ale conductivităţii şi rezistențelor termice pentru

materiale izolatoare şi suprafeţe vitrate utilizate în construcţii, cu scopul îmbunatăţirii eficienţei

economice şi a confortului utilizatorilor [13].

Ca urmare a crizei petrolului din anii 1970 apar iniţiative asemănătoare în numeroase ţări

care urmăresc, pe lângă reducerea consumului de energie, minimizarea dependenţei de resursele

neregenerabile. De exemplu, în Franţa apar în anul 1974 primele reglementări privind cerinţele şi

caracteristicile termice pentru clădiri2, în 1976 sunt prezentate primele studii axate pe valorificarea

energiei solare şi principii de proiectare pentru construcţii pasive [14], iar în 1981 este organizat

primul congres cu tematică axată pe arhitectura pasivă şi îmbunătăţirea eficienţei energetice în

domeniul construcţiilor.

3.1 Principii ecologice de proiectare a clădirilor de locuințe

Urmărind eficiența energetică sub aspectul principiilor de proiectare bioclimatică /

ecologică putem identifica elementele importante cu influenţe asupra rezultatului final, după cum

urmează:

▪ condiţiile climatice şi caracteristicile amplasamentului;

▪ masa, forma, poziţionarea şi orientarea clădirii;

▪ caracteristicile termoenergetice ale anvelopei clădirii (pereți, acoperiș, planşee, ferestre

etc.);

1 În acest caz ne referim la sectorul construcțiilor ca un întreg format din industria dedicată construcțiilor (ce urmează

a fi edificate) și fondul construit existent. 2 Guvernul francez 1974

13

▪ poziţionarea şi dimensionarea golurilor pentru asigurarea iluminării naturale (pentru

ferestre, uşi, luminatoare);

▪ umbrirea suprafețelor vitrate ale faţadei;

▪ ventilarea rațională a spațiilor interioare;

▪ caracteristicile tehnice ale pereţilor interiori (grosime, material);

▪ totalitatea sistemelor de instalaţii pentru încălzire, răcire, iluminat, etc.

3.2 Tehnologii şi materiale cu impact minim asupra mediului

Industria construcțiilor este după industria producţiei de alimente, cel mai mare consumator

de materii prime din lume. Unul din obiectivele urmărite în vederea dezvoltării unui viitor

sustenabil este reducerea radicală a utilizării materiilor prime.

Putem considera că producţia industrializată care implica la rândul ei, în contextul eficientei

economice, standardizarea şi modularea poate fi tehnologia optimă care însumează cele mai multe

beneficii.

Standardizarea procesului de construcţie poate fi în favoarea viitorilor utilizatori, din

perspectiva realizării unui echilibru între timpul redus, cost optim şi calitate. Rezultatele finale,

satisfacţia utilizatorilor, uşurinţa întreţinerii şi înlocuirii elementelor indică faptul că

standardizarea şi prefabricarea au un potenţial viitor enorm în construcţii. Fără îndoială, această

nouă abordare este necesară, luându-se în considerare şi continua creştere a cererii de locuinţe noi.

Standardizarea poate fi generică, specifică clientului sau furnizorului său specifică

proiectului iar nivelul de standardizare şi de utilizare a elementelor prefabricate se realizează în

funcţie de necesităţile și caracteristicele fiecărui proiect.

3.4.1 Construcţii modulare prefabricate

Modularea, aşa cum este definită de Institutul de Construcții Modulare, este procesul prin

care o clădire este construită în afara amplasamentului (off site construction), în condiții complet

controlabile și respectând aceleași normative și standarde folosite în construcţiile convenționale

- dar, în aproximativ jumătate din timp [15]. Analize şi cercetări pe acest subiect indică faptul că

rezultatul final, atunci când se construieşte modular, reflectă întocmai intenţiile din proiect.

Prefabricarea implică realizarea reperelor în condiţiile unui riguros control de calitate,

permiţând utilizarea unor deşeuri reciclabile în asociere cu materiale convenţionale, în cadrul unor

structuri eficiente economic şi energetic.

Avantajul major al metodelor de construcţie care utilizează elemente prefabricate este

reducerea timpului de execuţie pentru finalizarea proiectului [16]. Reducerea timpului de execuţie

14

este atribuită în primul rând relaţiei de independenţă dintre procesul de fabricaţie a

subansamblurilor şi lucrările efectuate pe amplasament.

3.4.2 Evoluția construcțiilor prefabricate. Exemple și cercetări teoretice

În primul rând trebuie să amintim faptul că prefabricarea sau standardizarea în construcţii

nu este o metodă nouă. Prima semnalare a unei construcţii realizate din componente prefabricate

datează din anii 1160 – 1170, conform istoricului Pierre Bouet [17], care aminteşte că în poezia

lui Wace “Roman de Rou” este descrisă edificarea unei fortăreţe din lemn într-o noapte, în timpul

invaziei vikinge în Anglia anului 1066. Mai târziu în secolul al XVI-lea apar primele informaţii

despre locuinţe realizate din elemente prefabricate în India şi Anglia (locuinţe din elemente

prefabricate din lemn transportate din Anglia în Massachusetts, 1624).

- 1908 -

Între anii 1908 si 1940 în America de Nord, retailerul american Sears, Roebuck and

Company, a raportat vânzarea a peste 70.000 de locuințe realizate din elemente prefabricate, într-

o gamă largă de dimensiuni, rezolvări funcționale și volumetrice (circa 370 modele) [18].

- 1929 - Dymaxion House

Casa Dymaxion concepută de arhitectul Buckminster Fuller sub forma unui dom

demontabil si transportabil a fost proiectată pentru a răspunde mai multor deficiențe ale metodelor

constructive obișnuite.

- 1936 - Usonian House

Conceptul propus de arhitectul Frank Lloyd Wright nu este un exemplu de construcție din

elemente prefabricate, însă poate reprezinta un exemplu teoretic pentru acest domeniu, prin modul

în care locuința a fost proiectată. În concepția acestei locuințe se urmărește un sistem de axe egal

distanțate (un grid), care a permis repetiția detaliilor și a dimensiunilor cu beneficii importante

asupra etapei de realizare.

- 1946 - Truman’s Veterens’ Emerngency Housing Program

Războiul a stimulat piața construcțiilor în Statele Unite ale Americii, prefabricarea jucând

un rol important în programul locuințelor.

- 1949 - Wichita House

Proiectul arhitectului Buckminster Fuller a fost conceput ca un răspuns la problema lipsei

de locuințe de după al doilea război mondial. Construcția propusă încorpora la acea vreme cele

mai noi materiale și tehnologii urmărind, pe lângă rezolvarea problemei de locuire, eficiența,

confortul și accesibilitatea din punct de vedere al costurilor de producție.

- 1953 - Techbuilt House

15

La începutul anilor ’50 Carl Kock proiectează o casă construită din panouri standardizate

(realizate în fabrică și asamblate pe amplasament), cu structură din lemn. Variația elementelor

componente (pereți, planșee, acoperiș) ale casei Techbuilt permiteau rezolvări funcționale diverse

și în același timp menținerea costurilor reduse.

- 1967 - Habitat 67

Complexul Habitat 67 a fost creat pentru a oferi locuinţe la costuri rezonabile care să

asigure toate nevoile individuale, eliminând disconfortul traiului în comun.

- 1974 - Ramot Housing Complex

Complexul de locuințe Ramot, proiectat de arhitectul israelian Zvi Hecker, este un

conglomerat alcătuit din aproximativ 700 de poliedre (dodecaedre) modulare prefabricate din

beton [19].

3.4.3 Programe de arhitectura asociate în mod frecvent cu tehnologia construcţiilor

modulare

▪ locuinţe individuale;

▪ locuinţe sociale, de necesitate şi provizorii;

▪ locuinţe colective;

▪ clădiri cu funcţiuni mixte;

▪ şcoli şi camine pentru studenţi;

▪ clădiri pentru organizări de şantier şi pentru cazarea muncitorilor;

▪ clădiri din sectorul public;

▪ clădiri pentru sănătate;

▪ hoteluri;

▪ construcţii care adăpostesc echipamente tehnice.

3.4.4 Clasificarea sistemelor de construcții prefabricate

Sistemele prefabricate pot fi clasificate ţinând cont de măsura în care elementele sunt

finalizate înainte de asamblarea lor în şantier, astfel:

a) sisteme modulare sau sisteme spațiale - componente volumetrice structurale, care formează

părţi dintr-o clădire (sau chiar o clădire completă). Acest tip de modul are un grad înalt de

finisare atât la interior cât şi la exterior.

b) sisteme din panouri mari sau panouri multiple – panouri de pereţi şi planşee care prin

cuplarea elementelor formează construcţia. Deoarece elementele sistemului au o formă

16

compactă, acestea sunt mai uşor de transportat în schimb gradul de finisare a elementelor

este mai scăzut.

c) sisteme compuse din elemente verticale şi orizontale, stâlpi şi grinzi care formează

scheletul unei clădiri;

d) materiale de construcţie convenţionale, folosite în majoritatea construcţiilor contemporane

şi vechi.

3.4.5 Avantajele sistemelor de construcție modulare / prefabricate

Conform studiilor care analizează integrarea sistemelor modulare prefabricate în

construcţii, principalele beneficii, prin comparaţie cu metodele de construire tradiţionale, sunt:

• reducerea perioadei de execuţie, a impactului asupra mediului şi dependența scăzută de

condiţiile climatice;

• eficiența în consumul materiilor prime (agregate, ciment, aditivi şi oţel-beton în cazul

elementelor armate) şi reducerea costurilor;

• calitatea ridicată a componentelor produse în unităţi industriale specializate în condiţii

tehnice moderne, mecanizate şi automatizate (control al calităţii eficient, testări,

agrementări);

• creşterea productivităţii şi siguranţei muncii, prin mecanizarea procesului tehnologic în

unităţile industriale;

• posibilitatea de a utiliza deşeuri reciclabile în mod controlat (aspect ecologic);

• posibilitatea de a refolosi elementele modulare în cadrul altor construcţii;

• finisarea sau prefinisarea componentelor modulare / prefabricate în fabrică;

17

Capitolul 4 | CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND COMPOZIȚIA

OPTIMĂ ȘI PROPRIETĂȚILE MECANICE ȘI DE DURABILITATE ALE

BETONULUI DE CIMENT CU CENUȘĂ DE TERMOCENTRALĂ ȘI GRANULE

DE POLISTIREN

Obiectivul principal al cercetărilor experimentale din această lucrare este analiza unor tipuri

de beton cu ciment, adaos de cenușă de termocentrală şi granule de polistiren, cu scopul de a

identifica o reţetă optimă pentru un material cu următoarele caracteristici:

▪ să corespundă cerinţelor structurale (prin verificarea rezistențelor mecanice);

▪ să fie eficient energetic (verificarea coeficientul de transfer termic al elementului);

▪ să fie ecologic (prin utilizarea deşeurilor şi agregatelor reciclabile).

Studiile efectuate asupra acestei compoziţii se vor axa asupra determinării principalelor

proprietăţi mecanice - rezistențele mecanice specifice ale betonului cu ciment, adaos de cenușă de

termocentrală şi granule de polistiren.

Turnarea probelor şi încercările pe betonul întărit au fost executate în laboratoarele

Facultăţii de Construcţii şi Instalaţii, Catedra de Beton, Materiale, Tehnologie şi Organizare din

cadrul Universităţii Gh. Asachi din Iaşi.

4.1 Materiale componente si descrierea cercetarilor realizate

Pentru prepararea betonului de ciment au fost utilizate următoarele materiale: ciment

portland, cenusa de termocentrala, agregate naturale (sort 0 - 4 mm, sort 4 - 8 mm si sort 8 - 16

mm), agregate artificiale (granule din polistiren expandat), apă si aditiv.

4.1.1 Stabilirea compoziției pentru betonul studiat

În cadrul programului experimental au fost realizate o serie de compoziţii de beton

obişnuite de ciment, în care s-a înlocuit cimentul cu 10 % cenuşă de termocentrala (BC10) şi cu

20 % cenuşă de termocentrala (BC20) tabel 4.1.

Reţeta martor BC pentru, ambele tipuri de betoane este:

▪ ciment 360 kg/m3;

▪ nisip (sort 0 - 4mm) 803 kg/m3;

▪ pietriş margaritar (sort 4 - 8 mm) 384 kg/m3;

▪ sort 8 - 16 mm 558 kg/m3;

▪ apă 172 l;

▪ şi aditiv superplastifiant/reductor de apă, tip Glenium Sky, in dozaj de 1% din cantitatea de

ciment.

18

Tabel nr. 4.1: Rețetele martor BC10 și BC20 cu cenușă de termocentrală

Nr. crt. Ciment

Kg/m3

Apă

l/m3

Cenușă term.

Kg/m3

Nisip

Kg/m3

Agregat

Sort 4-8 Kg/m3

Agregat

Sort 8-16 Kg/m3

Aditiv

l/m3

BC - martor 360 172 0 803 384 558 3.6

BC10 324 172 36 803 384 558 3.24

BC20 288 172 72 803 384 558 2.88

Pentru prima compoziţie de beton BC 10 (ciment înlocuit cu 10 % cenuşă de termocentrală),

s-au înlocuit cu granule de polistiren agregatele pentru fiecare sort în parte: nisipul, sort 0 - 4 mm

a fost înlocuit cu granule de polistiren în proporție de 20 %, 40 %, 60 %, 80 % si 100 % pentru

probele BCPOL1 – BCPOL5, apoi al doilea sort 4 - 8 mm, pietrişul, a fost înlocuit cu granule de

polistiren, de dimensiuni mai mari, în aceleaşi proporţii - probele BCP1 – BCP5.

În al doilea experiment a fost turnat beton la care s-au înlocuit ambele tipuri de agregate în

acelaşi timp, sort 0 - 4 mm şi sort 4 - 8 mm, iar cimentul a fost înlocuit în proportie de 10 % sau

20 % cu cenuşă de termocentrală.

Pentru efectuarea încercărilor au fost preparate compoziţiile de beton, descrise anterior, cu

variaţiile conţinutului de polistiren enumerate pentru ambele tipuri de probe BCPOL şi BCP.

Probele au fost turnate în cuburi cu latura de 150 mm şi prisme de 100 x 100 x 550 mm

pentru determinarea rezistenţei la compresiune, rezistenţei la întindere din încovoiere şi a

rezistenţei la întindere din despicare. Pentru determinarea caracteristicilor de deformație au fost

turnați cilindri cu dimensiuni de 100 mm x 200 mm.

Figura nr. 4.1: Prisme, cuburi si cilindri. Dimensiuni: 150 x 150 x 150 mm, 100 x 100 x 550 mm,

diametru 100 mm x înaltime 200 mm

19

4.1.2 Determinări pe betonul întărit

În aprecierea comportării betonului la solicitări mecanice trebuie să se ţină seama de

structura lui specifică. Procesul de rupere trece prin trei faze: iniţierea fisurilor, propagarea lor şi

creşterea şi dezvoltarea fisurilor.

După prepararea, turnarea şi păstrarea acestor compoziţii timp de 28 zile de la data turnării,

la temperatura de (20±2)°C conform normativelor în vigoare [20, 21], s-au efectuat încercările

pentru determinarea caracteristicilor mecanice. Rezistenţele betonului sunt mărimi convenționale,

stabilite prin încercări de scurtă durată.

▪ Rezistenţa la compresiune reprezintă principalul criteriu de calitate al betonului.

Încercarea cuburilor se face la compresiune monoaxială, cu presă hidraulică de 300 kN,

pentru beton, care realizează o încărcare uniform distribuită pe suprafaţa epruvetei [22]. Cuburile

se încarcă perpendicular pe direcţia de turnare a betonului. Eforturile unitare de compresiune cresc

constant, cu aproximativ 0,5 N/mm2/sec, astfel încât încercarea să nu dureze mai mult de 30

secunde.

▪ Determinarea rezistenţei la întindere din încovoiere

Ruperea betonului la încovoiere se produce în secţiunea centrală de moment încovoietor

maxim, printr-o singură fisură care apare în zona întinsă, sub sarcina concentrată, despicând în

două epruveta [23].

▪ Determinarea rezistenţei la întindere prin despicare

Determinarea rezistenţei la întindere prin despicare se face pe cilindri, cuburi, prisme. Pe

baza cercetărilor efectuate, s-a putut constata că rezistenţa la întindere prin despicare ftd este mai

mare decât rezistenţa la întindere centrică fti, forma şi dimensiunile epruvetelor neinfluenţând

rezistenţa ftd. Standardele indică metoda de încercare prin despicare a cuburilor, care apoi se pot

utiliza pentru încercarea la compresiune [24].

Figura nr. 4.2: Încercarea probelor din beton pentru

determinarea rezistenței la compresiune

20

4.2 Rezultatele încercărilor experimentale

4.2.1 Turnare 1 – decembrie 2016

▪ Descrierea reţetelor:

BCPOL1 – BCPOL5: beton de ciment cu cenuşă de termocentrală (10 % din cantitatea de

ciment) cu adaos de agregate din polistiren expandat care înlocuiesc sortul 0-4 mm (nisip) în

proporţie de 20% până la 100%.

BCP1 – BCP5: beton de ciment cu cenuşa de termocentrala (10 % din cantitatea de ciment)

cu adaos de agregate din polistiren expandat care înlocuiesc sortul 4-8 mm (pietriş) în proporţie

de 20% până la 100%.

Au fost realizate un număr de 12 reţete: două reţete martor şi 10 reţete în care au fost

înlocuite agregatele in proportie de 20%, 40%, 60%, 80% si 100%.

Tabel nr. 4.2: Rezultatele experimentale obținute – turnare 1

Proba fc

N/mm2

fti

N/mm2

Ftd

N/mm2

Densitate beton

proaspăt kg/mc

Densitate beton

întărit kg/mc

Martor BC10 29,81 1.92 1.78 2300 2288

Martor BC20 29.32 1.75 1.75 2319 2262

BCPOL1 (20% polistiren) 20.91 1.67 1.03 2212 2113





BCP1 (20% polistiren) 17.49 1.58 1.38 2247 2136

BCP2 (40% polistiren) 15.94 1.58 0.82 2188 2075

BCP3 (60% polistiren) 14.0 1.28 1.22 2128 1997

BCP4 (80% polistiren) 12.39 1.44 1.49 2051 1941

BCP5 (100% polistiren) 8.26 1.02 1.20 1843 1881

În baza rezultatelor se observă că dozajul de granule de polistiren influenţează valorile

rezistenţelor la compresiune. Un conţinut de polistiren mai mare conduce la valori ale rezistenţei

la compresiune mai scăzute. O influenţă asupra rezistenţei la compresiune o are şi cantitatea de

cenuşă de termocentrală care înlocuieşte cimentul, aşa cum putem observa din analiza rezultatelor

obţinute pentru reţetele martor BC10 (10 % cenuşă) şi BC20 (20 % cenuşă).

Rezistența mecanică la compresiune a scăzut cu 29,79 % în cazul betonului cu 20 %

polistiren (BCPOL1) şi cu 80,23 % pentru betonul în care sortul 0 - 4 mm a fost înlocuit integral

cu polistiren (BCPOL5), prin comparaţie cu rezistențele betonului martor BC10.

În cazul reţetelor în care pietrişul (sort 4 - 8 mm) a fost înlocuit cu agregate din polistiren,

observăm că rezistenţa la compresiune a scăzut cu 41,27 % în cazul betonului tip BCP1 (20 %

21

polistiren) şi 72,34 % în cazul betonului tip BCP5 (polistiren 100 %), raportate la acelaşi beton

martor BC10.

Grafic nr. 4.1: Rezultatele experimentale – rezistențele obţinute (compresiune, întindere prin

încovoiere şi întindere prin despicare)

Analizând datele din graficul 4.1 se constată că probele de beton cu adaos mai scăzut de

granule din polistiren (20 % respectiv 40 % pentru BCPOL1 şi BCPOL2) au rezistențe mecanice

mai bune decât probele echivalente în care s-a înlocuit, în aceeaşi proporţie, sortul 4 - 8 mm

(probele BCP1 şi BCP2). Atunci când granulele din polistiren, care înlocuiesc agregatul natural,

depăşesc proporţia de 40 %, observăm că betonul de ciment cu agregate din pietriş (BCP2, BCP3

şi BCP4) are rezultate mecanice mai bune decât betonul cu sort 0 - 4 mm, nisip (BCPOL3,

BCPOL4 şi BCPOL5). În ceea ce priveşte rezistențele la întindere prin încovoiere şi despicare

observăm că valorile sunt relativ constante în cazul epruvetelor din beton tip BCP (cu înlocuire de

sort 4 - 8 mm) şi descendente pentru epruvetele tip BCPOL (cu înlocuire de sort 0 - 4 mm).

Observăm de asemenea că rezultatele obţinute pentru rezistențele la întindere prin

încovoiere şi prin despicare au în general valori mai ridicate în cazul probelor în care a fost înlocuit

sortul 4 - 8 mm (BCP), decât atunci când a fost înlocuit nisipul (sort 0 - 4 mm).

Conform normativelor în vigoare betonul uşor este definit astfel: beton a cărui masă

volumică după uscare în etuvă este mai mare decât 800 kg/mc, dar mai mică sau egală cu 2000

kg/mc, produs integral sau parţial cu agregate uşoare, având clasa granulometrică 0/4 mm

constituită fie din agregat de masă volumică normală, fie din agregat uşor [25].

Densitatea epruvetelor este direct influenţată de cantitatea agregatelor din polistiren

introdusă în reţeta. Densitatea influenţează la rândul ei conductivitatea termică a betonului. O

densitatea mai mică înseamnă conductivitate termică mai scăzută.

După cum se poate observa diferenţa dintre densitatea betonului proaspăt şi a betonului

întărit este mai mare în cazul betonului de ciment cu adaos de polistiren (aproximativ 5 %) în urma

29

,81

29

,32

20

,91

16

,22

11

,12

7,8

4

5,9

1

17

,49

15

,94

14

12

,39

8,2

6

1,9

2

1,7

5

1,6

7

1,4

7

0,9

8

0,8

4

0,3

2 1,5

8

1,5

8

1,2

8

1,4

4

1,0

2

1,7

8

1,7

5

1,0

3

1,5

2

0,8

2

0,4

4

0,2

8

1,3

8

0,8

2

1,2

2

1,4

9

1,2

0

5

10

15

20

25

30

BC10 BC20 BCPOL1 BCPOL2 BCPOL3 BCPOL4 BCPOL5 BCP1 BCP2 BCP3 BCP4 BCP5

fc, MPa - rezistenta la compresiunefti, Mpa - rezistenta la intindere din incovoiereftd, Mpa - rezistenta la intindere prin despicare

22

procesului de maturare. Densitatea este influenţată într-o proporţie mai scăzută şi de cantitatea de

cenuşă de termocentrala care înlocuieşte cimentul în amestec.

4.2.2 Turnare 2 – 22 februarie 2017

▪ Descrierea rețetelor:

E1-E16: beton de ciment cu cenușă de termocentrală (10 % sau 20 % din cantitatea de

ciment) cu adaos de agregate din polistiren expandat care înlocuiesc în același timp, în proporții

variabile, sortul 0 - 4 mm (nisip) și sortul 4 - 8 mm (pietriș).

Figura nr. 4.3: Modul de cedare al probelor la compresiune

Grafic nr. 4.2: Rezultatele experimentale – rezistențe obţinute

Analizând datele din graficul 4.2 observăm că rezistenţa la întindere prin încovoiere este

mai mare în cazul probei E1 cu 24.86 % decât rezistența obţinută pentru proba E2, iar rezistenţa

la întindere prin despicare este mai redusă cu 22.91% faţă de aceeaşi probă. Diferenţa între aceste

22

,39

22

,89

14

,52

13

,82

18

,76

19

,8

15

,49

12

,3

12

,43

8,3

6

8,1

7,2

8

5,2

9

4,9

9

4,1

5

3,1

4

1,81

1,36

1,05

1,13

1,4

1

1,4

1

1,14

1,1

0,9

8

0,82

0,71

0,6

6

0,49

0,6

9

0,5

7

0,4

71,48 1,9

2

1,3

9

1,14 1,58

1,6

4

1,07

1,21

0,96

0,7

5

0,8

0,58

0,61

0,58

0,4

5

0,49

0

5

10

15

20

25

30

E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 E12 E13 E14 E15 E16

fc, MPa - rezistenta la compresiune

fti, Mpa - rezistenta la intindere din incovoiere

ftd, Mpa - rezistenta la intindere prin despicare

23

valori este determinată de cantitatea de polistiren II din cele două reţete (10% pentru proba E1 şi

20% pentru proba E2).

Se menţine aceeaşi tendinţă, remarcată anterior şi în cazul rezistențelor la încovoiere prin

întindere şi despicare în cazul probelor E5 şi E6. Probele E2 şi E6, deşi au cu 10% mai mult

polistiren II (care înlocuieşte sortul 4-8 mm) decât probele E1 şi E5, rezultatele în urma testării

epruvetelor au arătat valori mai bune pentru probele cu procent mai mare de polistiren.

Grafic nr. 4.3: Densităţile betonului proaspăt şi întărit

În ceea ce priveşte valorile densităţilor epruvetelor din turnarea a doua, putem sublinia

aceleaşi caracteristici enumerate şi în cazul primei turnări. Astfel densităţile probelor sunt

influenţate de proporţiile de adaos din granule de polistiren introduse în reţete.

Diferenţele de densitate dintre betonul proaspăt şi cel întărit sunt de până la 5% în cazul

tuturor probelor conform valorilor din graficul 4.3. Densitatea este influenţată într-o proporţie mai

scăzută şi de cantitatea de cenuşă de termocentrală care înlocuieşte cimentul în amestec.

Densitatea probei E2, prin înlocuirea unui procent suplimentar de 10% din sortul 4 - 8 mm

cu granule de polistiren a determinat o reducere a densităţii cu aproximativ 1 %.

Diferenţa de densitate între proba cu cele mai bune rezistențe mecanice E2 şi proba E16 în

care polistirenul a înlocuit un procent de 80 % din ambele agregate este de 695 kg/mc, valoare

care reprezintă o reducere a densităţii de aproximativ 34 %.

Pentru obţinerea unui beton uşor cu densitatea mai mică sau egală cu 2000 kg/mc şi

rezistenţe mecanice suficient de mari, este necesară realizarea unei optimizări statistice. Datele

obţinute pentru cele 26 de probe vor fi prelucrate şi vor reprezenta parametrii de intrare pentru

prelucrarea statistică.

2.1

39

2.1

22

2.0

69

1.9

74

2.1

76

2.1

35

2.0

33

1.9

26

1.9

62

1.8

43

1.7

44

1.6

20

1.6

00

1.6

17

1.5

59

1.4

862

.04

7

2.0

33

1.9

82

1.9

00

2.0

69

2.0

83

1.9

22

1.8

21

1.8

69

1.7

31

1.6

60

1.5

60

1.5

29

1.5

24

1.4

38

1.3

38

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 E12 E13 E14 E15 E16

densitate beton proaspăt kg/mc densitate beton întărit kg/mc

24

4.2.3 Determinări asupra proprietăților de deformație ale betoanelor cu adaosuri

Caracteristicile de deformație, respectiv curba caracteristică și modulul de elasticitate

longitudinal al betonului cu cenușă și granule de polistiren ca înlocuitor de agregat au fost

determinate pentru betoanele de tip BCPOL 2, care conțin 10 % cenușă de termocentrală ca

înlocuitor de ciment și 40 % granule de polistiren ca înlocuitor al sortului de nisip 0 - 4 mm și

pentru betoanele de tip BCP3, care conțin 10 % cenușă de termocentrală ca înlocuitor de ciment și

60 % granule de polistiren ca înlocuitor al sortului de agregat 4 - 8 mm.

În vederea încercării la compresiune axială, cilindrii au fost echipaţi cu aparatura necesară

pentru determinarea deformaţiilor (LVDT-uri). Încărcarea s-a aplicat cu o creștere constantă

pentru a produce un efort între 2 N/mm2/s și 10 N/mm2/s până la cedarea epruvetei. Valoarea forţei

de compresiune a fost înregistrată de presă (s-a folosit presa de 100 tf din cadrul Facultăţii de

Construcţii şi Instalaţii).

▪ Concluzii

Curbele efort - deformație specifice determinate pentru cele două tipuri de betoane sunt

asemănătoare curbelor betoanelor obișnuite.

Modul de rupere al epruvetelor din beton cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren

ca înlocuitor de agregat, diferă față de modul de rupere al betoanelor tradiționale. Granulele de

polistiren influențează formarea fisurilor și modul lor de dezvoltare în masa epruvetei, cele mai

mari degradări fiind în general în zonele neomogene unde sunt concentrate mai multe granule de

polistiren. La rupere betonul cu polistiren prezintă o elasticitate pronunțată, fiind mai dificil de

distrus.

4.2.4 Determinarea modulului de elasticitate static la compresiune al betonului cu

cenușă de termocentrală și granule de polistiren

Standardul SREN 13412 [26] pentru determinarea modulului de elasticitate static la

compresiune al betonului prevede încărcarea în trepte a epruvetelor de tip cilindru, făcandu-se

măsurători ale deformaţiilor la treapta minimă de 0.5 σbmax şi la treapta maximă de 0.3 σbmax,

Determinare lui σb cu valoarea maximă se face pe cilindri care se supun unei încărcări axiale la

compresiune.

Epruvetele de formă cilindrică având dimensiuni de 100 x 200 mm au fost preparate și

păstrate conform standardelor timp de 28 zile pînă la efectuarea încercării. Încercarea se efectuază

pe trei probe. Proba se amplasează pe platanul presei și se aplică o încărcare corespunzătoare unui

efort de 0,5 N/mm2 și se înregistrează deformația. Se încarcă epruveta cu o rată constantă de (0,6

± 0,4) N/mm2/s până la valoarea de o treime din rezistența la compresiune. Se menține timp de 60

de secunde și se înregistrează citirile dispozitivului. Se repetă ciclul de încărcare - descărcare de

25

doua ori și se notează citirile la aparatele de măsură. Dacă diferența dintre cele doua citiri la fiecare

aparat nu depășește 5% se consideră că deformațiile s-au stabilizat, în caz contrar se repetă

operația. După stabilizarea deformațiilor se face prelucrarea datelor. Modulul de elasticitate pentru

fiecare probă se determină prin împărțirea Δσ (diferența de efort) la Δε (diferența de deformație la

compresiune).

Tabel nr. 4.3: Modulul de elasticitate al betonului BCPOL2 (BCPOL40)

BC POL2

Aria: 7853

Zona 1 Zona 2

Forța [kN]

Deplasare [mm]

Modul [MPa]

Forța [kN]

Deplasare [mm]

Modul [MPa]

Fmax [kN]

fc [MPa]

30.1 2.386 848.9

40.1 2.637 1384.6 73.10 9.31

22.4 2.155 31.2 2.416

Tabel nr. 4.4: Modulul de elasticitate al betonului BCP3 (BCPOLM60)

BC P3

Aria: 7853

Zona 1 Zona 2

Forța [kN]

Deplasare [mm]

Modul [MPa]

Forța [kN]

Deplasare [mm]

Modul [MPa]

Fmax [kN]

fc [MPa]

30.3 2.175 764.0

60.6 3.368 1279.0 68.60 8.74

22.5 1.915 51.3 3.118

Modulii de elasticitate determinați [27] [28] [26] pentru cele două tipuri de betoane

BCPOL2 și BCP3 au valori apropiate, deși diferă atât dozajul de agregat înlocuit, cât și

dimensiunea granulelor de polistiren. Valoarea modulului de elasticitate a fost mai mare în cazul

betonului la care s-a înlocuit 40% din nisip (BCPOL2).

4.3 Proprietățile de durabilitate ale betonului de ciment cu cenușă de termocentrală și

granule de polistiren

Pentru determinarea caracteristicilor de durabilitate s-a testat şi analizat rezistența la agenţi

chimici agresivi (coroziunea betonului) pentru epruvetele realizate din beton cu cenușă de

termocentrală și granule de polistiren ca înlocuitor de agregat, sorturile 0 - 4 mm și 4 - 8 mm, de

tip BCPOL40, E2 și E7.

26

Prin analiza experimentală se vor determina caracteristicile de durabilitate a materialelor

obținute, influența adaosului de granule din polistiren asupra materialului3 şi modul în care

proprietăţile materialelor se menţin în timp sub acţiunea factorilor de mediu.

4.3.1 Studiul influenţei agenţilor chimici asupra durabilităţii betonului cu granule din

polistiren (coroziunea betonului)

Procesul de încercare al probelor la coroziune accelerată s-a realizat prin introducerea

acestora în soluţie de hidroxid de potasiu (KOH) şi soluţie de acid clorhidric (HCl). Soluţia de

hidroxid de potasiu a fost utilizată în două concentraţii - KOH 30 g/l şi KOH 100 g/l, iar soluţia

de acid clorhidric în concentraţii de 3 % şi 18 %. Încercările pentru studierea rezistenţei

materialului la agenţii chimici4 au fost realizate pe două epruvete din fiecare reţetă de beton (E2 şi

BCPOL2) pentru fiecare concentraţie în parte .

Expunerea probelor de betonul cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren la

acțiunea accelerată a hidroxidului de potasiu (KOH) și a acidului clorhidric (HCl) a arătat

urmatoarele:

▪ probele supuse la acțiunea soluțiilor de KOH de 30 g/l și 100 g/l nu au prezentat degradări

vizibile, care să afecteze piatra de ciment, doar mici pierderi de masă datorită degradării

unui strat subțire de la suprafața probei;

▪ probele supuse la acțiunea soluției de HCl de 3 % nu au prezentat degradări vizibile, doar

o ușoară colorare a suprafeței și a granulelor de polistiren și mici pierderi de masă datorită

desprinderii unor granule de polistiren;

▪ probele supuse la acțiunea soluției de HCl de 18 % s-au caracterizat prin degradări

importante la nivelul pietrei de ciment care a fost distrusă prin macerare iar betonul a

devenit sfărâmicios;

▪ ţinând cont de de faptul că metoda de încercare este agresivă ca durată și concentrație, (12

zile şi concentraţii foarte mari ale agenţilor chimici: HCl şi KOH, de altfel foarte agresivi

chimic) putem aprecia că betonul cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren se

comportă bine la acțiunea agenților chimici;

▪ conform SR EN ISO 10545-13:2017 pentru soluţiile de HCl 3 % şi KOH 30 g/l (deci

concentraţi mici - L), betonul cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren se

încadrează în clasa superioară LA(V), care prevede că nu există efecte vizibile. Pentru

soluţiile KOH 100 g/l (deci concentraţii mari - H), betonul cu cenușă de termocentrală și

3 Polistirenul expandat fiind neutru din punct de vedere chimic, prezinta urmatoarle însușiri: rezistență bună la săruri, apă, calcar,

bitum, soluții alcaline și acizi diluați. Este sensibil la agenți agresivi precum: acetone, izopropinat, benzene, toluene, etc. 4 Conform SR EN ISO 10545 – 13:2001, s-a considerat utilă studierea rezistenței materialului la agenții chimici cei mai agresivi,

în două concentrații diferite.

27

granule de polistiren se încadrează în clasa superioară HA(V), care prevede că nu există

efecte vizibile, iar pentru soluțiile de HCl 18 % l (deci concentraţii mari - H), betonul cu

cenușă de termocentrală și granule de polistiren se încadreaza în clasa HC(V) care prevede

pierderea parțială sau completă a aspectului original.

4.5.2 Determinarea rezistenței la îngheț-dezgheț (gelivitate)

Pentru determinarea rezistenței la îngheț-dezgheț a betoanelor experimentale cu granule de

polistiren folosite ca înlocuitor de agregat s-a folosit metoda distructivă. În acest scop au fost

confecționate epruvete de formă cubică cu latura de 100 mm confecționate în conformitate cu

SREN 12390-2/2002.

Pentru verificarea gradului de gelivitate G50 epruvetele sunt supuse la 50 cicluri de ingheț-

dezgheț, după care se determină rezistența la compresiune și se compară cu cea a martorului.

Table 4.5 Rezultatele încercărilor la îngheț-dezgheț

Proba Pierderea rezistenței la compresiune ƞ %

BCPOL40 14,38

BCPOLM60 17,74

E2 13,05

E7 3,18

În urma ciclurilor de îngheţ- dezgheţ betoanele cu cenușă de termocentrală și granule de

polistiren au suferit pierderi de rezistenţă la compresiune cuprinse între 3,18 % și 17,74 %, iar

înainte de încercarea la compresiune, epruvetele au fost examinate cu ochiul liber și nu s-au

constatat deformări, umflături, fisuri, crăpături, exfolieri sau delaminări. Toate probele prezintă o

bună comportare la îngheț - dezgheț, scăderea de rezistență la compresiune fiind pentru toate

tipurile de beton experimental sub 25 %. Gelivitatea betoanelor experimentale este G50.

4.5.3 Concluziile studiului experimental

Punerea în operă şi compactarea betonului cu adaos de polistiren este mai dificilă deoarece

tehnica uzuală de compactare prin vibrare nu funcţionează la fel de bine ca în cazul betoanelor

cu agregate grele [29] [30]. Acest aspect a fost observat şi în timpul realizării epruvetelor pentru

acest studiu experimental. Atunci când amestecul este vibrat prea mult, polistirenul, datorită

densităţii foarte mici, se ridică la suprafaţă, ceea ce conduce la un amestec neomogen.

Testele efectuate până acum sugerează că betonul de ciment cu adaos de agregate din

polistiren poate fi folosit cu succes în elemente de construcţie fără rol structural (pereţi de

compartimentare, panouri prefabricate pentru închideri exterioare sau sisteme modulare fixate pe

structuri auxiliare).

28

4.6 Blocuri din beton cu goluri - tehnologia de turnare

4.6.1 Realizarea blocurilor din beton

S-au turnat probe de blocuri cu următoarele rețete de betoane cu adaosuri: beton cu cenușă

de termocentrală folosită ca inlocuitor de ciment în proporție de 10 % si granule de polistiren care

înlocuiesc nisipul în proporție de 40 % (notat BCPOL40) și beton cu cenușă în același dozaj dar

sortul 4-8 mm a fost înlocuit cu granule de polistiren în proporție de 60 % (notat BCPOLM60).

Figura nr. 4.4: Forma în plan a cofrajului / vederea axonometrică a cofrajului pentru blocul cu

două goluri

4.6.2 Comportarea blocurilor din beton cu granule de polistiren la compresiune

În conformitate cu rezultatele din tabelul nr. 4.6, constatăm că cele mai ridicate valori ale

rezistențelor la compresiune s-au obținut pentru blocul cu două goluri din beton la care s-a

substituit agregatul sort 4 - 8 mm, BCPOLM60.

Blocul cu trei goluri din beton la care s-a substituit 40 % din agregatul sort 0 - 4 mm

(BCPOL40) a prezentat cea mai scăzută valoare a rezistenței la compresiune. In concordanță cu

indicativ GPE 102-04 [31] rezistența minimă la compresiune este de 7 N/mm2, condiție satisfacută

de blocurile cu două goluri din BCPOL40 și BCPOM60 și de blocul cu trei goluri din BCPOLM60.

Figura nr. 4.5: Forma în plan a cofrajului / vederea axonometrică a cofrajului pentru blocul

cu trei goluri

29

Prin comparație cu alte tipuri de blocuri, de exemplu cele din BCA (beton celular

autoclavizat) la care rezistența minimă este de 2.5 N/mm2, blocul cu trei goluri din BCPOL40 are

o rezistență la compresiune mai mare (6.27 N/mm2) și în consecință poate fi utilizat pentru

realizarea pereților despărțitori (autoportanți) [32].

În comparație cu blocurile ceramice utilizate la scară largă în construcții pentru realizarea

pereților structurali (de exemplu blocuri ceramice tip Porotherm 25/30), valoarea rezistenței la

compresiune este mai scazută cu aproximativ 35 %.

Tabel nr. 4.6: Rezultate mecanice determinate experimental pentru blocurile din beton cu goluri

Nr.

Blocuri cu goluri

Dimensiuni

mm

Forța

maximă kN

fchb1

N/mm2

fchb2

N/mm2

fthb1

N/mm2

fthb2

N/mm2

1 BCPOL40 cu 2 goluri 290 x 240 x 135 602,25 8,65 10.60 3.55 1.18

2 BCPOL40 cu 3 goluri 365 x 190 x 155 435,15 6,27 7,75 1,93 0.81

3 BCPOLM60 cu 2 goluri 290 x 240 x 135 740,32 10,64 13,03 4.36 1.46

4 BCPOLM60 cu 3 goluri 365 x 190 x 155 504,00 7,26 8.98 2.23 0.94

Valorile rezistențelor la întindere prin despicare fthb sunt apropiate pentru toate tipurile de

blocuri cu granule de polistiren, la blocurile cu trei goluri acestea fiind mai mici (cu aproximativ

50 %) comparativ cu blocurile cu doua goluri.

Analizând rezistența la întindere în funcție de aria netă, se constată că aceasta reprezintă în

jur de 12 – 14 % din rezistența la compresiune. Astfel la blocul BCPOL40 cu 2 goluri rezistența

la întindere reprezintă 13,6 %, la blocul cu trei goluri de 12,92 %, la blocul cu doua goluri din

BCPOLM60 de 13,7 % și la blocul cu trei goluri din BCPOLM60 de 12,9 %.

La încercarea la compresiune toate tipurile de blocuri au cedat gradual, prin formarea de

fisuri paralele cu direcția de acțiune a încărcării. Cele mai degradate zone au fost cele din

apropierea golurilor verticale, umplute sau nu cu polistiren. Ruperea a fost ductilă până la

degradarea completă a probei.

4.6.3 Simularea numerică a încercării la compresiune a blocurilor

Analiza numerică s-a făcut cu programul ATENA, un program utilizat pentru simularea

comportării elementelor și structurilor din beton.

Pentru introducerea datelor de intrate au fost utilizate caracteristicile mecanice obținute pe

cale experimentală referitoare la betonul cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren:

BCPOL 40 (BCPOL2) și BCPOLM60 (BCP3).

Programul, permite realizarea de analize neliniare utilizând diagrama caracteristică a

materialului obținută în laborator, figurile 4.7 și 4.8. Distribuția eforturilor obținută cu analiza

FEM este prezentată în aceleași figuri. Modul de fisurare corespunde cu zonele în care eforturile

de întindere au depășit rezistența la întindere a betonului. Corelația dintre simularea numerică și

încercarea experimentală a fost corespunzătoare, erorile situându-se sub valoarea de 10 %.

30

▪ BC POL 2 (BCPOL40)

Figura nr. 4.5: Distribuția eforturilor obținută cu analiza FEM pentru blocul BCPOL40

▪ BCP3 (BCPOLM60)

Figura nr. 4.6: Distribuția eforturilor obținută cu analiza FEM pentru blocul BCPOLM60

4.6.4 Concluzii asupra comportării blocurilor

▪ blocul cu două goluri verticale din beton la care s-a substituit agregatul sort 4 - 8 mm,

(BCPOLM60) a prezentat cele mai ridicate valori ale rezistenței la compresiune axială.

▪ blocul cu trei goluri verticale la care s-a substituit agregatul sort 0 – 4 mm (BCPOL40) a

prezentat cea mai scăzută valoare a rezistenței la compresiune;

▪ toate tipurile de blocuri au rezistențe la compresiune mai mari decât blocurile de BCA.

▪ blocurile se pot utiliza pentru realizarea pereților autoportanți.

▪ valorile rezistențelor la întindere prin despicare au fost influențate de numărul de goluri;

astfel la blocurile cu trei goluri aceste valori au fost mai mici.

▪ cedarea blocurilor cu goluri s-a făcut gradual, ruperea fiind ductilă până la completa

degradare a probei.

0

500

1000

0 2 4

Forc

e [

kN]

Displacement [mm]

0

200

400

600

0 1 2

Forc

e [

kN]

Displacement [mm]

0

200

400

600

800

0 5Fo

rce

[kN

]

Displacement [mm]

0

200

400

600

0 1 2

Forc

e [

kN]

Displacement [mm]

31

Capitolul 5 | EFICIENȚA ENERGETICĂ A LOCUINȚELOR SOCIALE CARE

UTILIZEAZĂ BETONUL DE CIMENT CU CENUȘĂ DE TERMOCENTRALĂ ȘI

GRANULE DE POLISTIREN. STUDIU DE CAZ

Urmărind principiile de proiectare şi realizare a construcţiilor descrise în capitolele

anterioare, ne propunem să identificăm câteva soluţii optime de unităţi de locuit realizate din

elemente spaţiale modulare (modul complet sau subansambluri), care prin repetare şi diferite tipuri

de asociere pot genera tipologii de locuire şi configuraţii volumetrice diverse.

Dacă în acest demers includem trăsăturile definitorii ale locuinţelor sociale (eficienţă din

punct de vedere economic în execuţie şi exploatare) şi obligaţia de a utiliza în mod raţional terenul

în aşezările urbane, considerăm că cercetarea propusă trebuie să se axeze pe agregări de locuinţe

colective mici sau locuinţe semicolective de densitate mare.

Mai trebuie menţionat faptul că în contextul actual marcat de preocuparea pentru

conservarea resurselor materiale, teritoriale şi combaterea modificărilor climatice, eficienţa

energetică reprezintă o caracteristică definitorie pentru acest tip de clădiri. În aceste condiţii

utilizarea unor materiale de tipul betonului de ciment cu cenuşa de termocentrală şi granule de

polistiren, care înglobează produse rezultate în urma unor procese industriale şi chiar deşeuri,

răspunde dezideratelor formulate mai sus.

Studiile efectuate în cadrul lucrării au urmărit evaluarea caracteristicilor termotehnice ale

acestui tip de beton cu diferite proporţii între componente, care a stat la baza concepţiei şi execuţiei

unor produse de tip bloc şi panou, utilizabile la realizarea anvelopei locuinţelor sociale. Integrarea

acestora într-un model de locuinţa socială selectat dintr-un set de propuneri şi evaluarea

indicatorilor de performanţă energetică a acestora evidenţiază şi avantajele privind eficiența

energetică a acestui tip de material.

5.1 Conductivitatea termică a betonului de ciment cu cenușă de termocentrală și granule de

polistiren

În funcţie de starea de agregare a materialului analizat există diverse metode de determinare

a conductivităţii termice, analitice sau experimentale:

▪ Metodele analitice se bazează pe calculul proceselor de schimb de căldură și necesită

cunoaşterea distribuţiei temperaturii în spaţiu şi timp. Distribuţia temperaturii se poate

obţine cu ajutorul unor ecuaţii diferenţiale specifice proceselor de schimb de căldură.

Ecuaţiile diferențiale descriu bilanţurile termice (conform cu primul principiu al

termodinamicii) la elementele de volum analizate.

32

▪ Metodele experimentale se bazează pe determinarea fluxului termic între două suprafețe

ale unei probe, expuse la temperaturi diferite. În cazul materialelor solide, cea mai

cunoscută metodă constă în măsurarea diferenţei de temperatură pe feţele unei epruvete

paralelipipedice cunoscând valoarea fluxului termic care o traversează.

5.1.1 Determinarea experimentală a coeficientul de conductivitate termică, , în

[W/m.K]

Pentru betonul experimental cu granule de polistiren, coeficientul de conductivitate termică

λ a fost determinat în cadrul Laboratorului IUSTI “Institut Universitaire des Systèmes Thermiques

Industriels” (UMR 7343) din cadrul Universității Aix din Marsilia, sub îndrumarea dnei Prof. Nora

Chérifa Abid, prin metoda plăcii calde, utilizând un dispozitiv experimental dezvoltat în acest

laborator. Măsurătorile s-au realizat la temperatura camerei după ce epruvetele au fost pregătite

pentru experiment.

Determinarea densitaților pentru probele de material a fost făcută în același Laborator de

Termofizică a Facultății din Marsilia, conform standardelor [33], fiind evaluate câte trei probe

pentru fiecare material / rețetă.

Metoda utilizată în cazul de față constă în măsurarea diferenţei de temperatură pe feţele

unei epruvete paralelipipedice cunoscând valoarea fluxului termic care o traversează. Factorii care

influențează conductivitatea termică determinată experimental sunt, grosimea corpului de probă

(epruvetei), densitatea materialului și gradientul de temperatură.5

Tabel nr. 5.1: Valorile conductivității termice λ, pentru rețetele de beton de ciment cu cenușă de

termocentrală și granule de polistiren determinate experimental

Denumire probă

(rețetă)

Grosime

mm

Densitate

(kg/m3)

Conductivitate termică

(W/m.K)

Capacitate termică

(J/kg.K)

BCPOL40 31.8 1293 0.56 999

BCPOLM60 28.4 2037 0.92 520

E2 28.6 2040 1.17 591

E7 28.7 1882 0.93 583

5.2 Blocuri de beton cu goluri verticale pentru elemnete de anvelopă și caracteristicile

termotehnice rezultate prin simulare numerică

Blocurile pentru zidării din beton cu granule de polistiren, prin alăturare şi suprapunere,

permit realizarea unor elemente de închidere, care din punct de vedere al comportării la transferul

5 Gradientul de temperatură este mărimea vectorială al cărei modul reprezintă viteza de variație pe unitatea de lungime în direcția

creșterii temperaturii.

33

de căldură se încadrează în categoria elementelor neomogene după ambele direcţii. Configuraţia

geometrică şi dimensiunile blocurilor din beton, cu goluri verticale, sunt prezentate în figura 5.1.

Valoarea conductivității termice a blocurilor pentru pereți cu goluri depinde de:

conductivitatea termică a betonului care constituie scheletul solid, materialul cu care sunt umplute

golurile verticale (aer sau polistiren) și de direcția fluxului termic în raport cu poziția golurilor.

Pentru determinarea conductivității termice echivalente au fost utilizate valorile

rezistențelor termice obținute prin simulare numerică cu ajutorul programului de calcul Therm 7.6

care se bazează pe simularea câmpului termic plan în regim staționar, valorile obținute fiind

prezentate în tabelul 5.2.

Tabel nr. 5.2: Caracteristicile termotehnice ale zidăriei din blocuri cu dimensiunile de 240 x 290

mm si 190 x 365 mm, rezultate obținute prin simulare numerică

Cod

Caracteristici bloc

Grosime perete

mm

λ material

W/(m.K)

Rezistență termică

m2k/W

λ echivalent

W/(m.K)

Zidărie din blocuri cu goluri dispuse paralel cu fluxul termic

B1λ1 BLOC CU POLISITIREN 240 0.56 0.7149 0.3357

B2λ1 BLOC CU AER 240 0.56 0.5574 0.4305


B2λ2 BLOC CU AER 240 0.92 0.4311 0.5567


B2λ3 BLOC CU AER 240 1.17 0.384 0.625

Zidărie din blocuri cu goluri dispuse perpendicular pe fluxul termic


B4λ1 BLOC CU AER 290 0.56 0.8051 0.3602


B4λ2 BLOC CU AER 290 0.92 0.6072 0.4776


B4λ3 BLOC CU AER 290 1.17 0.5342 0.5428

Zidărie din blocuri cu goluri dispuse paralel cu fluxul termic


a) b)

Figura nr. 5.1: Vedere axonometrică

a) Blocuri din beton cu granule de polistiren cu goluri verticale 135 x 240 x 290 mm

b) Blocuri din beton cu granule de polistiren cu goluri verticale 155 x 190 x 365 mm

34

B6λ1 BLOC CU AER 190 0.56 0.5021 0.3784


B6λ2 BLOC CU AER 190 0.92 0.3903 0.4868


B6λ3 BLOC CU AER 190 1.17 0.3492 0.5441

Zidărie din blocuri cu goluri dispuse perpendicular pe fluxul termic


B8λ1 BLOC CU AER 365 0.56 0.9745 0.3745


B8λ2 BLOC CU AER 365 0.92 0.7172 0.5089


B8λ3 BLOC CU AER 365 1.17 0.6216 0.5872

Caracteristicile termotehnice ale betonului de ciment cu cenușă de termocentrală și granule

de polistiren, determinate experimental, sunt comparabile cu cele ale betoanelor cu agregate ușoare

(pietriș, tuf calcaros, diatomit etc.) cu densitatea cuprinsă între 1293 – 2040 kg/m3, conductivitatea

termică prezentând valori de 0.56, 0.92, 0.93 si 1.17 W/(m.K) - tabel 5.1.

Zidăria din blocuri din beton cu ciment, cenușă de termocentrală și granule de polistiren cu

goluri verticale pentru pereți, prin dimensiuni și densitatea redusă, prezintă, pe lângă avantajul

reducerii importante a proceselor umede pe șantier și a creșterii ritmului de execuție, și o crestere

a rezistenței termice, în raport cu zidăriile din blocuri de argilă arsă, în special în cazul dispunerii

golurilor normal pe fluxul termic.

Grafic nr. 5.1: Rezistențele termice obținute în funcție de dimensiunile blocurilor, conductivitatea

termică a materialului și poziția golurilor în raport cu fluxul termic

Din punct de vedere al capacității de protecție termică, conductivitatea echivalentă prezintă

următoarele valori, conform datelor din tabel 5.2:

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

R m2k/W

blocuri 240 mm cu goluri dispuse paralel cu fluxul termic

blocuri 290 mm cu goluri dispuse normal pe fluxul termic

blocuri 190 mm cu goluri dispuse paralel cu fluxul termic

blocuri 365 mm cu goluri dispuse normal pe fluxul termic

0,56 - pex 0,56 - aer 0,92 - pex 0,92 - aer 1,17 - pex 1,17 - aer

λ material

35

▪ 0.3357 – 0.625 W/mK în cazul pereților cu grosimea de 240 mm, pentru situația în care

golurile de aer sunt dispuse cu latura lungă paralel cu direcția fluxului termic;


golurile de aer sunt dispuse cu latura lungă paralel cu direcția fluxului termic;


golurile de aer sunt dispuse cu latura lungă perpendicular pe direcția fluxului termic;


golurile de aer sunt dispuse cu latura lungă perpendicular pe direcția fluxului termic.

Figura nr. 5.2: Liniile de flux termic pentru blocurile cu dimensiunile de 240 x 290 mm

a) Golurile dispuse paralel cu liniile de flux

b) Golurile dispuse perpendicular pe liniile de flux

În cazul blocurilor cu goluri verticale dispuse paralel cu fluxul termic, stratul de aer are

conductivitatea termică aproximativ egală6 cu cea a materialului și a fost calculată conform

normelor în vigoare având în vedere următoarele repere: grosimea stratului de aer, direcția și sensul

fluxului termic și valorile normate pentru rezistențele termice ale straturilor de aer neventilate.

Influența termică pozitivă pe care golurile de aer dispuse astfel ar trebui să o producă este mult

diminuată, ceea ce se reflectă și în imaginea liniilor de flux din figura 5.3.

Prin comparație, în cazul blocurilor cu goluri verticale umplute cu polistiren și dispuse

perpendicular pe flux, liniile de flux se îndesesc în dreptul nervurilor din beton și se răresc în

zonele cu polistiren.

Analizând variația rezultatelor în raport cu dimensiunile blocurilor și configurația lor, se

observă că rezistențele termice obținute utilizând materialul cu conductivitatea termică λ = 0.56

W/(m.K) sunt mai mari cu aproximativ 40 % decât cele care utilizeazaă materialul cu

conductivitatea termică cea mai ridicată λ = 1.17 W/(m.K)7 și cu aproximativ 20 % mai mari

raportat la conductivitatea termică medie λ = 0.92 W/(m.K).

6 În cazul golurilor cu grosimea /adâncimea de 110 si 160 mm. 7 Procentul enunțat este calculat prin comparația blocurilor de aceeași grosime, utilizând valorea cea mai mica și cea mai mare

pentru conductivitatea termică a materialului.

a) b)

36

Umplerea golurilor verticale de aer cu polistiren determină o reducere a conductivității

termice echivalente cu 9 – 22 % în cazul dispunerii golurilor cu latura lungă paralel cu direcția

fluxului termic și cu 18 – 27 % pentru situația în care golurile sunt dispuse cu latura lungă normal

pe direcția fluxului termic.

În baza datelor obținute prin simulare numerică și a evaluării caracteristicilor termotehnice

ale betonului, constatăm că din punct de vedere al eficienței termice, cele mai bune rezultate s-au

obținut pentru pereții cu grosimea de 365 mm, din blocuri cu goluri verticale umplute cu polistiren,

realizate conform rețetei BCPOL40. Aceste blocuri prezintă rezistențele termice cele mai ridicate

și implicit conductivitățile termice echivalente cele mai scăzute.

5.3 Panouri pentru elemente de anvelopă din beton de ciment cu granule de polistiren

Pentru valorificarea avantajelor oferite de prefabricare, constând în creşterea ritmului de

execuţie și a reducerii volumului de procese umede pe şantier, a fost propusă o variantă de realizare

a elementelor de anvelopă din elemente sub formă de panouri pline, cu structură omogenă,

configuraţia geometrică și dimensiunile acestora fiind prezentate în figura 5.3. Simularea numerică

realizată în cazul închiderilor din panouri omogene, analizează două tipuri de panouri, singura

diferență fiind grosimea acestora, 200 sau 250 mm.

Figura nr. 5.3: Configurația panourilor omogene prefabricate pentru pereți cu grosimea de 200

sau 250 mm, a) Vedere axonometrică panuri prefabricate, b) Vedere plană panou cu grosimea de

250 mm, c) Vedere plană panou cu grosimea de 200 mm.

a) c)

b)

37

Rezistenţa termică a panorurilor a fost determinată utilizând relația de calcul pentru

structurile omogene (tabel 5.4).

Panourile prefabricate din beton cu adaos de cenuşă de termocentrală și granule de

polistiren pot reprezenta o opțiune viabilă pentru realizarea închiderilor exterioare, în condiţiile

realizării în prealabil a structurii de rezistenţă pentru obiectivul propus. Analizând caracteristicile

mecanice (prezentate în capitolul anterior) pentru cele patru compoziții studiate, concluzionăm că

aceste tipuri de betoane pot fi utilizate doar împreună cu o structură dedicată care să asigure cerinţa

fundamentală de rezistenţă mecanică și stabilitate.

Tabel nr. 5.3: Rezistența termică a panourilor cu grosimea de 20 si 25 cm

Cod

Caracteristici panou

Grosime perete

mm

λ material

W/(m.K)


m2k/W

Închideri din panouri prefabricate

P1λ1 PANOU 60X300 200 0.56 0.3571

P2λ1 PANOU 60X300 250 0.56 0.4464

P1λ2 PANOU 60X300 200 0.92 0.2174

P2λ2 PANOU 60X300 250 0.92 0.2717

P1λ3 PANOU 60X300 200 1.17 0.1709

P2λ3 PANOU 60X300 250 1.17 0.2137

Modelarea numerică prezentată are ca obiectiv identificarea și validarea celor mai eficiente

soluţii din punctul de vedere al eficienţei termice. Astfel, conform rezultatelor prezentate în tabelul

5.3 coroborat cu rezultatele obţinute pentru blocurile de mici dimensiuni, putem formula

următoarele concluzii:

▪ pentru panourile cu grosimea de 250 mm s-au obţinut rezistenţe termice superioare

panourilor cu grosimea de 200 mm;

▪ rezisteţele termice obținute pentru materialul cu λ = 0.56 W/(m.K) sunt mai mari cu

aproximativ 50%, prin comparație cu materialul cu λ = 1.17 W/(m.K);

▪ din punct de vedere al eficienţei termoenergetice, prin comparaţie între blocurile din beton

și panourile prefabricate din beton, rezultatele mai bune au fost înregistrate în cazul

blocurilor.

5.4 Model de locuință socială

Au fost studiate mai multe modele de locuinţe sociale care răspund unor cerinţe minime de

funcționalitate, confort, costuri de execuţie si eficienţă energetică. Unităţile de locuit realizate

dintr-un modul complet sau din semimodule pot fi dezvoltate pe un singur nivel sau pot fi de tip

duplex, triplex şi prezintă caracteristici geometrice similare.

Posibilități de realizare a locuințelor sociale:

Structuri modulare din elemnete tip tunel sau container;

38

Structuri semi-prefabricate din elemente liniare pentru fundații, stâlpi, grinzi și panouri

pentru planșee. Inchiderile exteiroare pot fi din blocuri mari prefabricate sau blocuri mici de beton

cu cenusa si polistiren.

Structurile prefabricate sunt alcătuite în totalitate din elemente prefabricate, închiderile

fiind realizate din semipanouri sau panouri mari de tip sandwich din beton ușor cu polistiren. La

realizarea pereților din panouri prefabricate modul de îmbinare poate fi de tip lambă și uluc, iar

fixarea de elementele structurale (grinzi de fundații, stâlpi și grinzi superioare) cu ajutorul unor

platbande metalice si sudură să asigure conlucrarea spațială a structurii.

5.4.1 Configurații studiate

Figura nr. 5.4: Module utilizate pentru realizare partiurilor de locuințe sociale

a) Modul M1 3,20 x 7,95 x 3,00 m (modul tip container);

b) Modul M2 (sau semimodul) 3,80 x 2,70 x 3,20 m.

În cadrul tezei s-a studiat posibilitatea realizării locuințelor sociale în sistem semi

prefabricat.

Pentru realizarea locuinţelor și alegerea unei soluţii pentru studiul de caz s-au propus două

module de bază cu dimensiunile în plan de 3,20 x 7,95 mp (modul M1), respectiv 2,70 x 3,80 m

(modul M2), figura nr. 5.4. Dimensiunile propuse pentru cele două module se încadrează în

gabaritul maxim admis fară acorduri speciale de transport (nu sunt transporturi agabaritice) și în

același timp asigură posibilitatea utilizării unor blocuri de dimensiuni reduse fară pierderi sau

incompatibilități de încadrare.

a) M1 b) M2

39

▪ Unități de locuit realizate cu modulul M1

Figura nr. 5.5 Configurații de locuințe realizate utilizând modulul M1, tip container

a) Un modul M1, locuință cu o singură cameră;

b) Două module tip M1 cuplate, locuință cu trei camere;

c) Două module tip M1 cuplate, locuință cu două camere, varianta 1;

d) Două module tip M1 cuplate, locuință cu două camere, varianta 2;

▪ Unități de locuit realizate cu modulul M2

Figura nr. 5.6: Partiuri de locuințe realizate utilizând modulul M2, element structural tip tunel

a) Cinci module tip M2, locuință cu două camere, varianta 1;

b) Cinci module tip M2, locuință cu două camere, varianta 2;

c) Șase module M2, locuință cu trei camere – studiu de caz pentru calculul necesarului de caldura

pentru încalzire și necesarul specific anual;

a) b) c) d)

a) b) c)

40

5.4.2 Descrierea funcțională, structurală și alcătuirea modelului ales pentru studiul de

caz

Modul de organizare al locuinţei alese pentru studiu de caz este subordonat, pe de o parte

criteriilor specifice construcţiilor modulare sau prefabricate și, pe de altă parte, este condiţionat de

aspecte care privesc eficienţa economică (eficienţa în utilizarea materialelor și utilizarea spaţiilor).

Configuraţia geometrică a planului funţional propus este rezultatul alăturării unor module

cu dimensiunile generale de 2.70 x 3.80 m. Modelul de locuință analizat are suprafață utilă de

51,97 m2.

Descrierea funcțională a locuinţei: hol de acces cu suprafața de 4.20 m2, bucătărie cu

suprafața de 7.00 m2, living cu aria de 14.96 m2, hol distribuție cu suprafața de 1.97 m2, baie cu

suprafața de 3.52 m2, dormitor 1 cu suprafața de 8.84 m2, dormitor 2 cu suprafața de 11.48 m2.

Din analiza datelor referitoare la rezistența termică a zidăriilor din blocuri cu goluri și a

panourilor de pereti, se constată că nicio variantă de perete nu satisface condițiile actuale de

rezistență termică minimă necesară reglementată în România (tabelul 5.4) și cu atât mai puțin cele

rezultate din condițiile nZEB.

Tabel nr. 5.4: Extras din Ordinul 2641/2017 privind modificarea și completarea reglementării

tehnice “Metodologie de calcul a performanței energetice a clădirilor” – Rezistențe termice

corectate minime (valori normate)

Element anvelopa Rezistente termice minime

(regelmentari actuale)

[m2K/W]

Rezistente termice nZEB

(propunere la nivel 2020)

[m2K/W]

Pereti exteriori 1,80 2,50

Tamplarie exterioara 0,77 0,9

Plansee peste ultimul nivel 5,00 7,00

Placi pe sol 4,50 4,50

În aceste condiții este necesară introducerea unui material termoizolator în structura

peretelui exterior. Pentru studiul de caz s-a considerat peretele exterior alcătuit din blocuri cu

goluri umplute sau nu cu polistiren și strat termoizolator de 50 mm și de 100 mm din vată minerală,

la care se adaugă finisajele specifice pentru interior și exteior.

5.4.3 Închideri verticale care utilizează blocuri sau panouri din beton cu polistiren

Conform nomativului C107/2005, prin alegerea materialelor de construcții pentru închideri

exterioare, în vederea obținerii unei construcții eficiente din punct de vedere termoenergtic, se

urmărește:

▪ rezistențe termice mai mari decât valorile minime normate pentru economisirea energiei

în etapa de utilizare a construcției și asigurarea unui mediiu interior sănătos și confortabil;

▪ evitarea condensării vaporilor de apă pe suprafața interioară a elementelor de construcție;

41

Stratificația elementelor de construcție utilizate pentru pereții exteriori analizați în studiul

de caz este următoarea: tencuială decorativă pentru exterior, masă de șpaclu și plasa din fibră de

sticlă înglobată, vată minerală bazaltică pentru fațadă de 50 mm sau 100 mm grosime, adeziv

pentru vată minerală, zidărie din blocuri de beton cu polistiren, tencuială interioară pe bază de

ciment.

Figura nr. 5.7: Tipuri de pereți analizați cu termoizolație din vată minerală de 50 sau 100 mm

grosime - a) perete din blocuri de 190 mm grosime cu goluri verticale umplute cu polistiren, a’)

Idem, goluri verticale cu aer, b) perete din blocuri de 240 mm grosime cu goluri verticale umplute

cu polistiren , b’) Idem, goluri verticale cu aer, c) perete din blocuri de 290 mm grosime cu goluri

verticale umplute cu polistiren, c’) Idem, goluri verticale cu aer, d) perete din blocuri de 365 mm

grosime cu goluri verticale umplute cu polistiren, d’) Idem, goluri verticale cu aer.

În figură 5.7 sunt reprezentate grafic tipurile de pereți care pot fi alcătuiți utilizând blocurile

de beton cu granule din polistiren analizate în cadrul cercetării experimentale. Golurile verticale

a)

b)

c)

d)

a')

b')

c')

d')

42

(dispuse paralel sau normal cu fluxul termic) au fost umplute cu material termoizolator, polistiren

sub formă de cofraj pierdut, în cazul pereților din coloana stângă (a, b, c și d) și au fost lăsate libere

în cazul pereților din dreapta (a’, b’, c’, d’). În ceea ce privește grosimea pereților rezultați, factorii

care influențează acest parametru sunt: dimensiunile blocurilor folosite, modul de alcătuire al

peretelui (mai exact dispunerea blocurilor) și grosimea stratului termoizolator (50 sau 100 mm de

vata minerală).

Analizând valorile rezistenţelor termice centralizate în tabelele 5.5 și 5.6 observăm că tipul

de perete d) din figura 5.12 (B7λ1 , B7λ2 , B7λ3 - conform tabelelor) realizat din blocuri de beton

având compoziția specifică rețetei BCPOL40 prezintă valoarea cea mai ridicată în ambele situații

(perete termoizolat cu vată minerală de 50 mm sau 100 mm). Dezavantajul major al acestui tip de

perete îl reprezintă grosimea mare care determină încărcări mari în calculul modelului structural

și mai important, diminuarea suprafețelor utile ale locuinţei.

Rezistențele termice prezentate în tabelul 5.5 relevă faptul că valorile impuse de norme sunt

satisfăcute în situaţia termoizolării pereţilor cu 50 mm de vată minerală bazaltică, doar în cazul

pereților din blocurile B3λ1 și B7λ1, unde materialul utilizat la confecţionarea blocurilor are

conductivitatea termică cea mai scăzută.

Valori foarte bune s-au obţinut pentru pereţii de tip c) din figura 5.7, în ambele cazuri

analizate. Pe lângă rezistența termică foarte bună pereţii tip B3λ1 sau b) prezintă şi avantajul unui

raport foarte bun între eficiența în consumul materialelor, eficienta termică şi confortul asigurat de

suprafaţa utilă optimă a locuinţei.

Tabel nr. 5.5: Rezistențele termice specifice pentru pereții locuinței studiate, termoizolați cu 50

mm de vată minerală (λ = 0.56 , λ = 0.92 si λ = 1.17 W/(m.K) )

Cod

λ1

Rezistența termică

perete [m2k/W]

Cod

λ2


perete [m2k/W]

Cod

λ3


perete [m2k/W]

Rezistențe termice închideri exterioare – pereți termoizolați cu 50 mm vată minerală

B1λ1 1.6283 B1λ2 1.4538 B1λ3 1.3951

B2λ1 1.4976 B2λ2 1.3927 B2λ3 1.3537

B3λ1 1.9514 B3λ2 1.6822 B3λ3 1.5846

B4λ1 1.7032 B4λ2 1.5389 B4λ3 1.4783

B5λ1 1.5409 B5λ2 1.3992 B5λ3 1.3520

B6λ1 1.4517 B6λ2 1.3589 B6λ3 1.3248

B7λ1 2.1279 B7λ2 1.7812 B7λ3 1.6580

B8λ1 1.8438 B8λ2 1.6302 B8λ3 1.5509

P1λ1 1.3313 P1λ2 1.2154 P1λ3 1.1768

P2λ1 1.4054 P2λ2 1.2604 P2λ3 1.2123

Majorând grosimea stratului termoizolator la 10 cm, condiția de rezistență minimă necesară

este îndeplinită pentru toate tipurile de blocuri, conform datelor din tabelul 5.5, cea mai mare

valoare obținându-se în cazul peretelui cod B7λ1, respectiv pentru peretele din blocuri de beton de

43

365 mm grosime, din betonul cu conductivitatea termică λ = 0.56 W/(m.K), cu golurile dispuse

normal pe fluxul termic, umplute cu polistiren. Astfel, se observă aportul pe care suplimentarea

termoizolației cu înca 50 mm o are în calculul rezistențelor termice pentru pereți. În tabelul 5.6

putem identifica șapte tipuri de pereți care îndeplinesc și condițiile ce urmează a intra în vigoare

până în anul 2020, rezistența termică > 2,50 m2k/W.

Tabel nr. 5.6: Rezistențele termice specifice pentru pereții locuinței studiate, termoizolați cu 100

mm de vată minerală (λ = 0.56 , λ = 0.92 si λ = 1.17 W/(m.K) )

Cod

λ1


perete [m2k/W]

Cod

λ2


perete [m2k/W]

Cod

λ3


perete [m2k/W]

Rezistențe termice închideri exterioare – pereți termoizolați cu 100 mm vată minerală

B1λ1 2.4929 B1λ2 2.3184 B1λ3 2.2597

B2λ1 2.3622 B2λ2 2.2573 B2λ3 2.2182

B3λ1 2.8160 B3λ2 2.5468 B3λ3 2.4492

B4λ1 2.5678 B4λ2 2.4035 B4λ3 2.3429

B5λ1 2.4055 B5λ2 2.2638 B5λ3 2.2166

B6λ1 2.3163 B6λ2 2.2235 B6λ3 2.1894

B7λ1 2.9925 B7λ2 2.6458 B7λ3 2.5227

B8λ1 2.7084 B8λ2 2.4948 B8λ3 2.4154

P1λ1 2.1959 P1λ2 2.0800 P1λ3 2.0414

P2λ1 2.2700 P2λ2 2.1250 P2λ3 2.0769

5.4.4 Influența punților termice asupra rezistențelor termice a pereților. Verificarea

riscului de condens

Comportarea elementelor de închidere la transferul de caldură este influențată de prezența

punților termice. Acestea sunt generate de discontinuități fizice sau geometrice caracterizate prin

intensificarea fenomenului de transfer, respectiv prin scăderea temperaturii superficiale și anumite

situații, apariția riscului de condens.

Stabilirea valorii transmitanței termice lineare, ψ, implica simularea câmpului termic plan

în zonele de discontinuitate fizică sau geometrică. În acest scop a fost utilizat programul Therm

7.6 în care s-au introdus următorii parametri de calcul:

▪ temperaturile de calcul: Ti = 22°C (temperatura interioară) si Te = -15°C (temperatura

exterioară).

▪ modelul geometric la scară pentru fiecare variantă analizată (pereti din panouri prefabricate

și pereți din blocuri de 290 mm, în varianta cu termoizolație de 100 mm și varianta fără

termoizolație);

▪ valorile λ pentru materialele utilizate în calculul numeric, conform datelor din tabelul 5.7;

Tabel nr. 5.7: Valori ale coeficientului de conductivitate termică pentru materialele utilizate în

compoziția pereților

44

Nr. Material

Grosime material

mm

Conductivitate termica

material W/(m.K)

1. Blocuri cu goluri verticale umplute cu polistiren 290 Λ echivalent 0,2626

2. Blocuri cu goluri verticale fără polistiren 290 Λ echivalent 0,3602

3. Panouri din beton cu granule de polistiren 250 0,56

4. Tencuială pe bază de ciment (interior) 15 0,95

5. Adeziv pentru vată minerală 5 0,08

6. Vată minerală 100 0,035

7. Tencuială decorativă pentru exterior 10 0,70

8. Beton structura de rezistență 250 / 300 1,60

Relația de determinare a transmitanței termice liniare, ψ, este:

𝜓 =𝜙

𝛥𝑡−

∑𝑈

𝑙p [W/(m.K)], (5.4)

în care: ϕ – fluxul termic aferent suprafeței, coeficient calculat de programul Therm;

Δt – diferența de temperatură Δt = (Ti-Te);

∑U – coeficientul de transfer termic;

lp – lungimea punții termice liniare considerată în simulare.

Simularea numerică a câmpului termic plan permite și verificarea riscului de condens

superficial pe baza următoarelor criterii:

Tsi, min > Tr [°C]

fR,si min > 0,8

în care: Tsi,min – valoarea minimă a temperaturii superficiale °C;

Tr – temperatura punctului de rouă;

fR,si – factorul temperaturii superficiale determinat cu relația;

𝑓R, si =𝑇𝑠𝑖−𝑇𝑒

𝑇𝑖−𝑇𝑒 [W/(m.K)], (5.5)

Au fost efectuate simulări numerice pentru următoarele tipuri de punți termice în diferite

variante ale elementelor de închidere: punte termică verticală colț ieșind, punte termică perete

exterior cu perete interior, punte termică orizontală – intersecție perete exterior – acoperiș terasă,

punte termică orizontală – intersecție perete exterior – placă pe sol, punte termică perete – ramă

tâmplărie.

Pentru exemplificare sunt prezentate rezultatele simularilor pentru puntea termică verticală,

colț ieșind, în următoarele variante de alcătuire a pereților exteriori:

a) Perete exterior din blocuri de beton cu granule din polistiren, 290 mm grosime, cu goluri

verticale dispuse normal pe fluxul termic, umplute cu aer sau cu polistiren, fără

termoizolație, figura 5.8.

45

Figura nr. 5.8: Rezultatele simulării numerice pentru puntea termică verticală – colț ieșind – la

pereți din blocuri de 290 mm, fără termoizolație, a) cu goluri verticale umplute cu polistiren, b)

goluri verticale cu aer.

b) Perete exterior din blocuri de beton cu granule din polistiren, 290 mm grosime, cu goluri

verticale dispuse normal pe fluxul termic, umplute cu aer sau cu polistiren și termoizolație

din vată minerală 100 mm grosime, figura 5.9.

1 | izoterme 2 | linii de flux

a)

b)

a)

Ψ = 0,2663 W/m

tsi min = 15,8°C

frsi = 0,82

Ψ = 0,3436 W/m

tsi min = 14,3°C

frsi = 0,79

Ψ = 0,0742 W/m

tsi min = 18,1°C

frsi = 0,96

46

Figura nr. 5.9: Rezultatele simulării numerice pentru puntea termică verticală – colț ieșind – la

pereți din blocuri de 290 mm, termoizolați cu vată minerala 100 m grosime, a) cu goluri verticale

umplute cu polistiren, b) goluri verticale cu aer.

c) Panouri omogene cu grosimea de 240 mm grosime cu și fără termoizolație din vată

minerală 100 mm grosime, figura 5.10.

Figura nr. 5.10: Rezultatele simulării numerice pentru panourile omogene cu grosimea de 250

mm cu și fara termoizolație, a) perete termoizolat cu vată minetala 100 mm, b) perete fară

termoizolație.


b)


Ψ = 0,0907 W/m

tsi min = 17,9°C

frsi = 0,82

Ψ = 0,0864 W/m

tsi min = 19°C

frsi = 0,91

a)

b)

Ψ = 0,2394 W/m

tsi min = 13,4°C

frsi = 0,8

47

În urma prelucrării datelor obținute prin simulare numerică se constată:

▪ reducerea valorii transmitanței termice liniare odată cu creșterea rezistenței termice atât la

pereții din blocuri cu goluri cât și la cei din panouri; astfel la peretele cu cea mai mica

rezistență termică (panoul fără termoizolație) ψ = 0,2394 W/m iar la peretele din blocuri de

290 mm cu goluri umplute cu polistiren si termoizolațtie din vată minerală ψ = 0,0742 W/m;

▪ pentru condițiile de microclimat interior luate în calcul (Ti = +22°C și Te = -15°C) nu există

risc de condens superficial, temperatura minimă înregistrată pentru panouri fără

termoizolație fiind mai mare decât temperatura punctului de rouă tr;

Tsi min = 13,4°C > 9,2°C = Tr

▪ factorul temperaturii superficiale frsi, calculat prezintă valori mai mari de 0,8 ceea ce

confirmă cele constatate anterior.

5.5 Evaluarea indicatorilor de eficiență energetică pentru modelul studiat

Au fost considerate în calcul valorile rezistenţei specifice corectate cu influenţa punţilor

termice pentru pereții exteriori termoizolați cu 50 mm vată minerală bazaltică pentru toate cazurile

și pereți termoizolați cu vată minerală bazaltică de 100 mm în cazul pereților cu rezultatele cele

mai bune.

Necesarul anual de căldură și necesarul specific anual au fost evaluate conform

metodologiei de calcul a performanței energetice a clădirilor MC001-2005 (tabel 5.8). Au fost

luate în considerare valorile rezistenţelor specifice corectate ținând cont de influența punților

termice. Cea mai mică valoare a necesarului specific anual de energie pentru încălzire se obține

pentru peretele din blocuri de 365 mm grosime cu conductivitatea materialului λ = 0.56 W/(m.K).

Tabel nr. 5.8: Necesarul de energie pentru încălzire, pereți termoizolați cu 50 mm vată minerală

(λ material 0.56 W/(mK))

Cod


m2k/W

Necesarul de caldură

Q [W]

Necesarul specific anual

q inc [KWh/m2.an]

B1λ1 1.6283 4266.6 82.05

B2λ1 1.4976 4417.1 84.94

B3λ1 1.9514 3982.8 76.59

B4λ1 1.7032 4191.3 80.60

B5λ1 1.5409 4363.83 83.92

B6λ1 1.4517 4475.1 86.06

B7λ1 2.1279 3866.1 74.31

B8λ1 1.8438 4066.3 78.20

P1λ1 1.3313 4648.9 89.40

P2λ1 1.4054 4538.7 87.28

Pentru creșterea protecției termice în vederea respectării condițiilor nZEB s-a luat în calcul

și termoizolarea pereților cu 10 cm de vată minerală. Rezultatele obținute pentru fiecare tip de

48

perete sunt centralizate în tabel 5.9. Observăm că valorile cele mai scazute pentru necesarul de

energie pentru încălzire au fost obținute în cazul peretilor realizați din blocuri de zidărie având

compoziția specifică rețetei BCPOL40 (conductivitatea termică a materialului λ = 0,56 W/(mK)).

Astfel, pentru pereții cod B3λ1, B4λ1 (pereți din blocuri de 290 mm, cu goluri verticale umpute

sau nu cu polistiren), respectiv B7λ1, B8λ1, B7λ2 (pereți din blocuri de 365 mm) s-au obținut în

urma simulărilor numerice, valori ale necesarului specific anual sub valoarea de q inc = 70

[KWh/m2.an].

Tabel nr. 5.9: Necesarul de energie pentru încălzire, pereți termoizolați cu 100 mm vată minerală

(λ material 0.56 W/(mK))

Cod


m2k/W

Necesarul de căldură

Q [W]

Necesarul specific anual

q inc [KWh/m2.an]

B1λ1 2.4929 3672.2 70.62

B2λ1 2.3622 3734.1 71.81

B3λ1 2.8160 3543.7 68.15

B4λ1 2.5678 3639.5 69.99

B5λ1 2.4055 3712.8 71.40

B6λ1 2.3163 3757.5 72.26

B7λ1 2.9925 3485.3 67.03

B8λ1 2.7084 3583.1 68.91

P1λ1 2.1959 3823.6 73.53

P2λ1 2.2700 3782.1 72.73

Grafic nr. 5.2: Influența suplimentării termoizolației asupra necesarului de căldură, în cazul

închiderilor realizate din blocuri cu λ material = 0.56 W/(mK)

În graficul 5.2 sunt prezentate comparativ valorile obținute pentru pereți de același tip, care

utilizează același material (rețeta BCPOL40), diferența fiind dată de grosimea termoizolație

aplicate pe fața exterioară a peretelui, 50 sau 100 mm. Suplimentarea termoizolației cu 50 de mm

conduce la o reducere a necesarului de energie pentru încalzire cuprinsă între 13-17 %.

4.2

66

4.4

17

3.9

83

4.1

91

4.3

64

4.4

75

3.8

64

4.0

66

4.6

49

4.5

39

3.6

72

3.7

34

3.5

44

3.6

40

3.7

13

3.7

58

3.4

85

3.5

83

3.8

24

3.7

82

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

B1λ1 B1λ2 B1λ3 B1λ4 B1λ5 B1λ6 B1λ7 B1λ8 P1λ1 P2λ1

termoizolație 50 mm termoziolație 100 mm

49

5.6 Concluzii cu privire la eficiența termoenergetică a închiderilor din beton cu polistiren

pentru locuințe sociale

Realizarea locuințelor sociale implică, pe lângă satisfacerea cerințelor esențiale specifice

clădirilor și îndeplinirea unor criterii de ordin economic referitoare la costurile materialelor,

tehnologia de execuție și, nu în ultimul rând, eficiența energetică, aspect care influențează

semnificativ costurile de exploatare. Betonul de ciment cu cenușă de termocentrală și granule de

polistiren răspunde acestor criterii, fiind un material ieftin care înglobează deșeuri și produse

rezultate din arderea combustibililor fosili. Poate fi utilizat la realizarea unor materiale de

construcții sub formă de blocuri sau panouri de dimensiuni reduse, cu caracteristici termice

superioare în raport cu produse tradiționale similare, care pot fi folosite drept componente ale

elementelor de anvelopă.

Caracteristicile termotehnice, respectiv conductivitatea termică a blocurilor din beton cu

cenușă de termocentrală și granule de polistiren, depind de: configurația geometrică și

dimensiunile acestora, de conductivitatea termică a betonului care constituie scheletul solid al

blocului, de materialul cu care sunt umplute golurile (aer sau material izolant) precum și de direcția

fluxului termic în raport cu poziția golurilor.

Conductivitatea termică pentru diferite tipuri de blocuri, obtinută prin simulări numerice

prezintă valori situate în intervalul 0,2626 W/m.K și 0,625 W/m.K, superioare celor caracteristice

blocurilor ceramice pentru zidării și comparabile cu cele ale blocurilor din BCA. Cea mai bună

performanță din punct de vedere energetic o prezintă blocurile de dimensiuni 365 x 190 mm, cu

golurile umplute cu polistiren dispuse cu latura lungă normal pe direcția fluxului termic, cod B7λ1.

Din punct de vedere al eficienței în executie, acest tip de perete prezintă două dezavantaje

importante: un consum ridicat de blocuri pentru realizarea închiderilor datorită dispunerii / zidirii

acestora cu latura scurtă spre interior / exterior și grosimea mare a pereților (365 mm – fara

termoizolație și finisaje) în detrimentul spaţiilor utile ale locuinței.

Panourile de dimensiuni reduse pentru pereţi prezintă caracteristici de eficiență energetică

inferioare blocurilor, dar prezintă avantajul unei execuții mai simple și mai rapide, reducându-se

în felul acesta costul lucrărilor.

Nivelurile de performanţă prevăzute de normele actuale pentru pereții exteriori nu pot fi

atinse pentru soluțiile de pereți executați exclusiv din blocuri sau panouri din beton de ciment cu

cenușa de termocentrală și polistiren, un strat suplimentar din material izolant impunându-se ca

absolut necesar. Analiza efectuată pentru diferite variante de alcătuire constând din zidarie din

blocuri sau panouri asociată cu un strat termoizolant în grosime de 5 sau 10 cm a evidențiat ca

50

optimă structura compusă din blocuri de 240 x 290 mm, cu goluri umplute cu polistiren dispuse

normal pe fluxul termic și strat termoizolant de 10 cm grosime.

În vederea analizării eficienţei energetice a materialelor și produselor studiate au fost

propuse două module de locuințe economice sub aspectul amprentei la sol, care pot fi folosite

pentru realizarea de locuințe sociale în sistem duplex sau triplex.

Un studiu de caz efectuat pe un asemenea model, ale carui elemente de închidere sunt

prevăzute a fi executate cu diferite alcătuiri analizate în lucrare, conduce la concluzia că aceste

module realizate cu elemente de închidere verticale din blocuri sau panourile studiate prezintă

valori ale necesarului de energie pentru exploatare mai mici de 100 kWh/m2an, ceea ce corespunde

cerințelor derivate din Directiva Europeană privind eficiența energetică a clădirilor.

Simularea câmpului termic plan în zonele de punte termică a permis determinarea valorilor

transmitanței termice liniare pentru tipurile de punți caracteristice și utilizarea acestora pentru

determinarea rezistențelor termice corectate. Se constată deasemenea, că pentru situația cea mai

defavorabilă (punte termică verticală – colţ ieșind) nu apare risc de condens superficial, valorile

minime de temperatură fiind superioare temperaturii punctului de rouă, iar valoarea factorului

temperaturii superficiale fiind mai mare de 0,8.

Este posibilă chiar satisfacerea în viitor a criteriilor nZEB dacă se apelează la sisteme de

valorificare a surselor regenerabile de energie sub formă de panouri solare, fotovoltaice, biomasă

etc.

51

Capitolul 6 | CONCLUZII, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI DIRECȚII

VIITOARE DE CERCETARE

6.1 Concluzii finale

Concluziile care se desprind din cuprinsul lucrării, funcţie de aspectele relevante la care se

referă, pot fi grupate după cum urmează:

6.1.1 Locuința socială, caracteristici, tendințe

Locuința socială este o locuinţă de care pot beneficia în regim de închiriere persoane sau

familii a căror situaţie economică nu le permite accesul la o locuinţă în proprietate sau închirierea

unei locuinţe în condiţiile pieţei. Sunt incluse în aceasta categorie locuinţele dezvoltate de către

stat prin fonduri guvernamentale, agenţii, grupuri comunitare sau firme şi organizaţii nonprofit

prin fonduri neguvernamentale, ca aplicare a unor măsuri de protecţie socială.

Pentru a răspunde prin mijloace eficiente la cerința tot mai mare de locuințe sociale, trebuie

identificate prin cercetări extinse posibilele tendințe din mediul social (sărăcie, migrația), precum

și mijloacele de realizare, respectiv resursele materiale, cheltuielile de proiectare și execuție,

costurile de exploatare și impactul asupra mediului.

După intrarea în vigoare a Tratatului de la Lisabona, Carta fundamentală a drepturilor,

inclusiv dreptul la ajutor pentru locuințe a devenit parte a politicilor juridice al UE, urmărind

atingerea următoarelor obiective8:

▪ creşterea ofertei de locuinţe la preţuri accesibile;

▪ consolidarea coeziunii sociale în ceea ce priveşte statutul socio-economic al populaţiei.

Dar, deşi toate statele membre ale UE susţin politicile referitoare la "accesul la locuinţe

confortabile şi accesibile din punct de vedere economic este un drept şi o necesitate

fundamentală"9, statisticile indică faptul că aproximativ 3 milioane oamenii din Europa nu au acces

la locuințe care să asigure condiţiile minime de confort.

Atingerea acestor obiective este posibilă numai printr-o abordare complexă a problematicii

locuințelor sociale, integrând:

▪ proiectarea pe bază de modulare care să permită un anumit grad de repetitivitate și

flexibilitate a partiului pentru a răspunde diversităţii cerintelor, evitându-se în acelaşi timp

8 IZA – Institute for the Study of Labor, Braga, M., Palvarini, P., Social Housing in the EU, Directorate General For internal

Policies, Policy Department A: Economic and Scientific Policy, European Parliament 9 Directorate General for Employment, Social Affairs and Equal Opportunities Units E2 and E4, Joint Report on Social Protection

and Social Inclusion 2010, European Commission, 2010.

52

aspectul monoton și tern caracteristic blocurilor de locuințe minimale din perioada

anterioară;

▪ reducerea costurilor de execuţie prin utilizarea unor materiale ieftine și a unor tehnologii

adecvate, un anumit nivel de prefabricare fiind absolut necesar.

6.1.2 Materiale și tehnologii cu impact minim asupra mediului

Transpunerea în practică a obiectivelor vizând realizarea locuințelor sociale la nivel

european și național poate fi realizată numai ţinând cont de principiile conţinute în conceptul de

Dezvoltare Durabilă care presupune considerarea tuturor aspectelor vizând conservarea și protecția

mediului, de la utilizarea rațională a resurselor naturale, la reducerea emisiilor de gaze cu efect de

seră și la gestionarea deşeurilor.

În acest context, utilizarea deşeurilor reciclabile la realizarea unor materiale de construcții

oferă un triplu avantaj constând în reducerea costurilor, reducerea consumului de energie

înglobată, eliberarea unor suprafeţe importante de teren care servesc ca locuri de depozitare a unor

deșeuri industriale, cum este cenușa de termocentrală.

Un material care satisface aceste condiții este betonul de ciment cu cenuşă de termocentrală

și granule de polistiren, analizat în cadrul tezei din punct de vedere al comportării la acțiuni

mecanice și la transferul de căldură.

Determinarea caracteristicilor mecanice ale betonului de ciment cu cenuşă de termocentrală

și granule de polistiren au fost efectuate pe probe prismatice cu dimensiunile de 100 x 100 x 550

mm, cuburi cu dimensiunile de 150 x 150 x 150 mm și cilindri cu diametrul de 100 mm şi înălţimea

de 200 mm. Încercărilor experimentale au avut ca scop determinarea rezistentelor mecanice şi

aprecierea comportării betonului la diferite solicitări. Toate etapele cercetării experimentale

(pregătirea eșantioanelor, prepararea betonului, păstrarea, turnarea și încercarea probelor) s-au

făcut respectând stasurile şi normativele în vigoare.

Încercărilor s-au efectua cu scopul de a identifica rezistențele mecanice convenționale

pentru rețetele propuse:

▪ rezistența la compresiune – principalul criteriu de calitate al betonului

▪ rezistenţa la întindere din încovoiere;

▪ rezistenţa la întindere prin despicare;

▪ și densitatea materialului.

Rezultatele obținute în urma prelucrării statistice a valorilor obținute prin determinări

experimentale au relevat domeniul de aplicabilitate al materialului. Acesta poate fi utilizat cu

succes în elemente de construcție nestructurale.

53

Analiza de tip cantitativ a avut ca scop optimizarea reţetei de beton și a fost efectuată pe

baza unei regresii liniare. Prin utilizarea acestei metodologii am urmărit identificarea unor rețete

de beton de ciment cu agregate din granule de polistiren care să aibă o rezistența mecanică la

compresiune cât mai apropiată de valoarea de 20 mpa.

Încercările de durabilitate ale betonului de ciment cu cenușă de termocentrală și granule de

polistiren au vizat testarea probelor identificate ca fiind eficiente din punct de vedere al

rezistențelor mecanice, la acțiunea agenților chimici agresivi. Studiul coroziunii betonului are rolul

de a evidenția felul în care materialul își menține caracteristicile, sub acţiunea factorilor de mediu.

În cazul de fața apreciem că betonul cu cenușa şi granule de polistiren se comportă bine sub

acțiunea agenţilor chimici.

Rezultatele încercărilor la îngheţ – dezgheţ demonstrează că blocurile de beton cu

polistiren au prezentat un comportare bună, scăderile de rezistentă la compresiune fiind sub 25%.

Realizarea locuințelor sociale presupune costuri de execuție reduse cu tehnologii simple

care să nu reclame un grad ridicat de calificare sau folosirea unor utilaje complicate, consumatoare

de energie. Acest deziderat nu poate fi atins decât apelând la un anumit nivel de prefabricare prin

realizarea unor componente sub formă de blocuri cu goluri şi panouri de dimensiuni reduse.

Utilizarea acestor elemente prezintă avantajul reducerii semnificative a greutății

construcţiei, a unei execuţii simple și a eficienţei termoenergetice superioare în raport cu produse

similare din beton.

6.1.3 Eficiența energetică a locuinţelor sociale la realizarea cărora se folosesc elemente

din beton de ciment cu cenuşă de termocentrală şi granule de polistiren

Eficienţa energetică a unei clădiri, exprimată prin necesarul de energie pentru asigurarea

unui mediu sănătos și confortabil, este determinată de caracteristicile termotehnice ale materialelor

care intră în alcătuirea elementelor de anvelopă, respectiv de conductivitatea termică a acestora.

Pe baza determinărilor efectuate asupra betonului de ciment cu adaos de cenuşă de termocentrală

și granule de polistiren printr-o metodă bazată pe cunoașterea diferenţei de temperatură între feţele

unei probe și fluxul termic care o traversează, derulate în cadrul Laboratorului IUSTI “Institut

Universitaire des Systèmes Thermiques Industriels” (UMR 7343) din cadrul Universității Aix din

Marsilia, au rezultat valori cuprinse între 0,56 şi 1,17 W/m.K, funcţie de reţetă și, în special, de

conţinutul în granule de polistiren.

Caracteristicile termotehnice ale blocurilor cu goluri și ale panourilor din beton de ciment

cu adaos de cenușă de termocentrală și granule de polistiren au fost determinate prin simulări

numerice ale câmpului termic plan cu ajutorul programului Therm 6. Rezultatele simulărilor au

relevat dependența valorilor conductivităţii termice a zidăriei din blocuri din beton de ciment cu

54

cenuşă de termocentrală și granule de polistiren de: conductivitatea termică a materialului

scheletului solid, de prezenţa aerului sau a polistirenului expandat în blocuri, precum și de poziția

golurilor în raport cu direcţia fluxului termic. Astfel, valorile de conductivitate termică echivalentă

variază în intervalul 0,2626 W/ m.K pentru blocuri cu golurile umplute cu polistiren, dispuse

normal pe direcția fluxului termic și 0,5872 W/ m.K pentru blocuri cu goluri umplute cu aer

dispuse paralel cu direcţia fluxului termic.

O îmbunătăţire semnificativă a caracteristicilor termotehnice a blocurilor din beton cu

goluri s-a obţinut prin completarea golurilor de aer cu polistiren, conductivitatea termică

determinată prin simulare numerică cu ajutorul programului Therm 6 a acestora prezentând valori

cu 20% superioare blocurilor cu aceeaşi configuraţie, dar cu goluri umplute cu aer.

Pentru a răspunde cerinţelor referitoare la costuri reduse de proiectare, execuție și

exploatare relativ la locuințele sociale s-au propus mai multe variante de compoziții arhitecturale?

Sub forma unor module de bază care prin cuplare în diverse moduri să ofere o varietate de rezolvări

capabile să răspundă la nivel optim diversității cerințelor actuale și, în același timp, să permită

modificări și dezvoltări ulterioare. Dimensiunile modulate ale modulelor propuse permit

executarea pereților din blocuri cu goluri sau panouri omogene din beton. Ca urmare a analizei

măsurii în care pot fi satisfăcute cerinţele de protecţie termică și economie de energie s-a constatat

necesitatea utilizării blocurilor și panourilor în cadrul unor structuri stratificate care să includă un

material izolant de mare eficiență. S-a optat pentru vata minerală bazaltică în grosime de 5 și 10

cm ca o componentă a unui termosistem.

Evaluările privind rezistenţa termică specifică a elementelor din beton și termosistemul cu

vată minerală bazaltică au evidenţiat următoarele:

▪ grosimea izolației termice de 50 mm limitează utilizarea blocurilor la execuţia pereţilor

exteriori, numai la sortimentul de blocuri de 365 mm cu golurile umplute cu polistiren și

dispuse normal pe fluxul termic;

▪ prin majorarea la 10 cm a grosimii termoizolaţiei, toate structurile de pereţi exteriori

alcătuite din elemente de beton de ciment cu cenuşă de termocentrală și granule de

polistiren prezintă valori ale rezistenţei termice superioare valorii de 1,8 m2K/W prevăzută

de reglementările actuale ca valoare normată;

▪ în aceste condiţii, alegerea structurii de perete exterior poate fi făcută pe criteriul

consumului anual specific de energie pentru încălzire sau pe alte criterii cum ar fi costurile,

viteza de execuţie sau suprafaţa ocupată la sol;

▪ evaluarea necesarului anual de energie pentru încălzire pentru o configuraţie arhitecturală

compusă din două module conduce la concluzia că aceste module realizate cu elemente de

închidere verticale din blocuri sau panourile studiate prezintă valori ale necesarului de

55

energie pentru exploatare mai mici de 100 kWh/m2an, ceea ce corespunde cerinţelor

derivate din Directiva Europeană privind eficienţa energetică a clădirilor;

▪ în urma simularii câmpului termic plan în zonele de punte termică se constată că nu apare

risc de condens superficial (chiar și în situația cea mai defavorabilă), valorile minime de

temperatură fiind superioare temperaturii punctului de rouă, iar valoarea factorului

temperaturii superficiale fiind mai mare de 0,8.

▪ rezultatele analizei termoenergetice asupra modelului propus atestă posibilitatea satisfacerii

criteriilor nZEB.

6.2 Contribuții personale și direcții viitoare de cercetare

Din punctul de vedere al originalităţii tezei, se remarcă în primul rând tematica cercetării,

de mare actualitate nu numai în ţara noastră, dar şi în întreaga lume. În contextul socio-economic

actual, caracterizat prin urbanizare dar şi marcat de fenomenul migraţiei, locuinţele sociale

realizabile cu costuri reduse de execuţie şi exploatare oferă o soluţie pe termen scurt şi mediu.

Noile tipuri de betoane studiate abordează utilizarea a două tipuri de deşeu în aceeaşi

compoziţie, fapt ce conduce la un consum mai rapid al deşeurilor şi protecţia mai eficientă a

mediului înconjurător. Utilizarea deşeurilor pentru a înlocui agregatele naturale ce se folosesc în

cantităţi relativ mari la producerea betonului, constituie o cale de protejare a resurselor naturale.

În al doilea rând, originalitatea temei constă în efectuarea unor cercetări aprofundate cu

privire la caracteristicile acestor betoane. Au fost determinate nu numai caracteristicile fizico-

mecanice, dar şi cele legate de durabilitate (coroziune, îngheţ - dezgheţ) şi de conductivitate

termică a betonului cât şi a pereţilor din blocuri cu goluri.

Contribuţiile personale se referă la următoarele:

▪ studiu documentar privind evoluția locuințelor sociale, tendinţe actuale în dezvoltarea

acestui sector, poziţionarea în legislaţia europeană și naţională, integrarea în cadrul general

oferit de conceptul de dezvoltare durabilă;

▪ rezultatele experimentale prezentate aduc o contribuţie importantă la lărgirea bazei de date

ştiinţifice în domeniul betoanelor cu deşeuri şi vor contribui la folosirea lor în practica

curentă din domeniul construcţiilor, îndeosebi având în vedere faptul că în compoziţia

acestor betoane se pot folosi mari cantităţi de deşeu, făcându-se totodată economie de

ciment şi agregate naturale;

▪ în baza rezultatelor obţinute experimental au fost realizate blocuri cu goluri, care au fost

studiate din punctul de vedere al capacităţii de rezistenţă ca elemente independente, iar apoi

din punctul de vedere al eficienţei termice, ca parte componentă a zidăriilor;

56

▪ s-au efectuat simulări prin analiză numerică asupra comportării blocurilor cu goluri sub

încărcări;

▪ s-au făcut studii comparative între diverse compoziţii de betoane cu cenuşă şi granule de

polistiren;

▪ s-au realizat optimizări ale compoziţiilor studiate cu programul EViews 6;

▪ elaborarea unor propuneri de module de locuințe care prin cuplare în diverse moduri să

ofere o varietate de rezolvări capabile să răspundă la nivel optim diversității cerințelor

actuale și, în acelaşi timp, să permită modificări și dezvoltări ulterioare. Modulele propuse

sunt realizabile practic prin tehnologii diverse: pornind de la zidărie din blocuri de mici

dimensiuni, la panouri de dimensiuni reduse sau de dimensiunea unei încăperi, până la

elemente spațiale prefabricate;

▪ optimizarea alcătuirii elementelor de închidere din blocuri de beton cu polistiren din punct

de vedere termoenergetic, în vederea obținerii unor consumuri cât mai reduse de energie

primară, aspect evidențiat în studiul de caz;

▪ elaborarea unui studiu documentar la zi privind caracteristicile și domeniul de aplicare a

betoanelor cu granule de polistiren.

Cercetările efectuate în cadrul stagiului doctoral au urmărit şi îndeplinit planul de cercetare

iniţial, reuşind totodată să identifice o serie de noi probleme ce vor trebui studiate. Astfel, se are

în vedere o extindere a cercetărilor asupra acestor tipuri de betoane cu granule de polistiren pentru

o mai bună cunoaştere a tuturor caracteristicilor (cum ar fi cele legate de proprietăţile betonului

proaspăt, deformaţiile în timp, conlucrarea cu armătura, etc.) şi comportării sub sarcini dinamice

sau ciclice, variaţii de temperatură etc, necesare utilizării curente în lucrările de construcţii.

Referitor la preocupările și cercetările viitoare, teza de doctorat va deschide noi direcţii,

cum ar fi:

▪ continuarea cercetărilor în vederea realizării unor blocuri cu goluri care să includă din

fabricaţie un strat de izolaţie termică din polistiren;

▪ aplicarea betonului cu granule de polistiren la realizarea unor elemente sau structuri din

beton structural sau din beton uşor;

▪ studii şi cercetări cu privire la analiza altor caracteristici pentru aceste tipuri de betoane

cum ar fi: protecţia fonică, comportarea la foc, etc;

▪ analiza comportării zidăriilor realizate din blocuri cu goluri mari din beton cu granule de

polistiren sub acţiunea diverselor tipuri de solicitări;

▪ continuarea cercetărilor în vederea dezvoltării unor tehnologii de prefabricare mai avansate,

cu utilizarea elementelor plane de dimensiuni mari și a elementelor spațiale realizate din

57

beton cu polistiren, care să integreze atăt componente cu rol structural cât și materiale de

izolare termică;

▪ continuarea cercetării în vederea optimizării din punct de vedere termoenergetic a

modulelor propuse, incluzând și celelalte elemente de închidere (acoperiș, placă pe sol)

precum și integrarea unor sisteme de valorificare a surselor de energie regenerabilă, având

ca obiectiv satisfacerea criteriilor nZEB privind necesarul de energie primară și amprenta

de CO2;

▪ studiul unor posibilități de agregare a modulelor propuse în unități urbanistice compacte

care să facă posibilă atât prezența unor funcțiuni sociale cât și utilizarea eficientă a unor

sisteme de instalații precum, pompe de căldură, sisteme fotovoltaice etc.

Sintetizând, consider că principala contribuţie personală a autorului tezei de doctorat

constă în urmărirea întregului ciclu de realizare a unei locuinţe sociale pornind de la materialul

de bază, realizarea unor componente pentru elementele de închidere, realizarea elementelor de

închidere, propunerea partiului de arhitectură și evaluarea performanţei energetice a clădirii. În

fiecare etapă soluţia optimă a fost selectată pe baza unei analize complexe și a unui studiu de

optimizare.

6.3 Diseminarea și valorificarea rezultatelor

Cercetările efectuate în cadrul programului doctoral au urmărit să îmbine proiectarea de

arhitectură orientată în scopul realizării unor locuinţe sociale funcţionale și confortabile cu

preocuparea pentru obţinerea de materiale sustenabile care să utilizeze deșeuri industriale şi alte

deșeuri din materiale de construcţie.

Un prim obiectiv al cercetării l-a constituit identificarea unor betoane care au în compoziţie

diverse tipuri de deşeuri, care să conducă la obţinerea unor caracteristici mecanice şi termice

avantajoase faţă de betonul clasic. Betonul experimental trebuia să prezinte un coeficient termic

mai mic decât betonul obişnuit, dar să aibă şi o rezistenţă la compresiune satisfăcătoare din punctul

de vedere al utilizării la lucrări de construcţii. În acest sens, betonul experimental a fost realizat cu

două tipuri de deşeuri: cenuşă de termocentrală şi granule de polistiren. Cenuşa de termocentrală

a substituit 10% din ciment, iar granulele de polistiren au substituit agregatele sort 0 - 4 mm şi 4 -

8 mm în procente cuprinse între 20 % şi 100 %. Acest obiectiv a fost îndeplinit şi ca urmare s-au

obţinut mai multe compoziţii de beton cu un coeficient termic mai mic decât betonul tradiţional.

Un alt obiectiv a fost de a găsi o utilizare simplă, ce se poate industrializa, a acestui tip de

beton. În acest sens au fost concepute blocuri mari cu goluri, cu care se pot executa zidării

neportante, interioare sau exterioare. Tipurile de blocuri cu goluri concepute în cadrul cercetării

prezintă caracteristici mecanice şi termice ce le permit a fi utilizate în lucrările de construcţii.

58

Aceste obiective au fost subordonate aceluia de a concepe locuinţe sociale pe parter, care

se pot realiza din blocuri de beton cu goluri şi care să prezinte o serie de avantaje din punctul de

vedere al costului şi al consumului de energie.

Betoanele cu cenuşă de termocentrală şi granule de polistiren se pot utiliza în diverse

domenii, de la elemente sau structuri din beton (sub formă de betoane nestructurale sau betoane

uşoare), până la elemente decorative. Trebuie avut în vedere şi marele avantaj care se referă la

economia de ciment şi de agregate naturale, protejându-se astfel mediul înconjurător şi resursele

naturale.

Rezultatele cercetărilor din cadrul programului doctoral au fost incluse într-o serie de

articole prezentate la conferinţe sau publicate în diverse jurnale:

1. Marinela Bărbuță, Adrian Alexandru Șerbănoiu*, Costin Cădere, Cătălina Mihaela

Helepciuc, Effects of marble waste on properties of polymer concrete, Conferința

Internațională - Towards a Sustainable Urban Environment (EBUILT-2016), 16-19

noiembrie 2016, Iași.

2. Costin Cădere, Locuințe sociale modulare - sustenabile, limite si oportunitați in contextul

socio-economic contemporan, “Creații universitare 2016”, al IX-lea Simpozion Național

Iași, România, 3 iunie 2016.

3. M. Rujanu, M. Bărbuță, L. Groll, D. Plian, D. Babor*, Costin Cădere, Influence of

aggregate type on the cement concrete, Bulletin of the Transilvania University of Brasov,

Series I, Engineering Sciences, 2016 Special Issue, Vol. 9, p 121-124.

4. Șerbănoiu A.A, Bărbuță M., Burlacu A. , Teodorescu R., Cădere C., Use of Polystyrene

Waste in Concrete, 16th edition National Technical - Scientific Conference, Modern

Technologies for 3rd Millennium, Oradea, march 23-24, 2017, p 251-256.

5. Costin Andrei Cădere*, Marinela Bărbuță, Bogdan Rosca, Adrian Alexandru Șerbănoiu,

Andrei Burlacu, Irina Oancea, Engineering Properties of Concrete with Polystyrene

Granules, 11th International Conference Interdisciplinarity in Engineering, INTER-ENG

2017, Târgu Mureș, 5-6 october 2017, p 288-293.

6. Cădere Costin, Bucur Roxana Dana, Bărbuță Marinela, Ash concrete with polystyrene

waste, Lucrări Ştiinţifice. Seria Agronomie, Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină

Veterinară “ION IONESCU DE LA BRAD”, Iaşi, 61 (1), 2018, 25-28.

59

BIBLIOGRAFIE

[1] Parlamentul României, „Lege nr. 114/1996, Legea Locuinței, actualizată 2011, Anexa 1”.

[2] M. Planvarini, „Social Housing in the EU,” European Parliament, Braga.

[3] S. A. a. E. O. U. E. a. E. Directorate General for Employment, „Joint Report on Social

Protection and Social Inclusion 2010,” European Commission, 2010.

[4] R. P. P. EIR, „Analiză privind locuințele sociale în Romania,” Ministerul Dezvoltarii

Regionale si Administratiei Publice, 2015.

[5] H. Szilagyi, T. Onet, C. Magureanu și O. Corbu, Cimenturi cu adaosuri - reducatori de

energie, Cluj-Napoca: INCD URBAN-INCERC, Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca,

2010.

[6] G. K. Moir și F. P. Glasser, „Mineraliser, Modifiers and Activators in the Clinkering

Process,” 9th International Congress on the Chemistry of Cement, vol. I, p. 125, 1992.

[7] F. W. Locher, „Low Energy Clincher,” 8th International Congress on the Chemistry of

Cement, vol. I, p. 75, 1986.

[8] T. R. Naik și G. Moriconi, „Environmental-friendly durable concrete made with recycled

materials,” CANMET/ACI International Symposium on Sustainable, 2005.

[9] Le Corbusier, Maniere de penser l'urbanisme, Gonthier, 1963.

[10] C. Alpopi, „Locuirea Urbana,” Cercetari practice si teoretice in Managementul Urban,

Theoretical and Empirical Researches in Urban Management, vol. 8, pp. 2-3, 2008.

[11] A. M. Zahariade, „Tipologie de locuire,” UAUIM, 2010-11.

[12] „Energy statistics – Supply, transformation and consumption,” Statistical Office of the

European Union (Eurostat), 2017.

[13] „Energy Efficiency Policies for new Buildings. Energy Efficiency Requirements in

Building Codes,” IEA Information Paper,, 2008.

[14] „Passive solar heating and cooling conference and workshop proceedings,” University of

New Mexico, Albuquerque, New Mexico., 18-19.05.1976.

[15] „2017 World of Modular Annual Convention & Tradeshow,” Modular Building Institute,

[Interactiv]. Available: worldofmodular.org. [Accesat 25 January 2017].

[16] R. Seaker și L. Sang-Hong, „Assessing Alternative Prefabrication Methods: Logistical

Influences, Advances in Engineering Structures, Mechanics & Construction,” Solid

Mechanics and Its Application (SMIA), vol. 140, pp. 607-614, 2006.

[17] „https://en.wikipedia.org/wiki/Prefabricated_home,” [Interactiv].

[18] „https://en.wikipedia.org/wiki/Sears_Catalog_Home,” [Interactiv].

[19] [Interactiv]. Available: https://inhabitat.com/zvi-hechers-hivelike-ramot-polin-housing-

complex-is-an-ambitious-failed-experiment-in-israel/zvi-hecker-ramot-housing-1.

[20] SR EN 12390, Încercări pe beton întărit. Partea 4: Rezistența la compresiune.

Caracteristicile mașinilor de încercare, 2002.

[21] S. E. 1. –. 2. –. 2009, „Încercare pe beton întărit. Partea 2: Pregătirea și păstrarea epruvetelor

pentru încercări de rezistență,” 2009.

60

[22] SR EN 12390, Partea 3: Rezistența la compresiune a epruvetelor, 2009 actualizată 2011.

[23] SR EN 12390, Partea 5: Rezistența la încovoiere a epruvetelor, 2009.

[24] SR EN 12390, Partea 6: Rezistența la întindere prin despicare a epruvetelor, 2010.

[25] Normativ Prinvind Producerea Betoanelor Ușoare, Indicativ C155-2013, Revizuire

Normativ C155-89.

[26] SREN 13412, Produse și sisteme pentru protecția și repararea structurilor de beton.

Metode de încercări. Determinarea modulului de elasticitate la compresiune, 2007.

[27] SR EN 12390, Încercări pe beton întărit. Partea 1: Forma, dimensiunile și alte condiții

pentru epruvete și tipare, 2013.

[28] SR EN 12390, Partea 2: Pregătirea și pastrarea epruvetelor pentru încărcări de rezistență,

2009.

[29] S. G. Park și D. H. Chisholm, Polystyrene aggregate concrete, f. b. t. B. R. Levy, Ed., Branz,

1999.

[30] B. Sabaa și R. S. Ravindrarajah, „Engineering properties of lightweight concrete containing

crushed expanded polystyrene waste,” Materials Research Society, nr. Symposium MM:

Advances in Materials for Cementitious Composites, fall meeting 1997.

facultatea - doctorat.tuiasi.rodoctorat.tuiasi.ro/doc/sustineri_teze/ci/cadere... · n ciment, prin...

Documents