CAUZELE DEGRADARII CONSTRUCTIILOR

Definind actiunile ca fiind orice cauze capabile de a genera degradari intr-o constructie, acestea se pot clasifica astfel :

- Actiunile mecanice sunt acele actiuni care produc stari de solicitare mecanica,

putand fi reprezentate prin sisteme de forte.

- Actiunile fizice, sunt acele actiuni care produc modificari ale integritatii

materialelor/elementelor structurilor fara a modifica natura materialelor.

- Actiunile chimice sunt acele actiuni care produc modificari ale proprietatilor

Definitia si natura curgerii lente

Daca un element de beton este mentinut sub sarcina, deformatia betonului creste

progresiv si dupa înlaturarea încarcarii, ea nu este decât partial reversibila (Fig. 3-40).

Se observa o descarcare elastica instantanee, o descarcare ce se manifesta în timp

(elasticitate întârziata) si o deformatie reziduala.

Fenomenul “complementar” este relaxarea eforturilor sub deformatie constanta

(Fig. 3-41).

Relaxarea are în general un rol favorabil în structurile de beton, ducând la o

scadere a concentrarilor de eforturi.

Natura curgerii lente nu este complet cunoscuta. Se accepta în general ca

principala sa cauza este migratia apei din porii capilari sub actiunea efortului aplicat,

ceea ce o apropie de contractia de uscare.

Exista totusi curgere lenta si în conditii de echilibru higrometric cu mediul,

probabil datorita migratiei interne a apei si lunecarii vîscoase între lamelele de gel.

Exista deci o curgere lenta de baza (care se manifesta în conditii de echilibru

higrometric cu mediul) si o curgere lenta “de uscare”.

Curgerea lenta are loc în acelasi timp cu contractia de uscare, si cele doua

fenomene nu pot fi disociate. Totusi, din motive practice, ipoteza aditivitatii curgerii

lente si contractiei este în general admisa.

Factori care influen t eaz a curgerea lent a :

Mecanismul fizic al curgerii lente fiind apropiat de cel al contractiei, aceiasi factori

care influenteaza contractia influenteaza si curgerea lenta si în acelasi sens.

Materialele s i propor t iile amestecului :

Sursa curgerii lente este în piatra de ciment..

Agregatul are mai ales rolul de a împiedica contractia pietrei de ciment, deci

ponderea sa în beton si modulul sau de elasticitate sunt principalii parametri.

Este însa dificila studierea rolului fiecarei componente a betonului, caci

modificarea uneia dintre ele duce la modificari în celelalte.

S-a observat ca fluajul este invers proportional cu rezistenta betonului.

Acest parametru ramâne cel mai bun, din punct de vedere practic, pentru a caracteriza

influenta compozitiei betonului asupra curgerii lente.

Curgerea lent a s i timpul :

Curgerea lenta se manifesta pe o perioada foarte lunga de timp, dar viteza de

deformatie scade foarte mult în timp. Cercetarile lui Troxell au aratat ca 25% din

deformatia de curgere lenta la 20 de ani se produce în prima luna, 50% în timpul

primelor 3 luni si 75% în cursul primului an (Figura 3-42).

Este în general acceptat ca, pentru un timp suficient de lung, deformatia de

curgere lenta tinde catre o valoare limita .

Fig. 3-40. Deformatia sub o încarcare de lunga durata (Neville, 2000)

Umiditatea mediului s i geometria elementului :

Umiditatea mediului este unul din factorii cei mai importanti care influenteaza

deformatia de curgere lenta. Curgerea lenta este cu atât mai mare cu cât umiditatea

mediului este mai mica, pentru ca uscarea betonului este mai rapida (Figura 3-43).

Fig. 3-43. Curgerea lenta a betonului tinut la umiditate 100% în primele 28 de zile si la umiditati diferite dupa aceea (Neville, 2000)

Geometria elementului influenteaza de asemenea viteza de uscare, care este cu

atât mai mare cu cât grosimea elementului este mai mica.

Influenta este însa mai mica decât în cazul contractiei. Timpul scurs de la aplicarea încarcarii (scara logaritmica)

Intensitatea solicit a rii :

Pentru solicitari inferioare pragului de microfisurare (circa 0.5fc) curgerea lenta

este proportionala cu deformatia elastica, deci si cu efortul unitar aplicat:

ε bϕ (t) = ϕ ( t )εb=ϕ (t )σ b /Eb în care ϕ (t) este caracteristica de deformatie a curgeri lente.

Este asa-numita “curgere lenta liniara“, denumita astfel pentru ca deformatia de

curgere lenta este direct proportionala cu efortul aplicat.

Daca solicitarile aplicate depasesc acest prag, deformatia de curgere lenta creste

mai repede decât solicitarea aplicata.

Temperatura:

Influenta temperaturii este importanta în cazul unor structuri – cum ar fi

anvelopele din beton precomprimat ale reactoarelor nucleare.

Curgerea lenta creste în general cu temperatura (cel putin pentru temperaturi între

20 si 100°C).

Fig. 3-44. Variatia în timp a deformatiei de curgere lenta pentru betoane mentinute la diferite temperaturi (Neville, 2000)

Mecanismele care produc degradarea betonului sunt diverse si numeroase.

Ele pot fi clasificate în atacuri chimice (când degradarea este rezultatul unei

reactii chimice între agentul exterior si beton – de exemplu reactia alcali-agregat,

atacul acizilor, atacul sulfatic) si atacuri fizice (când degradarea este rezultatul

unui fenomen fizic – înghet, abraziune, eroziune, cavitatie).

O mentiune speciala trebuie facuta pentru coroziunea armaturilor, care este una

din cele mai frecvente degradari întâlnite la structurile de beton armat.

Pe lânga afectarea directa a performantelor structurale, prin reducerea

sectiunii de armatura datorita coroziunii, este distrus si betonul de acoperire, deoarece

produsii de coroziune rezultati au un volum mult mai mare decât elementele din care au

provenit.

Coroziunea arm a turilor :

În circumstante normale, alcalinitatea ridicata a betonului protejeaza armaturile

acoperite cu beton. Protectia este asigurata de formarea unui strat subtire de oxid de

fier pe suprafata barei.

Cu exceptia cazurilor care vor fi discutate mai jos, pH-ul solutie care se gaseste

în porii betonului are valori între 12 si 14. Otelul nu este în general corodat atâta vreme

cât pH-ul nu coboara sub 10.

Doua mecanisme pot conduce la distrugerea acestei protectii : carbonatarea

betonului si actiunea clorurilor.

Carbonatarea betonului :

Carbonatarea este reactia dintre bioxidul de carbon din aer si hidroxidul de calciu

din piatra de ciment, cu producere de carbonat de calciu. Datorita acestei reactii scade

pH-ul betonului, ceea ce duce la distrugerea protectiei armaturilor.

Datorita carbonatarii apare de obicei coroziunea generalizata a armaturii, adica

armatura este acoperita cu un strat relativ uniform de rugina.

Procesul de carbonatare începe de la suprafata betonului si patrunde lent înspre

interior. Viteza de penetrare depinde de mediu si de calitatea betonului.

Viteza este maxima când umiditatea relativa este între 40 si 70% ; pentru umiditati mai

mari, viteza de carbonatare scade, fiind practic zero pentru umiditate relativa de 100%.

De asemenea, viteza de carbonatare creste cu concentratia de CO2 din aer ;

diferenta devine nesemnificativa pentru betoane cu rezistenta mai mare decât 50 Mpa.

Carbonatarea avanseaza mai rapid în betoanele mai poroase. Cum porozitatea

este strâns legata de rezistenta, betoanele de rezistenta mare se vor carbonata mai

lent.

S-a constatat si o interdependenta între perioada de tratament la care este supus

betonul si viteza de carbonatare. Un tratament mai îndelungat duce la o compactitate

mai buna a betonului (nu apar fisuri din contractie), în special în zona de acoperire.

Ac t iunea clorurilor :

Clorurile au capacitatea de a distruge stratul protector care protejeaza armatura,

chiar atunci când pH-ul betonului ramâne ridicat. De obicei ele produc o coroziune

localizata.

Clorurile pot proveni din diverse surse, cele mai comune fiind apa de mare (în

zona litorala), sarea pentru topirea poleiului pe strazi si la constructiile învecinate sau

clorul din beton (prezent în anumite adaosuri sau aditivi).

Viteza de penetrare a clorurilor în beton depind de concentratia de cloruri în

mediul înconjurator precum si de calitatea betonului.

Coroziunea activ a :

Odata pasivitatea otelului distrusa, coroziunea poate avansa daca exista

suficienta umiditate si suficient oxigen. În consecinta, riscul cel mai ridicat îl prezinta

constructiile supuse la cicluri de umezire/uscare.

.

Atacuri fizice

1. Înghe t -dezghe t :

Daca betonul umed este supus frecvent la înghet-dezghet, efectul expansiv al

ghietii va distruge betonul.

Degradarea datorita înghetului se manifesta de obicei prin sfarâmarea betonului

la suprafata sau prin fisuri de suprafata foarte apropiate.

Aceste fisuri sunt precursoare sfarâmarii betonului.

Betonul care nu este saturat nu risca sa fie degradat prin înghet, pentru ca

expansiunea care are loc în momentul înghetului poate fi preluata prin porii nesaturati.

Degradarea prin înghet-dezghet poate fi evitata prin:

- protejarea betonului împotriva saturarii cu apa;

- utilizarea unui aditiv antrenor de aer la preparare;

- utilizarea unui beton de înalta rezistenta (un beton cu rezistenta mai mare

decât 45 MPa este insensibil la înghet).

2. Abraziune :

Abraziunea poate fi cauzata de traficul auto. Rezistenta la abraziune poate fi

obtinuta prin utilizarea unui beton de înalta rezistenta si a agregatelor rezistente la

uzura.

Rezistenta la abraziune este de asemenea îmbunatatita daca se face un

tratament îngrijit al suprafetelor ce pot fi supuse abraziunii (se recomanda dublarea

duratei de tratament). Se pot folosi de asemenea materiale dure în stratul superficial

(de exemplu corindon).

Atacuri chimice

1. Atacul sulfatic:

Sulfatii solubili (prezenti de exemplu în apele freatice) reactioneaza cu hidroxidul

de calciu, rezultând sulfat de calciu care, la rândul sau, formeaza cu C3A etringita

“întârziata”.Formarea etringitei este însotita de o expansiune de volum care distruge

structura betonului.

În consecinta, realizarea unui beton rezistent la sulfati implica reducerea

cantitatii de C3A sau/si a cantitatii de hidroxid de calciu.

Prima conditie se realizeaza prin utilizarea unui ciment rezistent la sulfati (cu

continut de C3A limitat), iar cea de-a doua prin utilizarea de adaosuri (zgura de furnal,

puzzolane), care consuma o parte din Ca(OH)2 disponibil.

Cum reactia are loc în solutie, împiedicarea patrunderii apei, prin realizarea unui

beton cu permeabilitate redusa, îmbunatateste rezistenta betonului la sulfati.

Aceasta cerinta este asigurata daca se limiteaza raportul a/c. Implicit va rezulta un

beton de rezistenta mare.

2. Atacul acizilor :

Acizii ataca compusii continând calciu din beton (în special Ca(OH)2), rezultând

compusi solubili care sunt apoi spalati.

Efectul acizilor este de a face slaba si permeabila suprafata betonului.

Reactia are loc în solutie, si atacul devine grav când pH-ul solutiei este sub 5,5.

De exemplu, apele stagnante contând CO2 pot avea un pH mai mic decât 4,4 iar ploile

acide au un pH între 4,0 si 4,5.

În cazurile în care betonul este supus la concentratii mari de acid, ca de exemplu

în unele procese industriale, singura solutie este prevederea unui tratament de

suprafata.

3. Reac t ia alcali-agregat :

Exista doua tipuri de reactii care pot deteriora betonul: reactia alcali-silice si

reactia alcali-carbonti.

Prima este cea mai frecventa. Este o reactie între alcaliile din ciment si anumite forme

de silice, care produce un gel de silice higroscopic.

Acest gel absoarbe apa si îsi mareste volumul, producând fisuri în beton.

Desi deschise, aceste fisuri nu sunt de regula prea adânci, mergând pâna la 50-70 mm

adâncime.

Efectul lor asupra rezistentei structurii este mai mic decât impactul vizual (reducerea de rezistenta nu depaseste de regula 20-30%).

Reactia alcali-silice poate fi evitata prin trei metode:

- utilizarea unor agregate nereactive(alese pe baza experientei în utilizare, caci

nu exista încercari care sa determine cu suficienta siguranta potentialul reactiv

al agregatelor);

- utilizarea unui ciment cu continut scazut de alcalii;

- împiedicarea patrunderii apei.

Actiunea vantului

Vantul poate sa produca asupra structurilor:

- forte excesive si instabilitate pentru structura in ansamblu si pentru elementele

sale componente

- deplasari si rotiri excesive ale structurii si elementelor structurale

- forte dinamice repetate ce pot cauza oboseala elementelor structurale

- instabilitate aerodinamica in care caz miscarea structurii in vant produce forte

- aerodinamice care amplifica miscarea

- miscari ale caror caracterstici pot cauza disconfortul ocupantilor structurii

1.3.3.2-5 Deteriorarea prin inghet-dezghet

Procesul de inghet-dezghet se explica in modul cel mai plauzibil prin infiltrarea

vaporilor din atmosfera in porii betonului; acestia condenseaza si, prin asociere cu apa

nelegata chimic din piatra de ciment, sunt supusi inghetului.

Apa tinde sa-si mareasca volumul cu 9 % presand in consecinta asupra peretilor

din jurul porilor din ciment.

Procesul repetat de multe ori, pe parcursul a mai multor ani, conduce treptat la

distrugerea mai intai locala, apoi extinsa a betonului pe adancimi de 3-5 cm (Fig.1.3.3.24)

Fig.1.3.3.2-4 Deteriorarea betonului prin cicluri de inghet-dezghet

1 – macropori la suprafata;

2 –patrunderea vaporilor si a apei;

3 – deteriorarea prin inghet (apa inghetata isi mareste volumul

Actiunea ploii asociata cu cea a vantului dominant, creaza

pe fatade – in special la partea superioara a cladirilor,

la colturi – deteriorarea betonului, prin uscare si dislocare treptata.

Astfel, patrunderea ploii favorizeaza procesul de carbonatare, echivalent unei

diminuari grave a calitatii betonului pe o adancime de 2-5 cm.

Vantul intervine provocand dislocarea unor portiuni din betonul astfel afectat (Fig.1.3.3.2-5).

Fig.1.3.3.2-5 Actiunea combinata a vantului si ploii

1 – vant, ploaie,

2 – beton deteriorat

Actiunea focului

Focul este o actiune accidentala in constructii, care provoaca pe suprafata

elementelor din beton armat un flux de caldura, avand doua componente:

i)radiatia termica directa ii)convectia, in imediata vecinatate a elementului

Rezistenta la foc a unei structuri din beton se calculeaza astfel ca elementele

expuse incendiului sa fie capabile sa asigure:

- capacitatea portanta sub sarcinile de exploatare

- izolarea la propagarea focului in incaperile vecine (cazul zidurilor si al

planseelor), pe perioade de 30, 45, 60 si 90 minute.

Betonul pierde peste 50 % din capacitatea portanta in zonele in care temperatura

nu depaseste 3000 C. Acolo unde betonul a fost supus unei temperaturi de 500 – 8000

C, el se dezagrega devenind sfaramicios, astfel ca se poate desface usor cu o dalta sau

chiar manual. Acest beton trebuie inlaturat in intregime, iar elementul sau structura

intreaga vor fi sustinute cu popi, pentru a preveni prabusirea.

CONSOLIDAREA STRUCTURILOR DIN BETON

Consolidarea constructiilor din beton armat este necesară fie pentru

remedierea unor deteriorări (avarieri) ale structurii ca urmare a executiei defectuoase, a

exploatării necorespunzătoare, sau aparitiei unor suprasolicitări din seisme violente.

De foarte multe ori această consolidare poate fi impusă din motive de

retehnologizare, ocazie cu care pot fi introduse utilaje de greutate mai mare, sau datorită

actiunii unor vânturi mai puternice, decât cele luate în considerare la proiectare,

actiunea inundatiilor, explozii, introducerea unor instalaiii de ridicat avand o sarcină

la cârlig mai mare fată de cele utilizate anterior (poduri rulante de mare capacitate) etc.

De foarte multe ori se impune sporirea capacitătii de rezistentă a constructiei

ca urmare a creşterii incărcărilor de exploatare sau ca urmare a schimbării destinatiei

unor spatii.

În principiu structurile din beton armat pot fi consolidate utilizând aceleaşi materiale

din care este realizată structura de bază, adică beton şi armătură, sau adăugând

elemente metalice, care conlucrând cu elementele de beton armat existente, preiau

o parte din tensiuni.

Foarte important de retinut pentru orice proiectant al consolidării unor asemenea

structuri, este obligativitatea acestuia de efectuare a unui studiu bine documentat,

care să păstreze pe cât posibil aceeaşi schemă structurală (aceeaşi schemă statică),

sporind sectiunile elementelor structurii prin adaos de beton şi armătură, bare

metalice, iar atunci când acest lucru nu este posibil, se poate apela şi la

modificarea schemei statice a structurii, prin introducerea unor elemente noi ce

descarcă partial structura initială (stălpi intermediari, bare suplimentare, diagonale

încrucişate, tiranti, dublarea montantilor şi diagonalelor etc).

Este foarte important să subliniem că depistarea unei avarii la unul din elementele

de rezistenţă ale structurii nu exclude posibilitatea prezenţei şi a altor defecte (lipsa

etrierilor, armăturii neancorate, etc) la alte elemente similare ale acestea.

Ca urmare, proiectantul este obligat sa cerceteze intreaga structura rezistentă cel putin

la primele 3-4 nivele.

Toate aceste indicaţii se referă în principal la consolidarea elementelor de

constructii din beton armat si cuprind soluţii garantate care permit sa obtină fie

restabilirea capacitătii portante initiale, fie sporirea acesteia.

Reducerea incarcarii care actioneaza asupra unor elemente poate constitui o

de reabilitare a acesteia, ea se poate realiza prin dezafectarea unor instalatii grele

situate la etajele superioare, sau altundeva considerate eficiente de proiectant.

Din expertizarea a mai multe constructii cu structuri de beton, verificările şi

măsurătorile efectuate, s-au observat urmatoarele avarii:

a - fisuri cu deschideri pănă la 2mm. care nu avariaza grav elementul de beton

armat; tot în cadrul defectelor din aceasta grupare sunt considerate şi fisurile pătrunse, a

căror deschidere nu depăşeşte 1 mm pentru stălpi şi respectiv 2mm pentru celelalte

elemente (diafragme, grinzi, plăci);

b - fisuri pătrunse cu deschideri mari, cu dislocarea betonului, cu sau fără flambarea armăturii;

c - ruperi ale sectiunii de beton armat produse în special la capetele stălpilor la parter sau etajul 1-2.

Defectele de tip „a” se pot remedia prin injectări cu răşini epoxidice în conformitate

cu prevederile din „ Instructiuni tehnice privind folosirea pastei de ciment şi a

amestecurilor pe bază de polimeri la remedieri de defecte ale lucrărilor de constructii şi

la lucrări speciale” indicativ C149-75.

Remedierea acestor defecte prin injectarea cu răsină epoxidică, se executa numai

de către o echipă instruită în mod special şi sub supravegherea unui inginer numit printr-

o decizie a conducerii unitătii executante. Dacă este posibil instruirea să se facă în

prezenta unui delegat din partea INCERC.

Defectele de tip „b” pot fi remediate prin îndepărtarea în totalitate a betonului

degradat, introducerea de armături suplimentare şi cămăşuirea elementului, sau prin

consolidare cu elemente metalice.

Defectele de tip „c” trebuie să fie analizate şi rezolvate în detaliu prin proiectul de

consolidare, soluţiile prezentănd particularităti de la caz la caz.

În soluţiile de consolidare proiectate, se pot introduce suplimentare (diafragme,

stâlpi sau grinzi), pentru îmbunătătirea structurii.

Ori de câte ori este posibil, se va urmări reducerea incărcarilor, eventuala

renuntare la etajele superioare sau alte măsuri.

Prin proiectul tehnic elaborat, trebuie să se prezinte ordinea de efectuare a

lucrărilor de consolidare, în aşa fel incât să nu se pericliteze constructia avariata, pe

perioada executării lucrărilor de consolidare.

La stabilirea în detaliu a modului de consolidare, se vor avea în mod deosebit

elementele de rezistentă care participă la alcătuirea unei constructii.

Pregătirea elementelor de beton armat în vederea

a. Zonele de beton deteriorate se îndepărtează complet, până la adâncimea

la care acesta nu se mai sfărâmă şi se produce un sunet clar la lovirea cu ciocanul.

b. Înlăturarea betonului deteriorat se face cu dalta sau şpiţul bine

ascuţit.Această operatie se va face cu grijă deosebită astfel încât să nu

se producă şocuri puternice în element şi să nu deterioreze porţiuniie

învecinate care nu au suferit degradări.

c. Pe întreaga zonă de cămăşuire se va prelucra suprafaţa betonului în modul următor:

- se sparg muchiile stalpului până la faţa armăturii longitudinale ;

-suprafeţele de beton care nu prezintă deteriorări se curăţă complet de

tencuială, resturi de mortar etc. şi se crestează cu dalta sau şpiţul pentru a se

asigura o bună aderenţă a betonului nou.

Dacă barele de armătură sunt deteriorate destul de serios de coroziune, pojghita

deteriorată se îndepărtează cu dalta sau ciocanul, iar după aceea se curăţă cu peria

de oţel. Locurile de aplicare a cordoanelor de sudură trebuie să se curete cu cea mai mare grijă.

Montarea armăturii

a. Montarea armăturii se va face numai după prelucrarea suprafetelor de contact

a betonului vechi, îndepărtându-se tot betonul care dă semne de sfărămare şi

ajunge la betonul care dă un sunet clar la lovirea cu ciocănelul.

b. Armăturile suplimentare de rezistentă prevăzute in cămăsuială se vor suda

de armătura exisientă în iecurile indicate în proiect.

Armătura longitudinală se va dezgoli până la jurnătatea sectiunii acestuia.

Trebuie avut în vedere că în zona comprimată capacitatea portantă se reduce

temporar. Prin urmare dezvelirea armăturii trebuie făcută cu grijă, după ce

s-au pus în prealabil sprijiniri. După montarea armăturii, suprafaţa

betonului se spală şi se menţine umedă până în momentul aplicării stratului

de beton nou.

c. Sudarea se va realiza prin intermediul unei eclise de otel beton

având aproximativ 16...25mm.

Etrierii se vor fixa de armătura longitudinală prin sudură.

Pregătirea turnării betonului

a. După montarea armăturii, suprafaţa betonului se spală cu apă sub

presiune şi apoi se menţine in stare umedă până în momentul aplicării betonului.

b. Cofrajele se vor alcătui din panouri de maxim l m înăltime.

O deosebită atentie se va da asigurării etanşeităţii cofrajelor pe contur.

Punerea în operă a betonului şi tratarea ulterioară a acestuia

a. Turnarea betonului se va face în straturi de 10-20cm grosime.

Compactarea se va face prin ciocănirea cofrajelor şi îndesare cu vergele sau şipci.

b. La partea superioară a stâlpilor, betonarea se va face prin găurile practicate în

planşeu şi se vor lua toate măsurile pentru umplerea completă a cămăşuelii.

c. Decofrarea nu se va face înainte de trei zile de la turnare.

d. Betonul se va mentine umed minim 14 zile.

La blocurile vechi cu structura de rezistentă din cadre de beton armat, zidăria de

umplutură tangentă cu stâlpii ce urmează a fi consolidaţi, se va pregăti astfel :

- se desfac cu grijă cărămizile pe grosimea cămăşuelii indicate în proiect,

utilizându-se dalta şi ciocanul de 0,5kg ;

- suprafetele se vor curăţa cu peria de sârmă şi sufla cu jet de aer ;

- se vor curăţa şi adânci rosturile dintre rândurile de cărămizi.

Pentru remedierile ce se vor executa la peretii de umplutură exteriori sau interiori,

fisuraţi sau crăpaţi, avănd grosimea egală sau mai mare de 12,5cm , indiferent dacă

elementele de rezistenţă adiacente se consolidează sau nu se va proceda astfel:

- zidurile de umplutură dislocate, crăpate sau fisurate ca urmare a cutremurelor

au altor cauze, se demolează şi se refac cu respectarea prevederilor STAS 1010910-

75; se va acorda o deosebită atentie la împănarea lor în elementele de beton armat ;

Soluţii pentru corectarea deficienţelor de alcătuire a structurii

Identificarea deficienţelor structurale :

Deficienţele majore pe care le poate prezenta un sistem structural în ansamblu se

referă la neregularităţi şi discontinuităţi, pe verticală şi în plan.

Acestea pot genera eforturi şi deformaţii substanţial diferite de cele pe care le pot

furniza metodele de calcul curente şi crează importante incertitudini în ceea ce priveşte

atingerea obiectivelor de performanţă propuse.

Dacă anumite exigenţe privind caracterul regulat necesar al unei construcţii nu

pot fi evitate, proiectantul intervenţiei trebuie să efectueze calculul structural pe

modele cât mai fidele comportării structurii şi să ia măsuri constructive prin care

să compenseze controlul mai puţin sigur al răspunsului seismic în asemenea

situaţii.

Diferitele tipuri de neregularităţi şi discontinuităţi şi efectele lor potenţiale trebuie

să fie evidenţiate în procesul de evaluare al construcţiei, conform P100-3: 2006, partea I.

Acestea sunt reprezentate de:

(a) Neregularităţi pe verticala construcţiei :

- Distribuţii neregulate ale rigidităţii la deplasare laterală;

- Distribuţii neregulate ale capacităţii de rezistenţă;

- Modificări semnificative ale gabaritelor clădirii pe verticală, incluzând

distribuţii diferite ale maselor;

- Discontinuităţi (devieri) în traseul pe verticală al încărcărilor către teren.

(b) Neregularităţi în planul construcţiei :

- Neregularităţile distribuţiei în plan ale rigidităţii, masei, capacităţii de , care toate

produc efecte de torsiune de ansamblu;

- Forme neregulate în plan, în special colţurile intrânde în planul construcţiei, care

crează concentrări excesive de eforturi;

- Discontinuităţi ale planşeelor, în special prin prevederea de goluri sau

întreruperea legăturii pe anumite zone cu elementele sistemului vertical de

rezistenţă la forţe laterale;

- Prevederea unor componente structurale (cadre, pereţi) înclinate faţă de axele

ortogonale majore ale sistemului structural.

Tipuri de soluţii pentru remedierea neregularităţilor în plan

(1) Îmbunătăţirea comportării seismice a structurilor cu efecte de torsiune de

ansamblu mari, datorate distribuţiei componentelor structurale şi/sau masei în

clădire se realizează prin reducerea excentricităţii între centrul maselor şi

centrele de rigiditate şi de rezistenţă.

Introducerea unor componente rigide care să reducă excentricitatea conduce la

reducerea forţelor şi deplasărilor din torsiune în acelaşi timp şi la creşterea

generală a capacităţii de rezistenţă la forţe laterale (fig. 2.3 a şi b).

(2) În cazul structurilor cu concentrări de eforturi la colţurile intrânde ale planşeelor

se pot introduce elemente de armare în diafragma planşeului, bine ancorate, în măsură

să distribuie forţele concentrate pe suprafeţe mai largi.

Altă cale de a întări diafragma este de a prevedea o suprabetonare armată locală,

reducând local, acolo unde este posibil, grosimea pardoselii.

Eforturile în diafragmă pot scădea şi prin introducerea unor elemente verticale

suplimentare intermediare.

Efectul defavorabil al unor forme neregulate în plan, cum este cea a structurii

reprezentate în fig. 2.4 la care cele două “aripi” ale profilului planşeului pot avea tendinţa

să vibreze defazat, poate fi diminuat sau chiar eliminat prin “tăierea” construcţiei prin

rosturi seismice.

Prevederea rosturilor implică o detaliere foarte atentă structurală şi arhitecturală

şi de regulă, este mai costisitoare decât consolidarea structurii existente.

Din aceste motive o asemenea soluţie devine acceptabilă dacă se urmăresc

modificări substanţiale din alte raţiuni.

De exemplu, dacă o clădire industrială s-ar transforma într-una de locuit.

Introducerea de contravântuiri metalice

Aspecte generale

(1) Transformarea sistemului structural în cadre prin introducerea de contravântuiri

metalice oferă următoarele avantaje:

(a) creşterea substanţială a rezistenţei şi a rigidităţii structurii;

(b) realizarea mai simplă a golurilor necesare pentru iluminatul natural, circulaţie,

în panourile în care se intervine etc.;

(c) creşterea masei introdusă prin ataşarea elementelor metalice de consolidare

este mult mai mică, în raport cu alte soluţii de intervenţie;

(d) soluţia de consolidare poate fi prefabricată şi astfel durata de execuţie se

poate reduce semnificativ.

Dimensionarea elementelor de contravântuire va urmări limitarea deplasărilor laterale

până la valori acceptabile pentru elementele structurii de rezistenţă existente.

Se vor folosi modele complete în care să se ia în considerare aportul structurii existente

şi a celei adăugate.

Grinzile existente vecine (în continuarea) panourilor contravântuite pot căpăta

eforturi mari şi din acest motiv trebuie analizate în mod special.

(3) Sistemele de contravântuiri metalice pot fi introduse atât la exteriorul, cât şi la

interiorul construcţiei.

(a) Amplasarea acestora la exterior permite în general o execuţie mai facilă şi cu

costuri mai mici, însă soluţia de consolidare este vizibilă şi poate avea un

impact negativ asupra aspectului estetic al faţadelor. În plus elementele

metalice sunt direct expuse agenţilor corozivi din mediul înconjurător şi în consecinţă vor necesita lucrări de întreţinere mai frecvente.

(b) În cazul contravântuirilor metalice introduse la interiorul construcţiei, acestea

urmează să fie dispuse în lungul cadrelor existente din beton armat, astfel

încât să se asigure o interacţiune optimă între cadrele existente şi

contravântuiri, iar grinzile existente să poată fi utilizate drept elemente de

colectare a încărcărilor inerţiale.

În unele situaţii poate fi avantajos ca elementele de contravântuire să fie plasate

alături (adosate) de stâlpii şi grinzile cadrului existent, soluţie care permite simplificarea

legăturii dintre elementele noi şi cele existente şi, în general, o execuţie mai simplă.

Tipuri de soluţii

(1) Soluţia de contravântuire este caracterizată în principal prin:

- dispoziţia contravântuirilor, care poate fi cu bare cu axele intersectate în noduri,

rezultând contravântuiri concentrice sau cu excentricitate la noduri, rezultând

contravântuiri excentrice;

- modul de conectare al contravânturirlor la structura existentă, care poate fi

directă sau prin intermediul unei rame metalice.

(2) Sisteme de contravântuiri concentrice :

(2.1) Dispoziţia barelor

În cazul contravântuirilor concentrice se poate alege una din schemele de

dispunere a contravântuirilor din fig. 3.4-19:

- contravântuiri diagonale individuale (fig. 3.4-19(a))

- contravâtuiri în X, pe fiecare nivel (fig. 3.4-19(b))

- contravâtuiri în V sau Λ, cu sau fără bare de întârziere a flambajului (fig. 3.4-19(c),

(d))

- contravâtuiri diagonale în X, pe două sau mai multe niveluri (fig. 3.4-19(e), (f)).

(2.3) Soluţii constructive :

Soluţiile constructive de consolidare prin contravântuiri de oţel se grupează, din

punctul de vedere al modului de realizare al conectării elementelor de oţel la structura

exisentă de beton şi al modului în care se transmit eforturile între sistemul existent şi cel

adăugat, în numeroase categorii.

Soluţii în care digonalele metalice sunt prinse direct de elementele structurii existente de beton armat:

1. Legăturile diagonalelor cu grinzile şi stâlpii cadrelor existente se fac prin gusee

solidarizate de gulere metalice aplicate capetelor de grinzi şi de stâlpi, la nodurile de cadru (fig. 3.4-20).

Dacă alcătuirea elementelor cadrului şi nivelul eforturilor o permit, în locul

gulerelor se pot monta doar plăci de oţel ancorate adecvat în beton.

În eventualitatea că rezistenţa efectivă a grinzilor şi stâlpilor nu este suficientă, aceste

elemente se vor întări prin elemente de oţel longitudinale continue, adosate şi conectate

adecvat de betonul existent.

La limită, se poate aplica cămăşuirea în întregime a elementelor

de beton armat cu un tub metalic.

O variantă a acestei soluţii este plasarea diagonalelor de contravântuire în faţada

clădirii, atunci când exigenţele arhitecturale o permit.

În acest caz, piesele de oţel ale contravântuirii se prind de stâlpii şi grinzile

cadrelor marginale, cu buloane pretensionate (fig. 3.4-21).

În fig. 3.4-22(a) şi (b) se prezintă soluţii de prindere a profilului dublu T, care

conţine talpa orizontală a cadrului de oţel contravântuit de grinda cadrului de beton

armat existent.

Se pot folosi şi alte forme de secţiune, de exemplu secţiuni tubulare care permit

îmbinări avantajoase cu diagonalele.

În fig. 3.4-23 se prezintă câteva tipuri de soluţii de prindere a montanţilor verticali

ai cadrului contravântuit metalic, de stâlpii existenţi, trecând pe lângă grinzile existente.

Introducerea de pereţi structurali de beton armat

Aspecte generale

1) Introducerea de pereţi de beton armat în structurile în cadre de beton armat le

înzestrează cu proprietăţi de rezistenţă şi de rigiditate substanţiale, corectând

deficitul construcţiilor cu caracteristici insuficiente din acest punct de vedere.2) Conlucrarea cadrelor existente cu pereţii structurali de beton armat poate

conferi ansamblului o comportare specifică structurilor duale sau structurilor

rigide cu pereţi.

Prin aceasta, deplasările relative de nivel scad considerabil şi în consecinţă se

diminuează riscul de degradare atât al elementelor structurale ale cadrelor din beton

armat, cât şi al elementelor nestructurale.

3) Soluţia introducerii de pereţi structurali poate fi aplicată şi la construcţiile cu

parter flexibil şi/sau slab din punctul de vedere al rezistenţei.

4) Pereţii structurali de beton armat pot fi plasaţi la exteriorul (fig. 3.4-31(a)) sau

la interiorul construcţiei (fig. 3.4-31(b)).

Funcţie de poziţia aleasă pentru noii pereţi, acestea pot fi perforaţi de goluri de uşi şi ferestre.

5) Realizarea de pereţi structurali la interior prezintă unele dezavantaje legate de

întreruperea funcţionalităţii, modificarea compartimentării interioare şi implicit afectarea funcţiunilor existente.

Aceste modificări implică, de regulă, înlocuirea parţială a instalaţiilor

existente, conducând la costuri de execuţie mai mari decât alte procedee.

6) Plasarea la exteriorul clădirii permite un acces mai simplu pentru execuţie şi,

probabil, un cost mai mic. De asemenea, afectarea clădirii pe durata execuţiei

este minimă.

Pe de altă parte, intervenţia este vizibilă, afectează finisajele şi este expusă mediului.

De asemenea, afectează înfăţişarea faţadei şi poate implica închiderea sau

reducerea unor goluri de ferestre.

Un alt avantaj al soluţiei este că pereţii adosaţi faţadei se pot conecta uşor la

elementele cadrului marginal (fig. 3.4-32).

7) Pereţii nou introduşi pot fi asamblaţi în nuclee.

Se pot obţine avantajele pereţilor dispuşi la exterior dacă nucleele se plasează în

curţi de lumină (fig. 3.4-33) sau la exterior, constituind contraforturi pentru clădirea

existentă.

În această ultimă poziţie, structura nou adăugată poate fi utilizată pentru

adăpostirea unor circulaţii pe verticală, sau pentru extinderea suprafeţei utile de planşeu.

Uneori, o nouă construcţie lipită de construcţia existentă poate să

ofere acesteia din urmă suplimentul de rezistenţă laterală necesară.

7) Se va asigura o dispunere cât mai uniformă în plan şi monotonă în elevaţie a pereţilor structurali, pentru a evita apariţia unor efecte semnificative de

răsucire generală, pentru a limita eforturile în diafragmele orizontale (planşee)

şi pentru a evita variaţii bruşte ale rigidităţii şi rezistenţei laterale a structurii pe

înălţime.8) Prin introducerea pereţilor structurali de beton armat, cadrele existente sunt

descărcate parţial de eforturile generate de acţiunile seismice şi ca atare

cerinţele de rezistenţă ale acestora pot fi reduse până la nivelul

lor efective.

9’) Mecanismul de comportare al pereţilor trebuie să fie de tip încovoiere de

ansamblu, cu deformaţiile plastice localizate la baza pereţilor, în armăturile verticale ale

stâlpilor existenţi şi în armăturile din elementele nou introduse.

Ierarhizarea capacităţilor de rezistenţă prin proiectare trebuie să asigure

mobilizarea capacităţilor de deformare plastică, cu evitarea ruperilor premature la forţe

tăietoare şi lunecarea în zona de conectare.