Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

Catedra de Constructii Civile, Inginerie Tehnologica si Urbanism

Ing. Dipl. Turcanu Costin Radu

TEHNOLOGII MODERNE DE CONSOLIDARE CU PROFILE METALICE A STRUCTURILOR

DE BETON ARMAT

Conducator tema disertatie

Prof. dr. ing. Alexandrina Pretorian

- iunie 2003 -

CUPRINS

1. GENERALITATI

1. Introducere ................................................................................. P 2

2. Conceptul de consolidare, definitii ............................................ p 2

3. Abordarea proiectului de consolidare ...................................... p 3

4. Tehnologii actuale de consolidare a structurilor ................ p 7

4. 1. Prin marirea rezistentei ...................................... p 7 4.2. Prin marirea ductilitatii ...................................... p 9 4.3. Prin marirea atat a rezistentei cat si a ductilitatii ..... p 9

II. SOLUTII DE CONSOLIDARE CU PROFILE METALICE

1. Solutii de consolidare a elementelor ...................................... p 10

1. 1. Consolidarea stalpilor cu profile metalice ................ P 10 1.2. Consolidarea grinzilor cu profile metalice ................ P 13 1.3. Consolidarea diafragmelor de B .A. cu profile metalice ..... P 15

2. Solutii de consolidare a structurii bazate pe introducerea de subsisteme structurale ............................................................. P 1 7

2. 1. Cu contravantuiri metalice dispuse la interiorul structurii .... p 17 2.2. Cu contravantuiri metalice dispuse la exteriorul structurii ... p 22

Bibliografie: .................................................................................. p 26

-1-

1. GENERALITATI

1.1. Introducere

Consolidarea structurilor constructiilor civile, industriale, socio­culturale, etc este cea mai importanta metoda de ameliorare a riscului seismic. In conditiile tarii noastre cu un puternic grad de risc seismic in special in exteriorul arcului Carpatic problema reducerii pagubelor materiale si a numarului de victime omenesti in eventualitatea unui seism de intensitate ridicata reprezinta o prioritate in domeniul constructiilor. A vand in vedere aceste probleme, lucrarea de fata isi propune sa studieze metodele de prevenire a riscului seismic prin intermediul lucrarilor de reparatii, remodelari si consolidari ale structurii.

Precedeele si tehnologiile descrise se aplica atat cladirilor afectate de seism dar si celor care desi nu prezinta degradari structurale prezinta vulnerabilitate fata de un eventual seism conform standardelor actuale. Trebuie specificat faptul ca lucrarea de fata va studia aplicarea consolidarilor in cazul structurilor de zidarie dar mai ales in cazul structurilor multietajate in cadre sau mixte, de beton armat, structuri avand o foarte larga raspandire in marile orase ale tarii si reperezentand majoritatea fondului de locuinte.

De asemenea trebuie mentionat faptul ca lucrarea se va axa pe analiza solutiilor de actualitate sau cu caracter de noutate, multe dintre ele folosite inca izolat sau pe scara restransa in Romania. Dintre acestea se vor avea in vedere pentru o discutie mai detaliata cele bazate pe profile metalice, solutii din ce in ce mai preferate datorita unor avantaje ca: incarcare suplimentara mai redusa a structurii, timp redus de punere in opera pe santier, eficienta economica, posibilitatea prevederii de goluri in peretii adaugati, comportare seismica buna.

1.2. Conceptul de consolidare, definitii

Termenul de "consolidare" in domeniul constructiilor are semnificatia unei interventii asupra structurii in vederea ameliorarii performantelor acesteia se este asociat de obicei cu lucrari de refacere a structurilor degradate in general si degradate de seism in special. Se evita de altfel emiterea unei definitii exacte a consolidarii in lucrarile de specialitate din Romania. In literatura de specialitate internationala definirea termenilor este mult mai nguroasa:

• Strengthening = Reconstructia sau reinoirea oricarei parti ale constructiei existente in scopul obtinerii unei performante structurale ( rigiditate, rezistenta, ductilitate) superioare constructiei originale

• Repairing = Reconstructia sau reinoirea oricarei parti ale constructiei existente in scopul obtinerii unei performante structurale ( rezistenta si/sau ductilitate) identice cu cele avute de constructie inaintea degradarii

-2-

• Remodelling = Reconstructia sau reinoirea oricarei parti ale constructiei existente in scopul schimbarii functionarii.

• Rehabilitation = Reconstructia sau refacerea unei constructii pentru a asigura aceeasi parametrii de functionare pentru care a fost proiectata.

Pentru termenii din limba engleza enuntati anterior s-a incercat o adaptare a traducerii structurata conform diagramei Venn (Fig. 1.2.1.) fara insa a avea pretentia unei echivalente totale a semnificatiei acestora.

Restorin

Repairing Strengthening Remodelling

Q QmtiiQe structlU1tle seismice a

structurii I a elementelor

Reabilitare

Corespondenta tennenilor romanesti pe baza diagramei Venn

1.3. Abordarea proiectului de consolidare

Fig 1.2.1

Este binecunoscut faptul ca raspunsul seismic al structurii depinde in esenta de rigiditate, capacitate portanta, capacitate de deformatie / ductilitate, caracteristici histeretice ale elementelor, caracteristicile pamantului de fundare, caracteristicile seismului, masa constructiei si distributia acesteia.

Prin intermediul proiectului se urmareste o ameliorare a raspunsului seismic al structurii pe baza evaluarii parametrilor enuntati anterior si a parcurgerii urmatorilor pasi importanti:

• Evaluarea raspunsului seismic al structurii existente • Determinarea capacitatii seismice necesare / a raspunsului seIsmIC

dorit. • Alegerea uneia sau mai multor scheme sau variante de consolidare

-3 -

• Proiectarea detaliilor tehnice / prinderilor dupa caz. • Reevaluarea raspunsului seismic al structurii consolidate. Evaluarea raspunsului seismic al structurii existente reprezinta de multe

ori o problema dificil de rezolvat deoarece implica procurarea planurilor originale si ale eventualelor interventii executate asupra constructiei, examinarea vizuala si cu ajutorul aparatelor a starii constructiei si a calitatii materialelor, identificarea eventualelor zone degradate, modelarea structurii luand in considerare parametrii identificati cu ocazia inspectiei tehnice si eventualele degradari de rigiditate ale sectiunilor elementelor in urma unor seisme precedente din isoria constructiei; toate aceste procedee sunt laborioase si necesita multe cunostinte de specialitate si experienta.

Determinarea capacitatii seismice necesare trebuie facuta in concordanta cu gradul de importanta al cladirii determinat de functiune a adapostita si de specificatiile P 1 00/92 conform cu intensitatea seismica atribuita site-ului.

Alegerea variantelor de consolidare se face in functie de tipul structural, de nivelul de asigurare seismica dorit / pe baza respectarii strict a precizarilor standardelor, conditiile impuse de site, functionarea constructiei si mai ales pe baza costului si a eficientei economice. Imbunatatirea calitatilor de rigiditate, rezistenta si ductilitate trebuie atent avuta in vedere sub aspectul distributiei atat in plan cat si pe verticala. O buna conformare a planului din acest punct de vedere poate fi cheia performantei solutiei propuse.

In final structura consolidata este verificata daca satisface conditiile de comportare seismica avute in vedere.

Pasii procedurali descrisi anterior pot fi aplicati atat in cazul cladirilor degradate lovite de cutremur cat si in cazul celor nedegradate dar identificate ca fiind vulnerabile in eventualitatea unui cutremur de mare magnitudine.

Standardele romanesti permit cuantificarea valorii gradului nominal de asigurare la actiuni seismice: R=Scapabil/Snecesar (formula 11 din P 1 00/92), a carui valoare in functie de clasa constructiei - 1 II sau III - trebuie ca in urma proiectului de consolidare sa aiba valori superioare celor minime acceptate -0.7, 0.6 respectiv 0.5. (P100/92 paragraf 12.2.6 si tabel 12.3)

La propunerea oricarei solutii de consolidare trebuie avute in vedere mijloacele prin care se poate asigura ameliorarea comportarii seismice a structurii (Fig. 1.3.1):

• Consolidare prin cresterea capacitatii structurii de a prelua forta seismica / rigidizare - directia (A) conform schemei alaturate

• Consolidare prin marirea ductilitatii / a capacitatii structurii de a disipa energie seismica prin deformatii plastice - directia (B) conform schemei

• Consolidare atat prin marirea capacitatii de a prelua forta taietoare de baza / rigidizare dar si prin marirea ductilitatii si deci a capacitatii structurii de a disipa energie seismica prin deformatii plastice. -directia (C) conform schemei.

Trebuie facuta observatia ca in practica toate metodele sunt de tip (C) insa mai apropiate de conceptul (A) sau de conceptul (B).

-4-

ro ...;....>

§ ...;....> r:n

'N �

Capacitate seismica necesara

_ .(C)

PERFORMANTA DORITA - siguranta persoanelor - limitarea pagubelor

- .

... -------J�)

I PERFORMANTA NEDORITAI Ductilitate Fig 1.3.1

Curba reprezentand capacitatea seismica necesara (Fig 1.3.1) corespunde unui grad de asigurare / risc seismic. Nivelul inferior cunoscut in literatura de specialitate sub denumirea de "life safety" este compus din urmatoarele cerinte:

• prevenirea prabusirii / colapsului constructiei • pastrarea in functiune a cailor de iesire in caz de urgenta (exit paths) • prevenirea caderii de elemente in interiorul sau exteriorul cladirii In general consolidarile care se refera la curba inferioara - "life safety"

sunt axate pe solutii de tip (B) sau (C) - (Fig 1.3.2 respectiv Fig. 1.3.3.) . ,

ro . �

.D (l)

"'O (J) 8 o

...;....> (l)

. .....

.s ro � o �

....

I Dupa consolidare (B) o Raspuns seismic

X Capacitate de deformare

t.--- - - - - - - - - - )(

....

....

... .... _._._.

_. -.i. ��nte de consolidare

-'-'-'_ . ..c:> ...

Raspuns (B) - deplasari Fig 1.3.2

-5 -

ro �

..D �

(j)

Ea B (j) .� $ ro � H o

� "

Dupa consolidare (C)

o Raspuns seismic

X Capacitate de deformare

_ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - -X

"

.................... _

.

_ .

_ . L .

�n�inte de consolidare

_.-._ ._ . �

Raspuns (C) - deplasari Fig 1.3.3

Diferenta intre curba raspunsului (B) si a raspunsului (C) consta intr-o crestere a fortei taietoare de baza cu deplasarea in cazul (C), sesizabila prin panta crescatoare din Fig. I.3.3.

Daca insa se doreste o limitare a pagubelor suportate de constructie din necesitatea mentinerii ei in stare de functionare imediat dupa seism - exemplul spitalelor sau diverselor institutii - sau pur si simplu avand la baza un calcul economic, atunci este necesara adoptarea unei curbe superioare (Fig. I.3.1 ) . In •

Dupa consolidare (A) ro N ro

o Raspuns seismic ..D (j) � .-'"d

X Capacitate de deformare (j) , "'

Ea , ;

o � (j) .� ro � ro � H o

�

.-

....

" .; / Inainte de consolidare ......

"

-'-'-._._._ . ..c)

Raspuns (A) - deplasari

acest caz solutia aleasa pentru consolidare trebuie sa asigure o rigiditate suficienta pentru a limita deformatiile mari pe care elementele nestructurale si

-6 -

instalatiile nu le pot suporta, rigiditate care implica si o crestere a fortei seismice preluate de structura deci impune si o crestere a rezistentei pentru a putea prelua plusul de de forta seismica.

Standardele romanesti prevad in toate cazurile limitari ale deplasarilor relative intre 2 etaje consecutive - drift - avand diverse valor limita in functie de tipul structural si de elementele de compartimentare. Valoarea acestor deplasari pentru structuri de beton armat avand pereti de compartimentare din zidarie, specificata in PI00/92 este de 0.350/0 din inaltimea etajului, in timp ce pentru o compartimentare mai flexibila se accepta o valoare a driftului de 0.7%.

O alta varianta ar consta intr-o conformare generala a instalatiilor si elementelor nestructurale care sa permita deformatii mai mari insa aceasta solutie aduce probleme suplimentare in special la nivelul anvelopei si poate deveni costisitoare.

1.4. Tehnologii actuale de consolidare a structurilor

Exista doua abordari ale tehnologiilor de consolidare din punct de vedere geometric si static.

O prima metoda folosita aproape exclusiv in trecut pana la nivelul anilor 80' -90' implica interventii asupra elementelor de constructie prin intermediul diverselor tehnologii in vederea cresterii performantelor de rigiditate, eforturi capabile sectionale, deformatii capabile etc. la nivel de element sau de sectiune a acestuia. Astfel lucrarile de specialitate in consolidari erau structurate intr-o clasificare de genul:

• tehnologii de consolidare a stalpilor • tehnologii de consolidare a grinzilor • tehnologii de consolidare a planseelor • tehnologii de consolidare a fundatiilor etc.

In prezent se impune din ce in ce mai mult o alta abordare bazata pe cuantificarea performantelor generale ale structurii in cadrul careia se prefera o interventie in sensul introducerii unor noi elemente in schema statica existenta sau poate chiar dublarea structurii existente cu o alta structura ce poate fi interioara dar mai des intalnit exterioara, procedee care in multe cazuri pot fi mai avantajoase din toate punctele de vedere.

In continuare se vor trece in revista clasificate conform schemei din Fig. 1.3.1. tehnologii de consolidare indiferent de tipul lor structural sau materiale folosite.

1.4.1. Consolidare prin cresterea capacitatii structurii de a prelua

forta seismica / crestera rigiditatii - directia (A) conform Fig. 1.3.1.

Tehnologiile aplicabile pentru o crestere semnificativa a capacitatii structurii de a prelua forta seismica si de a-i spori rigiditatea sunt:

-7-

• umplerea ochiurilor cadrelor sau adaugarea de pereti structurali in interiorul sau in dreptul ochiurilor cadrelor

• adaugarea de elemente metalice in interiorul sau in dreptul ochiurilor cadrelor

• camasuirea elementelor existente cu beton armat • adaugarea spre exterior de "contraforti"

Umplerea ochiurilor cadrelor sau adaugarea de pereti structurali in interiorul sau in dreptul ochiurilor cadrelor reprezinta de multe ori cea mai eficienta solutie acolo unde functionarea spatiilor interioare nu necesita existenta ferestrelor pe portiunea peretelui exterior respectiv. Procedeul poate consta in montarea unor panouri de beton armat prefabricate sau zidarie armata insa de multe ori se prefera solutia cu beton armat monolit. Tehnologia de executie a peretelui in interiorul ochiurilor cadrelor poate fi mai eficienta din punct de vedere al performantelor obtinute insa tehnologia implicand executia la exterior a peretelui structural nu face necesare toate lucrarile de refacere a finisajelor interioare sau oprirea functionarii incaperilor respective si de aceea este de multe ori preferata.

ro N ro ..D

� (])

� o ..... (]) ...... � ro ..... H o

�

Perete structural monolit

-----

Rama cadru + contravantuiri __ --------------------------__ ���meta1ice

Completare cu ,-----, zidarie performanta

__ ------------�o • lDl Cadru neconsolidat

A 0.5%

A ..

Drift(%) 1% Fig IA. 1.

comportatea seismica a principalelor solutii de tip (A)

Adaugarea de elemente metalice in interiorul sau in dreptul ochiurilor cadrelor reprezinta o solutie preferata in cazul in care sunt necesare mari suprefete vitrate. Avantaje ale solutiilor de acest tip, tratate in capitolul urmator sunt:

• Ofera rigiditati si capacitati ridicate de preluare a fortelor seismice • Golurile pentru iluminare pot fi facute cu usurinta

-8-

• Masa suplimentara a constructiei rezultata din lucrarile de consolidare este mica deci si interventiile la fundatie vor fi de mica anvergura rezultand o economie substantiala a proiectului

• Majoritatea lucrarilor pot fi facute cu elemente prefabricate astfel incat durata de executie va fi redusa si gradul de disturbare a functiei constructiei este redus

Procedeul de camasuire al elementelor este o solutie mai simpla conceptual insa implica de obicei lucrari de mare anvergura asupra cladirii care trebuie evacuata partial sau total deoarece cu exceptia cazurilor cand sunt doar reparate sau consolidate cateva elemente proiectul de consolidare prevede operatii de spargere a placilor pentru continuitatea armaturii de camasuiala a stalpilor de la un etaj la altul.

Celelalte procedee enumerate sunt folosite in special atunci cand este necesara o imbunatatire a comportatii structurii pe o singura directie de unde si dezvoltarea aripilor sau contrafortilor pe directia respectiva.

1.4.2. Consolidare prin marirea ductilitatii / a capacitatii structurii

de a disipa energie seismica prin deformatii plastice - directia (B) conform Fig. 1.3. 1.

Tehnologiile aplicabile in scopul maririi ductilitatii / a capacitatii structurii de a disipa energie seismica prin deformatii plastice sunt:

• camasuirea cu tesaturi din sarme acoperite cu strat de beton • camasuirea cu placi metalice • camasuirea cu fasii metalice • camasuieli metalice si buloane de ancorare • confinarea prin camasuire cu fasii sau tesaturi de fibra de carbon

Tehnologiile mentionate maresc capacitatea elementului de-a rezista deformatiilor prin imbunatatirea limitei de deformatie. De asemenea comportarea la forte taietoare este imbunatatita.

In unele dintre tehnologiile mentionate se realizeaza legaturi speciale in scopul transferul fortei taietoare de la element la camasuiala acestuia.

Trebuie mentionat faptul ca unele tehnologii enumerate aplicate doar unor elemente structurale nu vor avea efectul scontat daca celelalte elemente care lucreaza la aceeasi solicitare nu sunt indeajuns de ductile.

1.4.3. Consolidare atat prin marirea capacitatii de a prelua forta

taietoare de baza / rigidizare dar si prin marirea ductilitatii si deci a capacitatii structurii de a disipa energie seismica prin deformatii plastice. - directia (C) conform Fig. 1.3. 1.

Se realizeaza in general prin introducerea de sisteme de contravantuiri si linkuri metalice. In ultima perioada aceasta tehnologie incepe sa fie din ce in ce mai mult folosita la consolidarea structurilor de beton armat avand capacitate

-9-

seismica insuficienta desi trebuie mentionat faptul ca majoritatea sistemelor au fost concepute preponderent in vederea cresterii capacitatii de preluare a fortelor seismice si a rigidizarii structurii.

In aceasta categorie pot si mentionate si sistemele cu disipatori de energie - disipatori vascosi, disipatori histeretici etc. Un exemplu care va fi comentat la capitolul urmator este cel al disipatorului histeretic amplasat la intersectia contravantuirilor unui cadru metalic "in Y"

II. SOLUTII DE CONSOLIDARE CU PROFILE METALICE

11.1.1. Consolidarea stai pilor cu profile metalice

In general solutiile de consolidare a stalpilor cu profile metalice au drept scop o marire a capacitatii de deformatie a acestora precum si o imbunatatire a comportarii la forta taietoare.

Prin faptul ca nu se asigura continuitatea profilelor metalice intre nivele (Fig. II. 1. 1.1 - 11.1.1.3) nu se beneficiaza de aportul metalului camasuielii asupra momentului capabil al sectiunii curente deoarece zona de moment maxim pe stalp din imediata apropiere a nodului lucreaza doar prin intermediul sectiunii initiale de beton armat.

De aceea toata gama de solutii de consolidari aplicate stalpilor cu ajutorul profilelor metalice poate fi catalogata in categoria (B) conform explicatiilor de la punctul 4 al primului capitol al lucrarii.

Exista solutii care incearca realizarea unui oarecare grad de cuplare suplimentar intre stalpii consolidati si grinzile consolidate prin fixarea profilelor metalice aferente camasuielii stalpului cu cele ale grinzii.

Pentru toate solutiile ce vor fi prezentate, inaintea inceperii operatiei propriuzise de consolidare este necesara inlaturarea tencuielii, curatirea betonului prin periere cu o perie de sarma, spalarea suprafetei etc.

Tehnologiile care implica turnarea mortarului de ciment in locuri care implica contactul pe suprafete mari intre mortar si betonul stalpului pot include operatii suplimentare de prelucrare a suprefetei betonului, mai ales daca aceasta este foarte neteda (datorita suprafetei cofrajelor la turnarea initiala a elementului)

In Fig. 11.1.1.1 si Fig. 11.1.1.2 este prezentata o tehnologie destul de raspandita care consta in aplicarea unor profile de tip cornier pe cele 4 muchii ale stalpului si strangerea lor prin sudarea unor placute metalice dilatate termic.

Cele 4 corniere sunt dispuse pe un strat de mortar de ciment aplicat pe muchiile stalpilor. Profilele cornier trebuiesc mentinute presate (prin intermediul unor bratari speciale sau prin legare cu sarma sau sandouri de cauciuc). Se va verifica in cursul operatiilor pozitia cornierelor precum si umplerea continua cu mortar a spatiului de sub acestea.

-10-

Comiere dispuse pe strat de mortar si fixate prin presare temporar la pozitie

Placute metalice pretensionate: se incalzesc la 200-250 °c si apoi se sudeaza de cOTIliere

Un procedeu de protect-ie a metalului

Fig. IT. 1.1.2

Fig. IT. 1. 1.1

Placa metalica introdusa prin rost

Placute metalice pretensionate: se incalzesc la 200-250 C si apoi se sudeaza de comiere

Un procedeu

�:;:t��:��:: -�---------

Comiere dispuse pe strat de mortar si fixate prin presare temporar la pozitie

-11-

Dupa cateva zile de la aplicarea comierelor se poate trece la fixarea placutelor metalice. Acestea se vor incalzi la o temperatura de 200-250 grade C pentru a se dilata. Fixarea acestora prin sudura se face la pozitiile marcate pe stalp conforma proiectului. La racire acestea vor suferi o scurtare strangand comierele pe stalp.

Procedeul nu se poate considera insa o confinare directa a sectiunii stalpului, in cazul unui seism solutia de consolidare lucrand preponderent ca o confinare indirecta a sectiunii de beton armat.

o alta tehnologie asemenatoare conceptual este cea de camasuue metalica a stalpilor de beton armat (Fig. 11.1.1.3)

Aceasta tehnologie are doua variante - cu fixarea camasuielii de stalp prin intermediul unor buloane prinse in stalp sau traversand sectiunea acestuia, sau fara buloane, conlucrarea facandu-se prin frecare prin intermediul unui strat de mortar.

Camasuiala metalica

PI

PI P2

Inj ectare mortar necontractil ., h - ' . ii sau expandabil

Fig. II.l.l.3

P2

o optiune de conformare a acestei solutii este cea a montarii fie prin sudura fie prin buloane a celor 2 jumatati de tabla groasa metalica, prindere executata fie in zona de colt fie la jumatatea laturii. Procedeul de prindere a celor doua jumatati trebuie sa fie eficient si etans pentru a permite injectarea pe la partea inferioara a unui mortar fluid.

-12-

11.1.2. Consolidarea grinzilor cu profile metalice

In general solutiile obisnuite de consolidare a grinzilor cu ajutorul profilelor metalice sunt eficiente doar in cazul grinzilor simplu rezemate proiectate sa lucreze la incarcari gravitationale cum este cazul cladirilor industriale.

Deoarece lucrarea de fata cauta sa se axe in special pe problema consolidarilor constructiilor cu grad scazut de asigurare antiseismica problematica solutiilor de consolidare a grinzilor prin intermediul tehnologilor cu profile metalice va fi tratata mai succint, fiind prezentate doar doua exemple caracteristice.

In exemplul 1 (Fig. 11.1.2.1) este prezentat un procedeu de marire a capacitatii grinzii de a prelua momentuluI incovoietor pozitiv din camp provenind din incarcari gravitationale.

Armaturi scurte

Golurile ramase se vor umple cu mortar

Vedere laterala grinda

Armaturi longitudinale grinda

Placute metalice prinse de armaturile scurte

Comiere prinse de placute prin sudura

Fig II. 1.2. 1

Solutia consta in desfacerea betonului de acoperire din dreptul armaturilor longitudinale din colturile inferioare ale sectiunii si conectarea unor profile cornier la acestea. Conectarea se realizeaza prin intermediul transmiterii eforturilor prin doua randuri de piese: niste bucati scurte de armatura sudate la

-13-

pozitie pe armatura longitudinala descoperita a grinzii si sudate peste aceste armaturi scurte - niste placute care reazema pe suprafata (decopertata de tencuiala) a betonului grinzii. Peste aceste placute se sudeaza la pozitie profilele cornier mentionate.

Armaturile scurte amintite se vor taia la lungime mai mica cu 2-3 cm decat distanta dintre doi etrieri si vor avea o grosime cel putin egala cu cea a etrierilor.

Spatiile ramase goale se injecteaza cu mortar pentru a proteja armaturile de coroziune. Zonele decopertate pentru executia lucrarii trebuiesc apoi tencuite cu o tencuiala de var-ciment.

A 2-a tehnologie descrisa (Fig. 11.1.2.2) se aplica pentru consolidarea zonelor de capat ale grinzilor unde apar fisuri inclinate pe directia eforturilor principale in beton datorita lipsei unei asigurari corespunzatoare la forta taietoare prin intermediul unei armari transversale suficiente. In sine tehnologia consta in aplicarea locala a unor armaturi transversale suplimentare sub forma unor cleme metalice confectionate din otel ductil - posibil din OB 37 - care trec prin niste gauri aplicate in placa si sunt fixate cu piulite la partea supenoara.

Placa metalica Piulita

Profil cornier Sudura continua

Sudura continua Fig 1L1.2.2

La partea inferioara, pentru a preveni strivirea betonului la strangerea clemelor si in exploatare, transferul eforturilor se realizeaza prin dispunerea a doua profle cornier de care se sudeaza clemele metalice.

-14-

Sudura clemelor se poate face la pozitie insa deoarece pozitia de lucru nu este destul de comoda pentru a permite o executie de calitate este preferabil in majoritatea cazurilor ca intreg ansamblul sa se execute la standul de lucru. In acest caz procedeul de montaj efectiv devine mai complicat necesitand o trasare exacta a gaurilor ce vor fi executate de jos in sus cu ajutorul bormasinei rotopercutante. Este interzisa deteriorarea armaturilor din placa adiacente gnnzll.

In majoritatea cazurilor aceasta lucrare se executa in vederea unei reparatii locale a grinzii deteriorate si in acest caz este necesar ca inaintea inceperii lucrarii de consolidare efectiva sa se trateze fisurile grinzii in functie de deschiderea acestora fie prin inchidere la suprafata fie prin injectare cu rasina epoxidica, in conformitate cu specificatiile tehnologiei respective.

11.1.3. Consolidarea diafragmelor de B.A. cu profile metalice

Consolidarea diafragmelor de beton armat cu profile metalice se utilizeaza in general doar ca procedeu de reparare a unei zone deteriorate in sensul aparitiei fisurilor in diafragma de beton armat in urma unei solicitari exceptionale (seism).

Fisurile locale indica o insuficienta capacitate a diafragmei de a prelua eforturile de intindere din beton iar reparatia locala consta in fixarea profilelor metalice in scopul ameliorarii acestei probleme in comportarea elementului.

Profilele metalice folosite sunt de obicei platbande metalice care vor fi acoperite ulterior de un strat de tencuiala si mai rar se utilizeaza si profile cornier dispuse tangent la suprafata peretelui pe o latura.

Prima figura (Fig. 11.1.3.1) indica o varianta mai expeditiva de realizare a lucrarii acceptata insa si inclusa in mai multe lucrari de specialitate, varianta care implica dispunerea placutelor metalice de-a lungul fisurii si fixarea acestora cu suruburi metalice introduse in gauri date in toata grosimea diafragmei.

Fisura

Placuta metalica

Surub metalic Fig. II. 1.3. 1

-15-

Este important sa se asigure o distanta suficienta intre surub si fisura pentru a nu se produce sub eforturi mari smulgerea zonei de beton dintre surub si fisura. Se prefera ca aceasta distanta sa asigure cu certitudine faptul ca surubul trece printr-un ochi al plaselor armaturii diafragmei diferit de cele prin care trece fisura.

Al 2-lea exemplu de aplicare a acestei tehnologii este ilustrat in Fig IL 1.3 .2:

Fisura

Surub metalic

In acest caz fasiile de platbanda vin dispuse perpendicular pe fisura asigurand o ancorare superioara in diafragma prin intermediul mai multor suruburi pe fiecare parte a fisurii. Este important ca fasiile sa se dispuna perpendicular pe fisura sau cat mai apropiat de pozitia perpendiculara deoarece patologia diafragmei ne indica prin directia fisurii si directia eforturilor principale de scurgere a eforturilor in momentul fisurarii cat si faptul ca este necesara o armare suplimentara pe directia perpendiculara fisurii - directia eforturilor de intindere din beton.

Seria operatiilor tehnologice include in ambele variante indepartarea tencuielii in zona fisurata, curatarea suprafetei betonului cu peria de sarma, tratarea fisurii(fisurilor) prin injectare cu rasina epoxidica, trasarea si executia gaurilor in diafragma cu ajutorul bormasinii rotopercutante, fixarea profilelor la pozitie prin strangerea suruburilor, refacerea tencuielii.

-16-

11.2. Solutii de consolidare a structurii bazate pe introducerea de

subsisteme structurale metalice

Aceste tehnologii de consolidare sunt de maxima actualitate la data redactarii acestei lucrari, constituind sinteza experientei internationale in domeniul consolidarilor cu profile metalice, experiente acumulata in timpul ultimilor 10-15 ani in intreaga lume, in special in Statele Unite si Japonia, tari puternic confruntate cu problema sigurantei cladirilor din punct de vedere seismic. Insa exemple de reala importanta pot fi regasite si pe teritoriul Romaniei, cel mai nou dintre ele fiind consolidarea facuta in cadrul lucrarilor de reabilitare a hotelului Dorobanti din Bucuresti.

Clasificarea preferata a acestor solutii in cadrul capitolului II al lucrarii s-a realizat pe baza pozitiei ocupate de subistemele metalice in cadrul proiectului de consolidare: in exteriorul cladirii sau la interior.

Trebuie mentionat faptul ca amplasarea subsistemelor in cadrele de fatada ale ochiurilor structurii se inscrie in categoria a 2-a (amplasare la interior). Vor fi considerate in prima categorie doar solutiile din planul fatadei sau exterioare acestuia care asigura o continuitate a profilelor metalice pe o arie mai mare decat cea a unui simplu ochi de cadru de fatada.

11.2.1. Consolidari cu contravantuiri metalice dispuse la interiorul structurii

Aceasta gama de solutii prezinta multe variante cu diverse proprietati specifice in functie de tipologia adoptata insa toate tehnologiile de realizare a acestei game de solutii de consolidare presupun amplasarea unui subsistem structural metalic in plan vertical in ochiurile cadrelor structurii de beton armat.

Contravantuirile amintite pot fi fixate direct pe structura de beton armat insa experienta a demonstrat faptul ca doar solutia de fixare a acestora prin intermediul unei rame metalice este indeajuns de eficienta.

In figurile urmatoare vor fi trecute in revista principalele tipologii de contravantuire:

Fig H.2.1.I

Fig 11.2.1.2

Contravantuiri in X - solutie preferata in cazul in care nu este necesara prevederea vreunui gol de acces (in cazul amplasarii pe o axa interioara planului) sau nu este necesara prevederea unor ferestre obisnuite (in cazul amplasarii pe o axa de fatada)

Contravantuiri in K (sau Y) - solutie preferata in cazul in care se doreste realizarea unei treceri prin peretele rezultat la pozitia respectiva sau o fereastra de mici dimensiuni in fatada.

-17-

Solutie tip (A)

corfonn cap I. 3 Fig 1.3.1

Solutie tip (A)

corfonn cap 1.3 Fig 1.3.1

Fig II.2.1. 3

Fig II.2.1A

Fig II.2. 1. 5

l- II III

1- !Il Ifj)

Fig II. 2.1.6

1-1111 III

I I

l!iI IIll __ ._L-Fig II.2.1.7

-I I

-l

I

Contravantuiri in Y cu disipator histeretic de energie - permite disiparea unei mari cantitati de energie seismica imbunatatind comportarea structurala in termeni de rezistenta, rigiditate, ductilitate, comportare histeretica

Contravantuiri in A - denumire data unei variante imbunatatite a contravantuirii in K (Fig II. 2. 1.2) in sensul limitarii lungimii de flambaj a contravantuirilor principale prin introducerea unor contravantuiri suplimentare in subsistem.

Contravantuiri in M - varianta a contravantuirii in A (Fig. II.2. 1. 4) cu avantajul posibilitatii crearii unui gol de dimensiuni mai mari in peretele respectiv

Panou plin de contravantuire - aceasta solutie ofera un maxim de rezistenta si rigiditate in comparatie cu celelalte solutii prezentate insa cu dezavantajul unei mase mai mari. Este compus din rama, inima si rigidizari impotriva voalarii inimii.

Panou de contravantuire cu gol- varianta a panoului din Fig. II.2.!. 7. care asigura iluminarea prin intermediul unor goluri de dimensiuni modeste pentru a nu reduce semnificativ performantele sistemului de contravantuire.

Solutie tip

(B) corform cap 1.3

Fig I.3.1

Solutie tip

(A) corform cap 1.3

Fig I.3.1

Solutie tip

(A) corform cap I. 3

Fig I. 3. 1

Solutie tip

(A) corform cap 1.3

Fig1. 3.1

Solutie tip

(A) corform cap I. 3

Fig I. 3.1

Solutiile prezentate in figurile II.2.1.1 .. II.2.1.5 au avantajul incarcarii structurii cu o masa suplimentare reduse, din acest punct de vedere fiind cele

-18-

mai eficiente solutii de interventie asupra structurii ceea ce implica lucrari minime de marire a suprafetei de fundare.

El

Detaliu prindere (Fig II.2.1

Detaliu de contur (Fig 11.2.1.10)

2.1.8

Un alt avantaj al tuturor solutiilor prezentate il constituie faptul ca pot fi compuse din mai multe piese care se vor asambla pe santier, la stand sau chiar in locul unde se executa lucrarea. (Fig. 11.2.1.9). Astfel se inlatura problema transportului agabaritic sau a manevrarii intregului panou pe santier. In acest caz se prefera imbinarile cu suruburi insa calitatea imbinarii trebuie sa fie ridicata pentru a evita cazul nefavorabil al unor deformatii mari ale structurii la care sistemul de contravantuiri incepe sa intre efectiv in lucru.

El

E4

\ suru bunuletali ce prineclisare

. . � . .. "'.

Fig II.2.1. 9

-19-

Un alt aspect foarte important al tehnologiei de montaj a contravantuirilor il constituie fixarea in ochiul de cadru al structurii existente de beton armat. (Fig. I1.2.1.10). Realizarea unor lucrari de calitate constituie cheia succesului solutiei de consolidare.

150mm - 250 mm I I

8 S o tr) ,.....,

Ancore

:1 El ,.....,

s

��I o -.::t ?'""'i

o ('l o ,....., ?'""'i ,.....,

ectori

Profil I / H

Freta metalica

Fig II.2.1.1 O Detaliu de contur

Prindere cu suruburi

! Inj ectare mortar • necontractil

P= 0.3-0.5 :NlPa Cofraj

Fig II.2.1.11 Detaliu injectare mortar

-20-

Operatiile tehnologice constau in: - curatarea tencuielii de pe cei doi stalpi si grinda - inlaturarea pardoselii si a celorlalte straturi pe care a fost dispusa pana se ajunge la betonul placii, pe o portiune de cel putin 30 de cm in ambele parti. De obicei o consolidare de o asemenea anvergura este insotita si de o refacere a arhitecturii intregii cladiri, caz in care intreaga pardoseala ar trebui sa fie deja inlaturata. - buciardarea suprafetei betonului pe conturul cadrului si curatarea acesteia prin spalare si sau suflare de aer comprimat, periere etc. - trasarea pozitiei ancorelor, executia gaurilor si fixarea acestora la pozitie pe perimetrul cadrului de beton armat. Se vor respecta specificatiile proiectului conforme cu tehnologia si tipul ancorelor aplicate. - se monteaza la pozitie sistemul de contravantuiri, verificandu-se pozitia acestuia si faptul ca ancorele fixate in perete si conectorii ramei formeaza un pas constant sau dupa caz distantele prevazute in proiect. - de obicei, conform proiectului se aplica freta metalica spiralata ingloband randurile de conectori - se aplica cofrajul special conceput (Fig 11.2.1.11). Acest cofraj se prinde de obicei in suruburi in niste gauri aplicate in rama sistemului de contravantuire si are prevazute una sau mai multe gauri de injectare / refulare a mortarului. Pe contur cofrajul se asigura pentru a fi impemeabil prin chituire.

Injectare mortar necontractil p= 0.3.-0.5 MPa

Fig II.2.1.12 Injectarea mortarului - dupa intarirea chitului se incepe operatia de injectare a mortarului prin orificiul cofrajului amplasat la partea inferioara la o presiune de 0.3 - 0.5 MPa. Mortarul folosit va fi de tip necontractil. Se asteapta refularea mortarului prin orificiile amplasate la jumatatea inaltimii. Operatia se poate continua dupa astuparea orificiului inferior prin orificiile intermediare amintite pana cand

-21-

mortarul incepe sa refuleze prin orificiile superioare care se obtureaza pe rand incepand dinspre exterior spre centru. - dupa atingerea gradului de maturitate se poate decofra si se mentine umed prin stropire pentru a preveni fisurarea.

11.2.2. Solutii de consolidare a structurii cu contravantuiri metalice dispuse

la exteriorul structurii

Constituie o varianta avantajoasa cand in cadrul proiectului de reabilitare a cladirii sunt considerate impreuna cu lucrari de refacere a aspectului fatadei.

Prima solutie de acest tip a fost brevetata in Japonia la nivelul anilor 1980 reprezentand un important punct de pornire in dezvoltarea solutiilor de acest tip (Fig. 11.2.2.1)

Prindere cu tiranti

Contr�vantuiri � metahce �/i

/'

// Slabiri locale

Suduri

ale sectiunii metalice

Fig II.2.2.1 Sistem de contravantuire exterioara

Prin introducerea subsistemului diagonal metalic se modifica modul de functionare al structurii in cadre de beton armat; astfel daca inainte cadrul de fatada prelua forta seismica prin incovoierea sectiunilor stalpilor si grinzilor, acum atat aceste elemente cat si diagonalele metalice vor fi supuse preponderent la eforturi de intindere si/ sau compresiune excentrica. Prin verificarea elementelor cadrului de beton armat la aceste eforturi poate rezulta necesitatea consolidarii suplimentare a acestora.

Tehnologia consta in fixarea unor scaune metalice pe fatada exterioara decopertata local la intersectia stalpilor cu grinzile. Scaunele metalice vor fi presate la pozitie pe un strat de mortar cu ajutorul suruburilor de ancorare pretensionate (Fig. 11.2.2.1). Apoi se aplica contravantuirile efective prin prindere cu suruburi sau prin sudura. Contravantuirile sunt prevazute cu niste

-22-

slabiri de sectiune pentru a forma niste zone localizate de deformatii plastice la eforturi axiale de intindere sau compresiune, zone de lungime scurta pentru a nu avea flambaj local pe lungimea deformata plastic.

Grinzi B.A.

Mortar de poza

Contravantuire metalica

Fig II.2.2.2

Scaun metalic

Intindere prin filetare

Structura metalic a trebuie protejata prin vopsire sau alte procedee specifice, putand ramane fie vizibila la exterior, fie ascunsa in spatele unui sistem de fatada.

Trebuie specificat faptul ca in cazul solutiilor de consolidare exterioara cu profile metalice solutia de marire a suprafetei de fundare a structurii se poate concretiza sub aspectul unui sistem de fundare independent al sub structurii metalice, amplasat la exterior alaturi de cel existent al cladirii.

In cazul consolidarii de la Hotel Dorobanti (2002) s-a optat pentru o solutie de consolidare exterioara cu profile metalice lucrand preponderent la eforturi de incovoiere. Practic sub structura adaugata dubleaza in fatada structura existenta de beton armat pe jumatatea inferioara a constructiei. (Fig II.2.2.3)

Sub structura metalic a este compusa din profile masive cu sectiune de tip 1 confectionate special din placi metalice groase. Conlucrarea intre acestea si structura existenta s-a realizat prin intermediul unor randuri de conectori sudati pe inima profilelor metalice si a unor ancore similare dispuse de-a lungul stalpilor si grinzilor fatadei. (Fig. II.2.2.4)

A vand in vedere grosimea mare a stratului de betonare in interspatiul delimitat de stalpi / grinzi , inima profilelor si jumatatile talpilor profilelor si nevoia unei fretari a zonei conectorilor s-a optat pentru introducerea suplimentara in zonele mentionate a unui rand de armaturi pe ambele directii. (Fig 11.2.2.5)

-23-

Profilele metalice au fost ridicate cu macaraua si fixate la pozitie prin intermediul suruburilor de inalta rezistenta pretensionate. Intregul ansamblu a fost asigurat lateral pana la inceperea operatiei de betonare si pana la atingerea gradului de maturitate necesar prin ancorarea la stalpii de beton armat de fatada. (Fig. II.2.2.6.)

Fig II.2.2.3 - Consoli dare cu profile metalice Hotel Dorobanti

Fig 11.2.2.4. - Ancorele de prin dere a subsistemului metalic

-24-

Bibliografie:

• "F astenings for Se Okata & members '

• "Tehnologia lucra Teodorescu , ConsÎ

• "Solutii de Cons G .Arsenie, M. Voil

• "Proiectarea Cladi� • "N ormativ pentru

Social-culturale, A • FEMA 274 - "�

Buildings" - Socie1 • FEMA 310 - "NE]

- Society of Civil I • FEMA 357 - "Gl�

for the Seismic R (ASCE).

• "State of Researcl the US" - Jack P. ] University of Calij

• "Eurocode 8 - DI May 2000 - Comij

Fig 11.2.2.5 - Detaliu imbinare conectori

Fig. 11.2.2.6. - Ancorarea provizorie de un stalp al fatadei