UNIVERSITATEA TEHNICĂ „GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI

Facultatea de Construcții și Instalații

– REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT –

CONTRIBUȚII LA CREȘTEREA SIGURANȚEI ÎN

EXPLOATARE A REZERVOARELOR DE APĂ

Doctorand:

ing. Alexandru FILIP

Conducător de doctorat:

prof. univ. em. dr. ing. Liviu GROLL

IAȘI – 2019

1

CUPRINS

Lista figurilor

Lista tabelelor

CAPITOLUL 1. ELEMENTE GENERALE SPECIFICE STRUCTURILOR DE STOCARE

A APEI

1.1. CONSIDERAȚII GENERALE

1.2. ACTUALITATEA ȘI IMPORTANȚA TEMEI

1.3. STRUCTURA TEZEI

1.4. ISTORICUL DEZVOLTĂRII SISTEMELOR DE ALIMENTARE ȘI STOCARE A

APEI

1.4.1. Istoricul dezvoltării pe plan mondial

1.4.2. Istoricul dezvoltării în România

1.5. CLASIFICAREA REZERVOARELOR DE APĂ

CAPITOLUL 2. STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL DE

CERCETARE

2.1. CERCETĂRI EFECTUATE LA NIVEL INTERNAȚIONAL

2.2. CERCETĂRI EFECTUATE LA NIVEL NAȚIONAL

2.3. ASPECTE PRIVIND DURABILITATEA REZERVOARELOR DE APĂ

CAPITOLUL 3. TIPURI DE DEGRADĂRI SPECIFICE REZERVOARELOR DE APĂ

3.1. ASPECTE GENERALE

3.2. CAUZELE ȘI NATURA PROCESELOR DISTRUCTIVE

3.3. DEGRADAREA FIZICĂ A BETONULUI

3.3.1. Fisurarea betonului

3.3.1.a. Fisuri rezultate din contracția plastică

3.3.1.b. Fisuri rezultate din tasarea plastică

3.3.1.c. Fisuri rezultate din variația termică

3.3.1.d. Fisuri rezultate din coroziunea armăturii

3.3.2. Efectul ciclurilor îngheț – dezgheț

3.3.3. Uzura mecanică prin abraziune

3.3.4. Eroziunea cavitațională

3.4. DEGRADAREA CHIMICĂ A BETONULUI

3.4.1. Coroziunea betonului

3.4.1.a. Coroziunea prin dizolvare – levigare

3.4.1.b. Coroziunea acidă

3.4.1.c. Coroziunea sulfatică

2

3.4.1.d. Coroziunea magneziană

3.4.2. Coroziunea armăturii de oțel din beton

3.5. DEGRADAREA BIOCHIMICĂ A BETONULUI

3.6. DETERIORĂRI ACCIDENTALE

CAPITOLUL 4. ASIGURAREA CALITĂȚII REZERVOARELOR DE APĂ

4.1. CONCEPTUL DE CALITATE

4.2. URMĂRIREA COMPORTĂRII ÎN TIMP

4.2.1. Aspecte generale / legislative

4.2.2. Urmărirea curentă a comportării în timp

4.2.2.a. Urmărirea curentă pe durata execuției perioada de exploatare

4.2.3. Inspectarea extinsă a comportării în timp

4.2.4. Urmărirea specială a comportării în timp

4.3. METODE DE INVESTIGARE PENTRU DETERMINAREA

CARACTERISTICILOR ȘI STĂRII FIZICE A ELEMENTELOR DE CONSTRUCȚIE

4.3.1. Metode și instrumente pentru determinarea nedistructivă / semidistructivă a

clasei betonului

4.3.1.a. Metoda carotelor

4.3.1.b. Încercarea carotelor la întindere prin despicare

4.3.1.c. Încercarea carotelor la compresiune

4.3.1.d. Metoda de duritate superficială (sclerometrarea)

4.3.2.e. Metoda ultrasonică de impuls

4.3.1.f. Metoda nedistructivă combinată

4.3.1.g. Metoda rezistenței de penetrare

4.3.2. Metode și instrumente pentru determinarea defectelor interne ale betonului

4.3.2.a. Metoda radiografică

4.3.2.b. Metoda ecoului de impact

4.3.2.c. Metoda radar

4.3.3. Metode și instrumente pentru determinarea poziției armăturilor, diametrului

acestora, respectiv a grosimii stratului de acoperire cu beton

4.3.3.a. Metoda inducției electromagnetice (profometru)

4.3.3.b. Metoda radiometrică

4.3.3.c. Metoda rezistivității electrice

4.3.3.d. Metoda pulsului galvanostatic

4.3.3.e. Metoda polarizării liniare

4.3.4. Metode și instrumente pentru determinarea nivelului umidității elementelor

de construcție

4.3.4.a. Metoda foliei de plastic

4.3.4.b. Testul clorurii de calciu

4.3.5. Metode și instrumente pentru verificarea locurilor greu accesibile

3

4.3.5.a. Endoscop

CAPITOLUL 5. METODE DE REABILITARE A REZERVOARELOR DE APĂ

5.1. ANALIZA OPORTUNITĂȚII REABILITĂRII STRUCTURALE A

REZERVOARELOR DE APĂ - NECESITATE SAU OBLIGATIVITATE ?

5.2. PROCEDURI PENTRU LUCRĂRI DE REABILITARE STRUCTURALĂ A

REZERVOARELOR DE APĂ

5.2.1. Metode de reabilitare structurală

5.2.1.a. Injectarea fisurilor (fundație, pereți, acoperiș)

5.2.1.b. Refacerea rosturilor de lucru și impermeabilizarea acestora

5.2.1.c. Cămășuirea pereților rezervorului prin torcretare cu mortare

speciale

5.2.1.d. Cămășuirea pereților rezervorului prin aplicarea materialelor

compozite (lamele, țesături)

5.2.1.e. Post-tensionarea pereților rezervorului

5.2.2. Metode de protecție antiseismică (metodă utilizată la rezervoarele

supraterane amplasate în zone active seismic)

5.2.2.a. Izolatori seismici

5.2.2.b. Atenuatori seismici

5.2.3. Metode de protecție la foc (ignifugare)

5.2.4. Metode de protecție termică (termoizolare)

5.2.4.a. Vată minerală bazaltică

5.2.4.b. Spumă poliuretanică (PUR)

5.2.5. Metode de protecție la acțiunea apei (hidrofobizare)

5.2.6. Lucrări de R.K. la instalațiile și echipamentele din dotare

CAPITOLUL 6. STUDII DE CAZ - PROCEDEE DE REABILITARE A

REZERVOARELOR DE APĂ (SUBTERAN, SUPRATERAN)

6.1. ANALIZĂ MULTICRITERIALĂ A REZERVOARELOR DE APĂ AMPLASATE

ÎN REGIUNEA MOLDOVEI (RO)

6.1.1. Criteriul 1: tipul constructiv

6.1.2. Criteriul 2: capacitatea de înmagazinare

6.1.3. Criteriul 3: perioada de exploatare

6.1.4. Observații privind analiza statistică

6.2. REZERVOR DE APĂ SUBTERAN (sat VIȘAN)

6.2.1. Descrierea sistemului structural

6.2.2. Expertizarea obiectivului studiat

6.2.2.a. Inspecția vizuală a structurii

6.2.2.b. Testări nedistructive

6.2.3. Validarea rezultatelor determinărilor prin modelare numerică

4

6.2.4. Soluții propuse de reabilitare hidrofugă

6.3. REZERVOR DE APĂ SUPRATERAN (comuna MIROSLAVA)

6.3.1. Descrierea sistemului structural

6.3.2. Expertizarea obiectivului studiat

6.3.2.a. Inspecția vizuală a structurii

6.3.2.b. Metode de testare distructivă

6.3.2.c. Metode de testare nedistructivă

6.3.3. Validarea rezultatelor prin modelare numerică

6.3.3.a. Modelare numerică realizată cu datele din proiectul inițial

6.3.3.b. Predicționarea comportării în timp a structurii

6.3.4. Soluții propuse de reabilitare

6.3.4.a. Reabilitarea structurală a elementelor prefabricate ale peretelui

vertical

6.3.4.b. Reabilitarea structurală a elementelor de acoperiș cu materiale

compozite polimerice armate cu fibre

6.3.4.c. Reabilitarea hidrofugă a elementelor structurale

6.3.4.d. Reabilitarea termică a elementelor structurale

6.3.4.e. Realizarea unui trotuar perimetral etanș din beton

6.3.4.f. Betonul ,,self-healing” – metodă modernă de reabilitare a betonului

utilizat în construcția rezervoarelor de apă

6.4. ANALIZA COST – TIMP – BENEFICIU

6.5. ALGORITM DE ASIGURARE A MANAGEMENTULUI CALITĂȚII

LUCRĂRILOR DE MONITORIZARE / INTERVENȚIE

6.6. CONCLUZII PRIVIND STUDIILE DE CAZ

CAPITOLUL 7. CONCLUZII, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI VALORIFICAREA

REZULTATELOR CERCETĂRII

7.1. CONCLUZIILE PROGRAMULUI DE CERCETARE

7.2. POSIBILE DIRECȚII DE DEZVOLTARE / CONTINUARE A CERCETĂRII

7.3. CONTRIBUȚII PERSONALE ADUSE DOMENIULUI STUDIAT

7.4. METODE DE VALORIFICARE A REZULTATELOR CERCETĂRII

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

5

Lista figurilor

Capitolul 1

Figura 1.1. Sistem de alimentare cu apă – Roma Antică

Capitolul 2

Figura 2.1. Rezervor din beton precomprimat – 45.000 m3

Figura 2.2. Rezervor cilindric circular din beton armat – 300 m3

Figura 2.3. Durabilitatea rezervoarelor de apă – analiză multicriterială

Capitolul 4

Figura 4.1. Componentele urmăririi comportării în timp a construcțiilor speciale

Capitolul 6

Figura 6.1. Amplasarea rezervoarelor de apă – județul Iași

Figura 6.2. Ponderea numărului de obiective aflate în exploatare – regiunea Moldovei

Figura 6.3. Distribuția numărului de obiective în funcție de tipul constructiv

Figura 6.4. Rezervoare de apă subterane

Figura 6.5. Rezervoare de apă semi-îngropate

Figura 6.6. Rezervoare de apă supraterane

Figura 6.7. Distribuția rezervoarelor de apă în funcție de capacitatea de înmagazinare

Figura 6.8. Distribuția rezervoarelor de apă raportată la durata de exploatare

Figura 6.9. Rezervor Vișan a). Secțiune orizontală; b). Secțiune transversală;

Figura 6.10. Perspectiva rezervorului

Figura 6.11. Rezervorul de apă Miroslava a). secțiune orizontală; b). secțiune transversală

Figura 6.12. Perspectiva rezervorului

Figura 6.13. Distribuția tensiunilor – stadiu de proiect

Figura 6.14. Distribuția tensiunilor – stadiul actual

Figura 6.15. Vedere laterală și secțiuni ale elementului de acoperiș

Figura 6.16. Model structural – grindă simplu rezemată

Figura 6.17. Repararea fisurii cu ajutorul betonului ”self-healing” – situație practică

Figura 6.18. Analiză comparativă în funcție de valoarea investiției

Figura 6.19. Analiză comparativă în funcție de durata de execuție

Figura 6.20. Algoritm de asigurare a managementului calității lucrărilor de monitorizare

Figura 6.21. Algoritm de asigurare a managementului calității lucrărilor de intervenție

6

Lista tabelelor

Capitolul 6

Tabel 6.1. Fondul construit existent – Regiunea Moldovei

Tabel 6.2. Fondul construit existent în funcție de tipul constructiv

Tabel 6.3. Situația fondului existent în funcție de durata de exploatare

Tabel 6.4. Rezultatele încercărilor la compresiune – perete circular

Tabel 6.5. Rezultatele încercărilor la compresiune – stâlp interior

Tabel 6.6. Ipoteze de încărcare

Tabel 6.7. Rezultate numerice obținute

Tabel 6.8. Rezistența la întindere – probe de torcret

Tabel 6.9. Rezistența la compresiune – probe de torcret

Tabel 6.10. Date de intrare

Tabel 6.11. Ipoteză de încărcare

Tabel 6.12. Ipoteză de încărcare

Tabel 6.13. Date geometrice

Tabel 6.14. Date de intrare

Tabel 6.15. Combinații de încărcări

Tabel 6.16. Analiză comparativă

7

CAPITOLUL 1

ELEMENTE GENERALE SPECIFICE STRUCTURILOR DE

STOCARE A APEI

1.1. CONSIDERAȚII GENERALE

Apa a reprezentat dintotdeauna una din resursele necesare existenței vieții și o necesitate

fundamentală a umanității. Dezvoltarea așezărilor omenești a avut drept consecință amplificarea

consumului de resurse (energie, apă etc). În marile orașe, sistemele de alimentare cu apă constituie

dotări indispensabile care intervin ca factor important în aproape toate procesele industriale. Odată

cu urbanizarea accelerată (apariția și dezvoltarea marilor orașe, metropole, megalopolisuri),

necesitățile locuitorilor au crescut exponențial, concomitent cu explozia demografică, fapt care a

impus dezvoltarea, modernizarea și întreținerea sistemelor centralizate de alimentare cu apă.

Un sistem public centralizat care exploatează o sursă de apă, este o responsabilitate majoră

care are implicații asupra sănătății și siguranței publice în zonele urbane dens populate. În zilele

noastre, apa potabilă, este o necesitate absolută nu doar pentru consum, salubrizare, stingerea

incendiilor, dar și pentru procesele industriale.

Sistemul centralizat de alimentare cu apă, constă în captarea și aducțiunea apei de la sursă,

stații de pompare, stații de tratare, rezervoare de înmagazinare (pentru crearea unei rezerve de

avarie și a volumului necesar compensării variațiilor de consum) și sistemul de distribuție a apei

către consumatori.

Găsirea unei surse suficiente de apă, care să fie exploatată în siguranță și apoi să fie

distribuită către consumatori (cu aproape niciun moment de întrerupere) necesită o infrastructură

fiabilă și, probabil, cea mai vizibilă componentă a unui sistem public de alimentare cu apă este

rezervorul. Acestea sunt structuri speciale care servesc pentru înmagazinarea apei.

Utilizarea structurilor de înmagazinare a apei datează încă din epoca neolitică. Se crede că

primele „rezervoare” de apă au fost construite în Africa de Est de către homo habilis acum

aproximativ 2.000.000 de ani în urmă, prin săparea unor galerii pentru stocarea apei și dirijarea

acesteia către „locuințe”. Ceea ce pentru homo habilis a reprezentat o necesitate, odată cu trecerea

timpului pentru homo sapiens s-a transformat în calitatea confortului de zi cu zi, prin construirea

sistemelor de alimentare cu apă.

Domeniul larg de utilizare al acestor tipuri de structuri, precum și condițiile funcționale și

de rezistență au condus la realizarea unei game variate de sisteme constructive, metode și

tehnologii de execuție. Monitorizarea parametrilor funcționali se efectuează intermitent și poate fi

inclusă într-un sistem automatizat împreună cu alte construcții și instalații.

Funcționarea acestor structuri de stocare a apei nu se poate realiza fără o supraveghere

strictă și permanentă. În acest scop, este necesară investigarea și verificarea elementelor

8

structurale, precum și determinarea precisă a parametrilor și proceselor funcționale a structurii și

a instalațiilor hidrotehnice, prin prisma respectării criteriului de siguranță în exploatare a

rezervoarelor de apă (Vascu, 2012).

În condițiile î„n care în perioada 1955 ÷ 1990, în România s-au executat numeroase sisteme

de alimentare cu apă (stații de pompare, rezervoare, etc.), odată cu trecerea timpului aceste

construcții s-au apropiat de durata normată de exploatare (Mănescu, 1998).

Printre construcțiile cele mai afectate de trecerea timpului sunt rezervoarele de apă, având

diferite capacități de înmagazinare, majoritatea fiind executate din beton armat și precomprimat.

Acestea reprezintă obiective strategice importante pentru comunitate, cea mai mare parte din ele

fiind încă în exploatare.

Întrucât, majoritatea construcțiilor de stocare a apei, prezintă o stare avansată de degradare

/ deteriorare ca urmare a unor condiții particulare de exploatare (medii cu agresivitate chimică,

umiditate ridicată, procese tehnologice, etc.), se impun lucrări de întreținere și reparații curente iar

uneori, aplicarea procedurilor de reabilitare structurală (în cazul celor avariate/degradate

semnificativ).

Reparațiile efectuate sunt de cele mai multe ori necorespunzătoare calitativ datorită

utilizării neconforme a materialelor de construcții, a unor erori de execuție, lipsei de personal

calificat, fără eliminarea cauzelor care au condus la degradarea structurii. În cele mai multe situații,

din considerente economice se preferă alternativa prelungirii duratei de exploatare, în detrimentul

construirii unor noi obiective.

Asemenea situații ar putea fi evitate, prin adoptarea unor măsuri suplimentare de protecție

în vederea sporirii exigențelor de durabilitate. Noțiunea de durabilitate este definită ca fiind

intervalul de timp în care construcția își păstrează toate caracteristicile funcționării ei normate, în

condițiile asigurării unei întrețineri periodice.

În cazul rezervoarelor de apă, studiul durabilității prezintă o importanță deosebită deoarece,

prin cercetările și observațiile efectuate în diverse stadii (proiectare, execuție, exploatare) se

urmărește analizarea, identificarea și cuantificarea factorilor care influențează durata de exploatare

a acestor tipuri de structuri și propunerea unor soluții moderne sustenabile de reabilitare

structurală.

Aceste măsuri tehnice de intervenție vizează repunerea / menținerea în funcțiune a

obiectivelor de construcții și creșterea valorilor nominale ale caracteristicilor de durabilitate pentru

a asigura / crește perioada de serviciu normată.

1.2. ACTUALITATEA ȘI IMPORTANȚA TEMEI

Dezvoltarea așezărilor urbane are drept consecință amplificarea corespunzătoare a

consumului de resurse (energie, apă). În marile orașe, sistemele de alimentare cu apă constituie

dotări indispensabile care intervin ca factor important în aproape toate activitățile ce se desfășoară

în cadrul unei comunități.

Sistemul centralizat de alimentare cu apă, constă în captarea și aducțiunea apei de la sursă,

9

stații de pompare, stații de tratare, rezervoare de înmagazinare pentru crearea unei rezerve de

avarie și a volumului necesar compensării variațiilor de consum și sistemul de distribuție a apei

către consumatori.

În perioada 1955 – 1990, în România s-au executat numeroase sisteme de alimentare cu

apă (stații de pompare, rezervoare, etc.), odată cu trecerea timpului aceste construcții apropiindu-

se de durata normată de exploatare.

Printre construcțiile cele mai afectate sunt rezervoarele de apă, acestea având diferite tipuri

constructive, capacități de înmagazinare și durate de exploatare, majoritatea fiind executate din

beton armat și precomprimat.

Aceste structuri reprezintă obiective strategice importante pentru comunitate, majoritatea

fiind încă în exploatare.

Întrucât, majoritatea construcțiilor de stocare a apei, prezintă o stare avansată de degradare

ca urmare a unor condiții particulare de exploatare (medii cu agresivitate chimică, umiditate

ridicată, procese tehnologice, etc.), adesea se impun lucrări de întreținere și reparații asupra

obiectivelor de construcții.

În majoritatea situațiilor, din considerente economice, se preferă alternativa prelungirii

duratei de exploatare (prin execuția lucrărilor de reabilitare), în detrimentul construirii unor noi

obiective. Asemenea situații ar putea fi evitate, prin adoptarea unor măsuri suplimentare de

protecție în vederea sporirii caracteristicilor de durabilitate.

În cazul rezervoarelor de apă, studiul durabilității prezintă o importanță deosebită deoarece,

prin cercetările și observațiile efectuate în diverse stadii (execuție, exploatare) se urmărește

identificarea și analizarea factorilor care influențează durata de exploatare a acestor tipuri de

structuri și propunerea unor soluții sustenabile de reabilitare.

Aceste măsuri tehnice de intervenție vizează punerea în funcțiune a obiectivelor de

construcții analizate și creșterea valorilor nominale ale caracteristicilor de durabilitate pentru a

asigura o perioadă de serviciu regulată.

1.3. STRUCTURA TEZEI

Lucrarea este structurată pe 7 capitole în care a fost studiată problematica privind

investigarea, diagnosticarea și reabilitarea prin metode clasice / moderne a construcțiilor speciale.

Capitolul 1. Elemente generale specifice structurilor de stocare a apei

Capitolul prezintă elemente introductive specifice domeniului tezei de doctorat. În acest

capitol, sunt abordate considerații generale, actualitatea și importanța temei studiate, istoricul

sistemelor de alimentare și stocare a apei, precum și o amplă clasificare a structurilor speciale de

stocare a apei potabile (rezervoare).

Capitolul 2. Stadiul actual al cunoașterii în domeniul de cercetare

Capitolul realizează o sinteză privind stadiul cercetărilor la nivel internațional și în

România, în domeniul rezervoarelor de apă. Ulterior, este prezentată o analiză multicriterială pe

etape de evoluție (proiectare, execuție și exploatare) a factorilor care influențează durabilitatea

10

betonului utilizat în construcția structurilor de stocare a apei.

Capitolul 3. Tipuri de degradări specifice rezervoarelor de apă

Capitolul constă în descrierea degradărilor (de natură fizică, chimică, biochimică,

accidentală) identificate la nivelul elementelor structurale din beton armat a structurilor speciale.

În continuare sunt descrise, cauzele generatoare de degradări și efectele acestora asupra

durabilității betonului.

Capitolul 4. Asigurarea calității rezervoarelor de apă

Capitolul debutează cu prezentarea aspectelor legislative privitoare la asigurarea calității

lucrărilor și urmărirea comportării în timp (urmărire curentă, inspectare extinsă și urmărirea

specială) a acestor tipuri de structuri speciale. În continuare sunt prezentate metodele de

investigare (analize chimice, testări nedistructive / semidistructive) utilizate pentru determinarea

stării de degradare structurală (caracteristici fizico-mecanice) a elementelor din beton armat.

Capitolul 5. Metode de reabilitare a rezervoarelor de apă

Capitolul sintetizează metodele utilizate în vederea efectuării lucrărilor de reabilitare

(structurală, hidrofugă, termică, operațională) în cazul rezervoarelor de apă și prezintă detaliat

etapele tehnologice pe fiecare element structural.

Capitolul 6. Studii de caz - procedee de reabilitare a rezervoarelor de apă (subteran,

suprateran)

Capitolul debutează cu o analiză statistică a stării actuale a fondului existent construit

(structuri de stocare a apei) la nivelul regiunii Moldova (județele Suceava, Botoșani, Neamț,

Bacău, Vaslui) justificată pentru actualitatea și importanța temei. În continuare sunt prezentate

două studii de caz (rezervoare de apă) aflate în exploatarea S.C. Apavital S.A. (rezervor subteran

500 m3 – sat Vișan, județul Iași, respectiv rezervor suprateran 5000 m3 – comuna Miroslava,

județul Iași). Finalmente, se realizează o analiză cost – timp – beneficiu, precum și un algoritm de

asigurare a managementului calității lucrărilor de monitorizare / intervenție asupra acestor tipuri

de structuri.

Capitolul 7. Concluzii, contribuții personale și valorificarea rezultatelor cercetării

Capitolul finalizează teza de doctorat prezentând concluziile programului de doctorat,

enumerarea posibilelor direcții de dezvoltare /continuare a tematicii abordate, contribuțiile

personale și metode de valorificare a rezultatelor cercetării (publicarea de lucrări științifice în

cadrul conferințelor naționale și internaționale, reviste de specialitate).

1.4. ISTORICUL DEZVOLTĂRII SISTEMELOR DE ALIMENTARE

ȘI STOCARE A APEI

1.4.1. Istoricul dezvoltării pe plan mondial

Cele mai vechi amenajări de alimentare și stocare a apei au existat acum aproximativ 5000

de ani. În Egiptul Antic, existau mecanisme simple pentru ridicarea apei, asemănătoare

11

cumpenelor (Giurconiu et. al, 2002).

În China Antică, se foloseau puțuri pentru alimentarea cu apă, uneori foarte adânci, din

care apa era scoasă cu găleți cu ajutorul unor sisteme utilizând scripeți și trolii.

Babilonienii au construit lacuri de acumulare (poate primul tip de rezervor cunoscut –

rezervorul de pământ) și foloseau procedee de ridicare a apei la înălțime, utilizând-o la udatul

grădinilor și pentru alte scopuri. Pentru transportul apei, în antichitate se foloseau canale cu

scurgere liberă și conducte din tuburi de argilă-arsă pentru distribuirea apelor din rezervoare.

Roma Antică era alimentată prin mai multe apeducte, care constituiau modele de „artă

inginerească” în antichitate. Apa era adusă prin gravitație în rezervoare centrale (figura 1.1), de

unde era distribuită prin conducte spre băile publice și spre locuințele patricienilor (Bucur, 1980).

Figura 1.1. Sistem de alimentare cu apă – Roma Antică

(https://www.crossfithartford.com/dummies_aqueduct_diagram_%27.php)

1.4.2. Istoricul dezvoltării în România

Pe teritoriul tării noastre s-au descoperit numeroase lucrări vechi de alimentari cu apă.

Astfel, în cetățile dacice (Grădiștea Muncelului, Blidaru, Costești) se află captări de izvoare,

conducte din tuburi de ceramică și bazine cu pereții din zidărie sau din lemn, constituind instalații

pentru limpezirea și înmagazinarea apei din râuri de munte.

1.5. CLASIFICAREA REZERVOARELOR DE APĂ

Clasificarea rezervoarelor se poate realiza după numeroase criterii, dintre care cele mai

uzuale sunt: poziția, forma, locul în schema de alimentare, materialul de construcție, etc.

Clasificarea rezervoarelor după capacitatea de înmagazinare:

12

- de capacitate mică (capacitatea rezervorului nu depășește 1000 m3);

- de capacitate mare (capacitatea rezervorului este cuprinsă între 1000 – 6000 m3);

- de capacitate foarte mare (capacitatea rezervorului depășește 6000 m3).

Clasificarea rezervoarelor după poziția lor față de nivelul terenului:

- rezervoare îngropate;

- rezervoare parțial îngropate (semi-îngropate);

- rezervoare supraterane - rezervoare amplasate la înălțime (castele de apă).

Clasificarea rezervoarelor după formă:

- cilindrice;

- prismatice (cu baza dreptunghiulară sau poligonală);

- tronconice- concentrice;

- cuplate.

Clasificarea rezervoarelor după locul ocupat în schema de alimentare cu apă:

- Rezervoare de trecere;

- Rezervoare de capăt (tampon);

- Contrarezervoare.

Clasificarea rezervoarelor după legătura cu alte construcții:

- Rezervoare independente;

- Rezervoare incluse în structura altor construcții (stații de filtrare, clorinare).

Clasificarea rezervoarelor după materialele din care se execută:

- Rezervoare din beton;

- Rezervoare din zidărie;

- Rezervoare din lemn;

- Rezervoare din metal;

- Rezervoare din materiale compozite.

Clasificarea rezervoarelor după poziția față de rețeaua de distribuție:

- Rezervoare cu alimentarea gravitațională a rețelei (se aplică în situația în care sursa de apă și

natura reliefului permite alimentarea gravitațională, total sau parțial a consumatorilor);

- Rezervoare cu alimentarea rețelei prin pompare (în această situație este necesară punerea în

funcțiune a unor stații de pompare).

13

CAPITOLUL 2

STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL DE

CERCETARE

2.1. CERCETĂRI EFECTUATE LA NIVEL INTERNAȚIONAL

Construcția structurilor de înmagazinare a apei a căpătat amploare după cel de-al doilea

război mondial. S-au dezvoltat noi sisteme structurale și tehnologii de execuție eficiente, ceea ce

a dus la realizarea unor rezervoare de apă cu capacități de stocare foarte mari.

Spre exemplu, în perioada anilor 1950, în Statele Unite ale Americii s-au efectuat

cercetări în domeniul betonului precomprimat ceea ce a condus la proiectarea și execuția unor serii

de rezervoare cilindrice (figura 2.1) în statele Arkansas, Utah, Ohio, etc., având capacitatea de

45.000 m3.

Figura 2.1. Rezervor din beton precomprimat – 45.000 m3

Totodată, în Belgia, inginerii au pus în practică ideea prevederii unui radier pe piloți din

beton armat / precomprimat. În acest caz, în orașul Eupen, s-a realizat un rezervor rectangular cu

capacitatea de 50.000 m3.

În Franța, unul dintre cele mai impresionante rezervoare este cel realizat la Porte de Lilas

Paris. Acest rezervor paralelipipedic, având o capacitate de 200.000 m3, este realizat din cuve de

beton parțial precomprimat, cu compartimente suprapuse, în interiorul unei incinte din elemente

cilindrice.

În Olanda, a fost aplicată o soluție inedită pentru rezervoarele supraterane cu capacitatea

de 35.000 m3. Acoperișul sub formă de cupolă cu deschiderea minimă de 76,84 m, se

caracterizează printr-o grosime variabilă a plăcii, de la 15 cm la partea superioară până la 25 cm

spre reazeme, respectiv prin existența unui inel de rezemare din beton precomprimat. Acesta este

dispus pe stâlpi plasați pe o fundație inelară exterioară având diametrul de 85,6 m.

14

2.2. CERCETĂRI EFECTUATE LA NIVEL NAȚIONAL

La nivel național, în vederea creșterii siguranței în exploatare a rezervoarelor de apă, au

fost adoptate soluții structurale noi, atât pentru capacități cuprinse între 50 și 1000 m3, cât și pentru

cele mai mari, de 10.000 m3. Acest lucru implică prefabricarea pereților cilindrici și refacerea

continuității prin precomprimare, respectiv, prefabricarea acoperișului (utilizând elemente cu

caracter liniar de lucru, având deschideri mari).

În România, sistemele constructive reprezentative au fost cercetate, proiectate și executate

după cel de-al Doilea Război Mondial.

În anul 1956, IPCT (Institutul de Proiectare, Cercetare și Tehnică de Calcul în Construcții)

București a demarat cercetarea și elaborarea proiectelor tip pentru rezervoare de înmagazinare a

apei având capacități de 50, 75, 100, 200, 300 (figura 2.2), 500, 750, 1000 m3. Din punct de vedere

structural, proiectele elaborate pentru toate capacitățile de înmagazinare a apei, prevedeau o placă

plană de fund, elastică, având grosime redusă, executată din beton armat C18/22,5 (B 300), radierul

devenind flexibil. Hidroizolația se realiza cu tencuială de ciment în două straturi la interior și cu

un strat de pânză TCA la exterior (Pop, 2009).

Figura 2.2. Rezervor cilindric circular din beton armat – 300 m3

În anul 1964, INCERC (Institutul de Cercetări în Construcții și Economia Construcțiilor)

București a realizat un rezervor experimental, având diametrul interior de 15,66 m și înălțimea de

3,80 m. Pentru construirea lui, s-au utilizat 45 de elemente prefabricate de perete din beton

precomprimat C25/30 (B 400) cu armătură longitudinală pretensionată, având lățimea de 107,5 cm

și grosimea de 12 cm. Asamblarea elementelor precomprimate s-a efectuat prin înfășurare sub

tensiune mecanică a unor sârme din oțel de înaltă rezistență, cu ajutorul unei instalații speciale.

Acest procedeu permite pretensionarea rezervoarelor (cilindrice, paralelipipedice) cu diametre

cuprinse între 10 – 42 m și înălțimi de până la 8,50 m (Hobjilă, 2001).

Începând din anul 1976, s-a aplicat procedeul de precomprimare cu fascicule răsfirate,

procedeu în care fasciculele sunt blocate în nervuri, însă pe distanța dintre nervuri acestea sunt

răsfirate cu ajutorul unor piepteni de distanțare. În acest caz, armătura din oțel de înaltă rezistență,

15

este plasată în exteriorul secțiunii verticale a peretelui. Prin utilizarea acestui procedeu, s-au

executat rezervoare de apă de mari capacități la Deva, Simeria, Hunedoara, Suceava și Petroșani

(Hobjilă et. al, 1999).

Între anii 1970-1980, datorită creșterii continue a necesarului de apă pentru populație și

industrie, ISLGC / PROED București a elaborat proiecte de rezervoare cilindrice cu capacități de

10.000 m3 și 20.000 m3, respectiv rezervoare paralelipipedice cu capacități de 40.000 m3, complet

îngropate în teren. În această perioadă, au fost executate construcții de stocare a apei la Pitești (2

x 10.000 m3), Iași (2 x 10.000 m3) , Constanța, Galați (2 x 20.000 m3) și București (40.000 m3).

2.3. ASPECTE PRIVIND DURABILITATEA REZERVOARELOR DE APĂ

Orice construcție reprezintă un sistem complex aflat într-o continuă interacțiune atât cu

mediul natural cât și cu cel antropic, acumulând permanent consecințele tuturor categoriilor de

acțiuni ce o solicită (inclusiv cele specifice modului de exploatare). Se poate admite astfel, faptul

că în structura acestora, odată cu trecerea timpului apar diverse degradări și avarii (Farrar et. al,

2007).

Durabilitatea reprezintă capacitatea unei structuri de a se menține o perioadă lungă de timp

fără deteriorări / degradări semnificative (în condițiile asigurării unei întrețineri periodice), având

un impact redus asupra mediului.

Pentru o bună analiză și interpretare a efectelor generate de factorii care afectează

durabilitatea structurilor din beton armat, vor fi identificate (multicriterial) cauzele acestora:

Cauze naturale (datorită expunerii la condițiile de mediu):

➢ de natură fizică;

➢ de natură chimică;

➢ de natură biologică;

➢ datorate unor acțiuni excepționale (cutremur, accident, alunecări de teren, inundații,

incendii, explozii).

Cauze antropice:

➢ datorate proiectării neconforme;

➢ datorate execuției deficitare;

➢ datorate exploatării și întreținerii incorecte;

Pentru o mai bună înțelegere a modului în care este afectată durabilitatea unui rezervor din

beton armat, am ales să prezentăm în ordine cronologică factorii care determină durabilitatea, adică

pe etapele de evoluție a structurii. S-a ales această modalitate de prezentare, deoarece identificarea

oricăror degradări / deteriorări este mai ușor de realizat cronologic și, evident, trebuie aplicate

măsuri în vederea eliminării / atenuării acestor cauze și efecte în stadiul specific în care acestea

apar.

Analiza multicriterială a factorilor care afectează durabilitatea rezervoarelor de apă din

beton armat s-a efectuat pe etape de evoluție a structurii, începând cu faza de concept/proiectare,

execuție și exploatare pe toată durata de viață a structurii (figura 2.3).

16

Figura 2.3. Durabilitatea rezervoarelor de apă – analiză multicriterială

17

CAPITOLUL 3

TIPURI DE DEGRADĂRI SPECIFICE

REZERVOARELOR DE APĂ

3.1. ASPECTE GENERALE

Construcțiile sunt supuse, de obicei, la acțiuni care provin din exploatarea lor normală, dar

pot fi supuse și la acțiuni excepționale (de exemplu, căderi abundente de zăpadă, uragane,

inundații, incendii, cutremure de pământ sau alte șocuri puternice).

În aceste condiții, în funcție de calitatea materialelor utilizate, de modul în care ipotezele

de calcul avute în vedere la proiectare reușesc să se apropie de realitate, precum și de eventualele

greșeli de execuție, se pot produce diverse degradări ale construcțiilor și chiar avarii ale acestora.

Cauzele degradării lucrărilor din beton pot, în numeroase situații, să își suprapună efectele,

accentuând sau accelerând astfel procesele de degradare a elementelor și construcțiilor (Ionescu,

1997). Acestea pot fi clasificate astfel:

➢ în funcție de variația acțiunilor în timp:

- acțiuni permanente (greutatea proprie a construcției);

- acțiuni variabile (acțiunea vântului, acțiunea zăpezii, împingerea pământului, încărcări

utile);

- acțiuni accidentale (explozii, impact, seism);

➢ în funcție de gradul de imprecizie:

- erori de concepție / proiectare;

- erori de execuție;

- erori de exploatare și întreținere;

➢ în funcție de natura degradării:

- degradare fizică (fisurare, abraziune, cicluri îngheț-dezgheț);

- degradare chimică (coroziunea betonului și a armăturii);

- degradare biochimică;

➢ în funcție de cauzele proceselor distructive:

- cauze interne;

- cauze externe;

3.2. CAUZELE ȘI NATURA PROCESELOR DISTRUCTIVE

Urmărirea comportării în timp a construcțiilor constă în observarea, identificarea și

înregistrarea unor cauze care pot genera apariția unor degradări în elementele structurale precum:

exploatarea necorespunzătoare a construcției ca urmare a unor supraîncărcări accidentale;

18

producerea unor reacții chimice între constituenții elementelor structurale și diverși agenți

agresivi;

coroziunea armăturilor;

amplificarea unor procese fizico-chimice cu caracter distructiv;

O analiză complexă a cauzelor și efectelor manifestate în derularea acțiunilor distructive are la

bază estimarea duratei de viață a construcției ajunsă într-o anumită stare de degradare.

Starea de degradare a betonului armat, se amplifică concomitent cu modificările care apar

în structura pietrei de ciment, sub influența acțiunilor exercitate din interior, cât și din exterior.

Condițiile improprii de exploatare favorizează dezvoltarea proceselor distructive prin

apariția tensiunilor interne coroborate cu o agresivitate constantă a factorilor de mediu implicați.

Diminuarea caracteristicilor de durabilitate ale betonului armat, are la origine:

➢ cauze interne (se întâlnesc în masa elementului de construcție);

➢ cauze externe (se datorează acțiunilor exercitate asupra elementului structural).

În cadrul acestui capitol sunt prezentate principalele tipuri de degradări specifice

rezervoarelor de apă:

3.3. Degradarea fizică a betonului

3.3.1. Fisurarea betonului

3.3.1.a. Fisuri rezultate din contracția plastică

3.3.1.b. Fisuri rezultate din tasarea plastică

3.3.1.c. Fisuri rezultate din variația termică

3.3.1.d. Fisuri rezultate din coroziunea armăturii

3.3.2. Efectul ciclurilor îngheț – dezgheț

3.3.3. Uzura mecanică prin abraziune

3.3.4. Eroziunea cavitațională

3.4. Degradarea chimică a betonului

3.4.1. Coroziunea betonului

3.4.1.a. Coroziunea prin dizolvare – levigare

3.4.1.b. Coroziunea acidă

3.4.1.c. Coroziunea sulfatică

3.4.1.d. Coroziunea magneziană

3.4.2. Coroziunea armăturii de oțel din beton

3.5. Degradarea biochimică a betonului

3.6. Deteriorări accidentale

19

CAPITOLUL 4

ASIGURAREA CALITĂȚII REZERVOARELOR DE APĂ

4.1. CONCEPTUL DE CALITATE

Conceptul de calitate în construcții poate fi definit ca fiind rezultanta totalității

performanțelor de comportare a acestora pe perioada exploatării, în scopul satisfacerii, pe întreaga

durată de existență, a exigențelor utilizatorilor și colectivităților.

În cazul structurilor speciale, precum rezervoarele de apă, pentru obținerea unor construcții

de calitate sunt obligatorii realizarea și menținerea, pe întreaga durată de exploatare a

construcțiilor, a următoarelor cerințe fundamentale:

- rezistență mecanică și stabilitate;

- securitate la incendiu;

- igienă, sănătate și mediu înconjurător;

- siguranță și accesibilitate în exploatare;

- economie de energie și izolare termică;

- utilizare sustenabilă a resurselor naturale (HG 766/1997).

Respectarea tuturor cerințelor fundamentale conduce la instituirea sistemului calității în

construcții. Sistemul calității în construcții reprezintă ansamblul de structuri organizatorice,

responsabilități, regulamente, proceduri și mijloace, care concură la realizarea calității

construcțiilor în toate etapele de concepere, realizare, exploatare și postutilizare a acestora.

Controlul sistemului calității în construcții are în principal următoarele obiective:

- îndeplinirea obligațiilor legale de către autoritățile publice locale sau centrale sau agenți

economici referitoare la eliberarea documentelor necesare (certificat de urbanism, autorizație de

construire, avize, etc);

- respectarea prevederilor legale privind realizarea, exploatarea și postutilizarea construcțiilor;

- respectarea prevederilor autorizației de construire, avizelor și altor documente emise de organele

competente, respectiv a reglementărilor tehnice în vigoare;

- îmbunătățirea sistemului calității în construcții;

Calitatea lucrărilor la structurile speciale de stocare a apei, are un rol fundamental deoarece

prin respectarea tuturor exigențelor se asigură o durată de exploatare îndelungată, nefiind necesare

intervenții în acest scop.

4.2. URMĂRIREA COMPORTĂRII ÎN TIMP

4.2.1. Aspecte generale / legislative

În cazul structurilor speciale în construcții, la bază stau mai multe reglementări tehnice și

20

normative ale căror prevederi stabilesc urmărirea comportării în timp a acestor tipuri de structuri

Scopul urmăririi comportării în timp a structurilor speciale este obținerea informațiilor în vederea

asigurării construcțiilor pentru o exploatare normală. Urmărirea în timp a construcțiilor (figura

4.1) prezintă trei componente: urmărirea curentă, inspectarea extinsă și urmărirea specială;

Figura 4.1. Componentele urmăririi comportării în timp a construcțiilor speciale

4.2.2. Urmărirea curentă a comportării în timp

Urmărirea curentă a comportării construcțiilor speciale se efectuează printr-o examinare

vizuală directă și urmărește aprecierea stării elementelor de construcții (existența petelor de rugină,

decolorărilor, eflorescențelor, cristalizărilor de săruri, urmărirea evoluției fisurilor, etc). În anumite

situații, se poate realiza prin utilizarea unor mijloace de măsurare temporare sau permanente, ce

au ca scop depistarea din timp a unor defecte și degradări (Ordin 847/2014).

4.2.2.a. Urmărirea curentă pe durata execuției

Urmărirea curentă se realizează pe toată durata de execuție a construcției, întocmindu-se

astfel un grafic pe faze specifice de execuție pentru fiecare obiect și categorie de lucrări.

4.2.2.b. Urmărirea curentă în perioada de exploatare

Urmărirea curentă în perioada de exploatare se desfășoară pe toată durata de viață a

construcției. Aceasta se realizează prin examinare vizuală directă și cu ajutorul unor mijloace

simple de măsurare, pe categorii de lucrări și construcții. În cazul construcțiilor speciale, scopul

urmăririi curente este dat de cunoașterea din faza incipientă a situațiilor și cauzelor care pot

periclita exploatarea normală a construcției sub aspectul neîndeplinirii cerințelor de calitate.

4.2.3. Inspectarea extinsă a comportării în timp

Inspectarea extinsă a structurilor speciale are drept obiectiv examinarea minuțioasă și

detaliată a elementelor și îmbinărilor structurii din punct de vedere al rezistenței, stabilității și

durabilității, utilizând aparatură, echipamente și metode de încercare nedistructive și / sau parțial

distructive (C244/1993).

4.2.4. Urmărirea specială a comportării în timp

Urmărirea specială reprezintă o activitate de urmărire a comportării construcțiilor care se

compune din măsurarea, înregistrarea și analizarea sistematică a valorilor parametrilor care

21

definesc măsura în care construcțiile își păstrează cerințele de rezistență, stabilitate și durabilitate

specificate prin proiecte (Ilinoiu, 2004).

4.3. METODE DE INVESTIGARE PENTRU DETERMINAREA

CARACTERISTICILOR ȘI STĂRII FIZICE A ELEMENTELOR DE CONSTRUCȚIE

În continuare, sunt prezentate o parte dintre cele mai utilizate metode nedistructive /

semidistructive aplicabile pentru identificarea neconformităților la nivelul materialelor sau

elementelor de construcție.

4.3.1. Metode și instrumente pentru determinarea nedistructivă / semidistructivă a

clasei betonului

4.3.1.a. Metoda carotelor

4.3.1.b. Încercarea carotelor la întindere prin despicare

4.3.1.c. Încercarea carotelor la compresiune

4.3.1.d. Metoda de duritate superficială (sclerometrarea)

4.3.2.e. Metoda ultrasonică de impuls

4.3.1.f. Metoda nedistructivă combinată

4.3.1.g. Metoda rezistenței de penetrare

4.3.2. Metode și instrumente pentru determinarea defectelor interne ale betonului

4.3.2.a. Metoda radiografică

4.3.2.b. Metoda ecoului de impact

4.3.2.c. Metoda radar

4.3.3. Metode și instrumente pentru determinarea poziției armăturilor, diametrului

acestora, respectiv a grosimii stratului de acoperire cu beton

4.3.3.a. Metoda inducției electromagnetice (profometru)

4.3.3.b. Metoda radiometrică

4.3.3.c. Metoda rezistivității electrice

4.3.3.d. Metoda pulsului galvanostatic

4.3.3.e. Metoda polarizării liniare

4.3.4. Metode și instrumente pentru determinarea nivelului umidității elementelor de

construcție

4.3.4.a. Metoda foliei de plastic

4.3.4.b. Testul clorurii de calciu

4.3.5. Metode și instrumente pentru verificarea locurilor greu accesibile

4.3.5.a. Endoscop

22

CAPITOLUL 5

METODE DE REABILITARE A REZERVOARELOR DE APĂ

5.1. ANALIZA OPORTUNITĂȚII REABILITĂRII STRUCTURALE A

REZERVOARELOR DE APĂ - NECESITATE SAU OBLIGATIVITATE ?

Majoritatea rezervoarelor de apă exploatate în prezent în regiunea Moldovei, și cu

precădere în județul Iași, au fost realizate în perioada 1950 – 1990, conform exigențelor și

normativelor existente în acea perioadă.

La nivelul unui rezervor de apă, reabilitarea elementelor structurale impune în principal

creșterea siguranței în exploatare, sintetizate astfel (GP 079/2014):

- lucrări de consolidare a structurii (pereți, elemente de acoperiș, fundații) în vederea creșterii

siguranței în exploatare la diferite acțiuni accidentale (seism, incendii, explozii, etc.);

- lucrări de refacere a hidroizolației (interiorul și exteriorul rezervorului de apă);

- lucrări de reparații curente la instalațiile și echipamentele din dotare;

5.2. PROCEDURI PENTRU LUCRĂRI DE REABILITARE STRUCTURALĂ A

REZERVOARELOR DE APĂ

Există o tendință (probabil o rutină de inginerie greșit înțeleasă) de a proiecta și efectua

lucrări de reabilitare prin metode clasice, cămășuirea cu mortare speciale (pentru a asigura

protecția armăturilor pre / post tensionate și strat nou de protecție pentru betonul structural

existent). În continuare sunt prezentate principalele proceduri de reeabilitare utilizare în cazul

rezervoarelor de apă.

5.2.1. Metode de reabilitare structurală

5.2.1.a. Injectarea fisurilor (fundație, pereți, acoperiș)

5.2.1.b. Refacerea rosturilor de lucru și impermeabilizarea acestora

5.2.1.c. Cămășuirea pereților rezervorului prin torcretare cu mortare

speciale

5.2.1.d. Cămășuirea pereților rezervorului prin aplicarea materialelor

compozite (lamele, țesături)

5.2.1.e. Post-tensionarea pereților rezervorului

5.2.2. Metode de protecție antiseismică (metodă utilizată la rezervoarele

supraterane amplasate în zone active seismic)

5.2.2.a. Izolatori seismici

5.2.2.b. Atenuatori seismici

5.2.3. Metode de protecție la foc (ignifugare)

5.2.4. Metode de protecție termică (termoizolare)

23

5.2.4.a. Vată minerală bazaltică

5.2.4.b. Spumă poliuretanică (PUR)

5.2.5. Metode de protecție la acțiunea apei (hidrofobizare)

5.2.6. Lucrări de R.K. la instalațiile și echipamentele din dotare

24

CAPITOLUL 6

STUDII DE CAZ - PROCEDEE DE REABILITARE A

REZERVOARELOR DE APĂ (SUBTERAN, SUPRATERAN)

6.1. ANALIZĂ MULTICRITERIALĂ A REZERVOARELOR DE APĂ

AMPLASATE ÎN REGIUNEA MOLDOVEI (RO)

La nivelul regiunii Moldovei (RO), fondul construit existent reprezentat de construcțiile

speciale de stocare a apei (rezervoare) care se află în exploatare este reprezentat de 417 obiective

(tabel 6.1).

Tabel 6.1. Fondul construit existent – Regiunea Moldovei

Județ Nr. obiective Județ Nr. obiective

Suceava 57 Iași 165

Botoșani 65 Bacău 48

Neamț 54 Vaslui 28

Acestea se remarcă prin zona de amplasare, durata de serviciu, tiparele constructive

utilizate, materialele de construcție, cât și printr-o stare de degradare diferită aflându-se în

exploatarea fiecărui operator județean de apă. Pentru județul Iași, amplasarea rezervoarelor este

ilustrată în figura 6.1.

Figura 6.1. Amplasarea rezervoarelor de apă – județul Iași

25

S-a efectuat o analiză statistică referitoare la ponderea acestor obiective la nivel regional

(figura 6.2), cu ajutorul reprezentanților companiei S.C. APAVITAL S.A. (județul Iași) și a

celorlalți operatori de apă din regiunea Moldovei, printre care S.C. ACET S.A. (județul Suceava),

S.C. NOVA APASERV S.A. (județul Botoșani), S.C. APASERV S.A. (județul Neamț), S.C.

CRAB S.A. (județul Bacău), S.C. AQUAVAS S.A. (județul Vaslui), precum și clasificarea

acestora după diferite criterii (tipul constructiv, capacitatea de înmagazinare și durata de

exploatare).

Figura 6.2. Ponderea numărului de obiective aflate în exploatare – regiunea Moldovei

Aceste date fac parte din situația disponibilă la nivelul fiecărui operator județean de apă

(martie 2019), fiind analizate pentru a sublinia necesitatea întocmirii unui program de urmărire și

monitorizare a acestor tipuri de structuri. De asemenea, aceste informații reprezintă baza stabilirii

unor programe de execuție a lucrărilor de reabilitare, contribuind la estimarea costurilor de

investiție.

6.1.1. Criteriul 1: tipul constructiv

Primul criteriu de clasificare analizat este reprezentat de tipul constructiv al structurii

(subteran, semiîngropat, suprateran) (Anexa 1). Situația rezervoarelor de apă la nivelul fiecărui

operator județean de apă este ilustrată în tabelul 6.2.

Tabel 6.2. Fondul construit existent în funcție de tipul constructiv

Județ Nr. obiective

subteran semiîngropat suprateran

Suceava 10 34 13

Botoșani 2 33 30

Neamț 2 37 15

Iași 22 60 83

SV

14%

BT

16%

NT

13%IS

39%

BC

11%

VS

7%

26

Bacău 13 10 25

Vaslui 10 11 7

La nivel regional, majoritatea structurilor de înmagazinare a apei construite sunt rezervoare

semiîngropate (44%), respectiv supraterane (42%.) (figura 6.3).

Figura 6.3. Distribuția numărului de obiective în funcție de tipul constructiv

La nivelul regiunii Moldovei (RO) (figurile 6.4., 6.5., 6.6.), ponderea variază, sistemele

constructive adoptate fiind influențate de diverși parametri (amplasament, relief, condițiile de

mediu, materialele de construcție utilizate, etc.).

Figura 6.4. Rezervoare de apă subterane

suprateran

42%

semiîngropat

44%

subteran

14%

SV

17% BT

4%NT

3%

IS

37%

BC

22%

VS

17%

27

Figura 6.5. Rezervoare de apă semi-îngropate

Figura 6.6. Rezervoare de apă supraterane

6.1.2. Criteriul 2: capacitatea de înmagazinare

În România, cu precădere în regiunea Moldovei, normativele în vigoare standardizează

capacitățile de înmagazinare pentru rezervoarele de apă astfel: 25; 50; 100; 250; 300; 400; 500;

750; 1000; 1500; 2000; 2500; 5000; 7500; 10.000 [m3].

Aceste tipuri de construcții speciale, în funcție de capacitatea lor de stocare a apei pot fi

clasificate astfel:

- rezervoare de capacitate mică ( volumul de înmagazinare este mai mic de 1000 m3)

- rezervoare de capacitate medie (capacitatea de stocare a rezervorului este cuprinsă între 1000 –

6000 m3)

- rezervoare de capacitate mare (în acest caz, volumul depășește 6000 m3)

Din punct de vedere statistic, în regiunea Moldovei (figura 6.7), două treimi din fondul

existent construit prezintă o capacitate de înmagazinare mai mică de 1000 m3.

SV

18%

BT

18%

NT

20%

IS

33%

BC

5%

VS

6%

SV

8%BT

17%

NT

9%

IS

48%

BC

14%

VS

4%

28

Figura 6.7. Distribuția rezervoarelor de apă în funcție de capacitatea de înmagazinare

6.1.3. Criteriul 3: perioada de exploatare

Un aspect important pentru justificarea stării de degradare a rezervoarelor de apă din

regiunea Moldovei (județele Suceava, Botoșani, Neamț, Iași, Bacău, Vaslui) este reprezentat de

durata de exploatare (tabel 6.3., figura 6.8.) a acestor tipuri de structuri speciale.

Tabel 6.3. Situația fondului existent în funcție de durata de exploatare

Durata de exploatare a

obiectivului Nr. obiective

0 – 20 246

20 – 40 78

40 – 60 81

60 – 80 9

80 – 100 5

Astfel, se constată numărul crescut de obiective cu o durată de exploatare moderată (20 –

40 ani), respectiv ridicată (40 – 60 ani), reprezentând o mare parte din fondul construit și aflat în

exploatare. Majoritatea acestor obiective necesită execuția de lucrări de intervenții sau de

reabilitare.

< 1000 m3

71%

1000 -

6000 m3

25%

>1000 m3

4%

29

Figura 6.8. Distribuția rezervoarelor de apă raportată la durata de exploatare

6.1.4. Observații privind analiza statistică

Majoritatea rezervoarelor de apă construite sunt de tip suprateran, regiunea Moldovei fiind

o zonă activă seismic, accelerația de vârf având valori mai scăzute în nord (ag = 0,15...0,20g –

județele Suceava, Botoșani), respectiv valori ridicate în sud (ag= 0,25...0,35 – județele Bacău,

Vaslui).

Obiectivele analizate statistic au perioade de exploatare ridicate (aproximativ 40 de ani),

au suportat efectele a numeroase seisme, fapt care a contribuit la necesitatea instituirii unui

program riguros de urmărire specială a comportării în timp (pentru toate tipurile constructive, dar

cu precădere, în situația rezervoarelor subterane și supraterane).

Rapoartele de evaluare a stării tehnice de degradare au evidențiat necesitatea (sau nu)

efectuării lucrărilor de intervenție / reabilitare structurală, pentru creșterea siguranței în exploatare

și mărirea duratei normate de serviciu. În acest sens studiul factorilor ce influențează durabilitatea

unei structuri speciale, poate avea o importanță majoră în luarea deciziilor de intervenția

structurală.

6.2. REZERVOR DE APĂ SUBTERAN (sat VIȘAN)

6.2.1. Descrierea sistemului structural

Structurile de beton, pentru orice domeniu de utilizare, sunt proiectate pentru a satisface

un set de cerințe. O structură trebuie să îndeplinească cerințele de rezistență, stabilitate și

durabilitate pe întreaga durată de viață a proiectului, fără pierderi semnificative de funcționalitate

sau lucrări de întreținere imprevizibile (SR:EN 1992-1-1).

În contextul actual, pe lângă cerințele privind rezistența, stabilitatea și siguranța în

exploatare, durabilitatea trebuie tratată cu o atenție deosebită în cazul structurilor din beton armat

datorită unor condiții de funcționare specifice.

0 - 20

59%20 - 40

19%

40 - 60

19%

60 - 80

2%

80 - 100

1%

30

Condițiile de funcționare a rezervoarelor sunt evaluate conform datelor colectate în

legătură cu procesul tehnologic proiectat care are loc în interiorul rezervorului de apă, funcționarea

echipamentelor tehnologic și a instalațiilor aferente, precum și caracteristicile mediului agresiv

(Samangany et. al, 2013, Sani et. al, 2014).

Construcția analizată este un rezervor cilindric îngropat din beton armat (figura 6.9), având

capacitatea de 500 m3, obiectivul fiind realizat în anii ’80.

Figura 6.9. Rezervor Vișan

a). Secțiune orizontală; b). Secțiune transversală;

Rezervorul are o formă circulară, în plan orizontal, având un diametru interior de 13,40 m

și o înălțime utilă de 3,80 m fiind acoperit cu pământ. În cadrul obiectivului studiat, există o cameră

de pompare și o incintă pentru accesul la rezervor.

Din punct de vedere structural, rezervorul de apă constă dintr-un perete perimetral din

beton armat cu grosimea de 20 cm, susținut pe o fundație continuă tip radier, stâlpi interiori din

beton armat cu capiteluri la extremități.

Placa rezervorului de apă este realizată din beton armat și are o grosime de 20 cm, susținută

de peretele circular perimetral și nouă stâlpi interiori din beton armat având secțiunea de 30 × 30

cm.

Rezervorul are un perete interior de beton, amplasat între stâlpii centrali, care îl separă

parțial în două volume și o bașă lângă camera pompelor. Armarea elementelor din beton a fost

a).

b).

31

realizată cu bare tip PC52 și OB37.

6.2.2. Expertizarea obiectivului studiat

6.2.2.a. Inspecția vizuală a structurii

În urma inspecției vizuale efectuate, la nivelul elementelor structurale analizate s-au

constatat diverse degradări cauzate de particularitățile mediului de exploatare.

La exterior, s-au identificat zone în care pământul dispus pe partea laterală a rezervorului

a tasat, descoperind astfel zona de intersecție dintre peretele circular și placă. Ca urmare a acțiunii

agenților externi (cicluri îngheț-dezgheț, precipitații) tencuiala care proteja hidroizolația exterioară

s-a degradat fiind crăpată, iar pe alocuri complet dislocată.

Mediul interior este diferențiat pe două zone:

- zona inferioară, include suprafața pereților rezervorului până la cota de umplere a rezervorului,

+3,40 m. Aceasta se caracterizează prin stocarea pe termen lung a lichidului (apa), care intră în

contact direct cu elementele din beton armat. Acoperirea unei suprafețe mari de beton pe o

perioadă lungă de timp conduce la valori foarte mari ale umidității.

- zona superioară, include suprafața de la înălțimea de umplere a rezervorului, +3,40 m până la

intrarea rezervorului de apă. Aceasta se caracterizează printr-un mediu agresiv datorat ventilației

insuficiente a spațiului coroborat cu acțiunea corozivă a vaporilor de clor eliberați din procesul de

clorinare a apei, având ca efect accelerarea procesului de coroziune asupra elementelor structurale

din beton armat.

Datorită exploatării constante și a posibilelor erori de execuție, mediul de operare a

favorizat declanșarea, evoluția și accelerarea în diferite forme ale fenomenului de coroziune al

betonului și armăturilor.

Ca urmare a analizei vizuale a obiectivului, principalele degradări observate au la bază

cauze de exploatare sau provocate de diverse intervenții periodice asupra structurii.

Degradările rezultate din exploatare au fost observate la nivelul plăcii peste rezervor și al

stâlpilor, fiind identificate zone în care armăturile sunt descoperite și corodate, zone de beton

segregate, expulzii ale stratului de acoperire.

În cadrul structurii analizate, coroziunea armăturii indusă de penetrarea ionilor de clor este

cauza principală. Produșii de coroziune exercită o presiune radială asupra betonului în jurul

armăturii, supunându-l solicitărilor biaxiale care cauzează fisuri. Mărimea acestor fisuri depinde

de calitatea și grosimea stratului de acoperire din beton (Atif, 2007, Grassl et. al, 2017).

Efectele procesului de coroziune a armăturilor, s-au manifestat prin reducerea secțiunii

transversale a armăturii și expulzia stratului de acoperire de beton la nivelul planșeului superior și

stâlpilor.

Degradările provocate de efectuarea diverselor intervenții au fost observate la nivelul

pereților, în zone în care elementele de beton au fost străpunse pentru trecerea țevilor. În acest

context, etapele tehnologice (reparații) nu au fost respectate, ceea ce poate conduce la o reducere

32

a integrității structurale.

6.2.2.b. Testări nedistructive

Pe baza inspecției vizuale și a observațiilor directe, s-a constatat că, datorită expulziei

stratului de acoperire din beton, armăturile sunt afectate în medie în proporție de 30%, în unele

cazuri ajungându-se până la 70%.

În același timp, pentru determinarea clasei de beton afectate de procesul de coroziune,

testele au fost efectuate utilizând metoda nedistructivă combinată (NP 137-2014).

Metoda nedistructivă combinată are o eficiență egală în determinarea rezistenței betonului

indiferent de clasa de beton avută în vedere. Aparatul de testare pentru această metodă constă din:

- aparat pentru măsurarea vitezei de propagare a impulsurilor ultrasonice în beton;

- aparat pentru măsurarea durității superficiale a betonului cu ajutorul indexului de recul

(sclerometru).

Rezistența caracteristică la compresiune in-situ este cea mai mică dintre următoarele valori,

corespunzătoare relației:

min {fck, is = fm(n),is - k1∙s

fck,is = fis,min + 4= {

18,70 [ N mm2]⁄

25,10 [ N mm2]⁄

unde:

Rc(n) – indicele de recul (rezultatul încercării cu sclerometrul);

fm(n), is – media rezistenței la compresiune in-situ după n încercări;

fis,min – rezultatul minim al încercării rezistenței la compresiune in-situ;

fck,is – rezistența caracteristică la compresiune in-situ;

k1 – coeficient având valoarea 1.48;

s – abatere standard.

Încercările au fost realizate la nivelul peretelui rezervorului de apă (tabel 6.4) și la nivelul

stâlpului interior (tabel 6.5).

Tabel 6.4. Rezultatele încercărilor la compresiune – perete circular

Nr.

crt.

Rc(n)

[N/mm2]

fm(n),is

[N/mm2]

fis,min

[N/mm2] k1 s

1. 24,90

22,75 21,10 1,48 1,617

2. 22,30

3. 23,30

4. 21,10

5. 22,20

6. 23,60

7. 21,70

8. 21,90

33

9. 22,30

10. 22,00

11. 23,60

12. 24,10

Conform normativului NP 137-2014, tabelul 6.1., valoarea rezistenței la compresiune

corespunzătoare pentru clasa C16/20 este fck,is,cube=17 [ N mm2]⁄ .

În cazul peretelui circular, valoarea rezistenței la compresiune in-situ este

fck,is=18,70 [ N mm2]⁄ , încadrându-se astfel în clasa C16/20.

Rezistența caracteristică la compresiune in-situ este cea mai mică dintre următoarele valori,

corespunzătoare relației:

min {fck, is = fm(n),is - k1∙s

fck,is = fis,min + 4= {

29,90 [ N mm2]⁄

35,10 [ N mm2]⁄

Tabel 6.5. Rezultatele încercărilor la compresiune – stâlp interior

Nr.

crt.

Rc(n)

[N/mm2]

fm(n),is

[N/mm2]

fis,min

[N/mm2] k1 s

1. 32,40

32,80 31,10 1,48 1,956

2. 31,90

3. 33,10

4. 33,10

5. 32,30

6. 34,90

7. 30,50

8. 32,70

9. 33,30

10. 32,30

11. 33,10

12. 34,00

Conform normativului NP 137-2014, tabelul 6.1., valoarea rezistenței la compresiune

corespunzătoare pentru clasa C20/25 este fck,is,cube= 21 [ N mm2]⁄ .

În cazul stâlpului interior, valoarea rezistenței la compresiune in-situ are este

fck,is=29,90 [ N mm2]⁄ , încadrându-se astfel în clasa C20/25.

În urma încercărilor nedistructive efectuate la nivelul elementelor structurale din beton

armat (perete circular, stâlp interior) s-a constatat faptul ca betonul se încadrează în clasele de

rezistență, procedându-se astfel la validarea rezultatelor determinărilor prin modelare numerică

utilizând metoda elementului finit.

34

6.2.3. Validarea rezultatelor determinărilor prin modelare numerică

Analiza construcțiilor (statică, dinamică), în general, și, în special, a rezervoarelor de apă

se realizează utilizând metoda elementului finit. Această metodă este utilizată în domeniul elastic

liniar, în domeniul elastic neliniar sau în domeniul plastic prin corectarea rezultatelor obținute cu

ajutorul metodelor de calcul liniar.

Utilizarea metodei elementului finit (MEF) permite determinarea stărilor de tensiuni și

deformații pentru toate tipurile de încărcări (Dhage et. al, 2017).

Structura studiată a fost modelată și analizată prin utilizarea programului software de calcul

SCIA Engineer. Analiza static liniară a fost realizată conform următorului model structural (figura

6.10).

Figura 6.10. Perspectiva rezervorului

Obiectivele acestei analize sunt legate de evaluarea comportamentului structural

(distribuția de tensiuni) în diferite stadii de exploatare (rezervorul de apă gol, respectiv plin).

Ipoteze de încărcare

Precizia calculului adoptat depinde de schema statică considerată introdusă în programul

software, care trebuie să fie în concordanță cu modul în care se realizează structura (natura

legăturilor dintre elementele componente, anexe, etc.).

Încărcările considerate în calculul rezervorului de apă au fost reprezentate ca în tabelul

6.6.:

Coeficienții parțiali de siguranță pentru combinațiile de acțiuni la starea limită de serviciu

(SLS) sunt:

- 1,00 pentru acțiuni permanente;

- 0,40 pentru acțiuni variabile.

35

Combinația de încărcări (cvasi-permanentă) pentru verificarea SLS poate fi atribuită

astfel (CR 0 -2012):

∑ Gk,j + ∑ ψ2,i

∙ Qk,i

mi=1

nj=1 ;

unde:

Gk,j – valoarea caracteristică a acțiunii permanente;

Qk,i – valoarea caracteristică a acțiunii variabile asociate;

ψ2,i – factor pentru valoarea cvasi-permanentă a acțiunii variabile.

Având în vedere că structura este considerată în diferite stadii de exploatare (tabel 6.6),

calculul static se va realiza pentru următoarele ipoteze:

Tabel 6.6. Ipoteze de încărcare

Rezervor gol Rezervor plin

Încărcări

Tipul

combinației Starea Limită de Serviciu (SLS) Starea Limită de Serviciu (SLS)

Combinația

de încărcări

în raport cu

ipoteza de

încărcare

1,00·GP+1,00·P+0,40·Z 1,00·GP+1,00·P+0,40·Z+0,40·H

Pentru studiul de caz (rezervor subteran), cele mai importante încărcări care se iau în

considerare sunt presiunea lichidului înmagazinat (H) și împingerea pământului (P).

Cele două ipoteze de încărcare pot fi independente una de alta, ducând la necesitatea unor

iterații suplimentare ale rezultatelor.

În ambele ipoteze de încărcare (rezervor de apă plin și rezervor de apă gol), rezultatele

obținute cu ajutorul metodei elementului finit (tabel 6.7), evidențiază faptul că zonele cele mai

tensionate (culoarea roșie) se găsesc la partea superioară (capitel) a stâlpilor interiori, baza

peretelui circular și la nivelul fundației continue.

36

Tabel 6.7. Rezultate numerice obținute

Element structural

Ipoteză de încărcare

Rezervor plin

σX [N/mm2]

Rezervor gol

σX [N/mm2]

1. Stâlp interior 3,134 3,134

2. Perete circular 1,083 1,040

3. Fundație continuă 3,134 3,134

4. Perete interior 0,306 - 0,064

Din punct de vedere al comportamentului structural, nu a fost evidențiată o reducere

semnificativă a integrității construcției. Astfel, pentru evitarea unor posibile infiltrații la nivelul

structurii interne a betonului, s-au propus câteva măsuri de reabilitare hidrofugă la exteriorul, cât

și la interiorul obiectivului analizat.

6.2.4. Soluții propuse de reabilitare hidrofugă

La nivelul planșeului de deasupra rezervorului de apă și a stâlpilor, au fost identificate zone

unde armătura este descoperită și corodată. În acest caz, sunt necesare reparații la nivelul

elementelor structural utilizând mortare speciale armate cu fibre.

Îndepărtarea betonului se va realiza fără a reduce integritatea structurală și numai în zonele

afectate. După desprinderea betonului degradat, suprafețele vor fi curățate temeinic cu peria de

sârmă și apoi cu jetul de aer. Substratul rezultat nu trebuie să conțină praf, material slab,

contaminare de suprafață și materiale care reduc sau împiedică aderarea sau absorbția umidității

din materialele de reparație.

Armatura expusă va fi curățată corespunzător de rugină, beton, praf și alte materiale care

reduc aderența sau sporesc coroziunea. Armăturile vor fi protejate anticoroziv pe toată suprafața

expusă, cu mortare care conțin inhibitori de coroziune.

La nivelul pereților rezervorului de apă, au fost observate goluri pentru trecerea țevilor care

au dus la descoperirea armăturilor și fisurarea betonului. Ca urmare a analizei cantitative,

deschiderea efectivă a fisurilor este de 0,38 mm, comparativ cu limita impusă de normele actuale

de 0,30 mm. Prin urmare, este necesară repararea zonelor afectate prin:

- curățarea armăturilor corodate și protejarea acestora cu mortare care conțin inhibitori de

coroziune;

- în cazul în care s-a constatat (prin analiză calitativă) că armăturile sunt degradate peste 70%, este

necesară înlocuirea acestora;

- deschiderea, cimentarea și injecția crăpăturilor cu mortare speciale / rășini polimerice;

- montarea pieselor de etanșare la trecerea țevilor prin pereții rezervorului (în cazul deschiderilor

create);

La interior, hidroizolația rezervorului se va realiza prin utilizarea mortarelor hidroizolante

37

flexibile, bicomponente.

La exterior, se va elimina stratul de pământ existent aflat peste planșeul rezervorului și din

jurul acestuia. Se va analiza starea hidroizolației și a straturilor de protecție, și se va opta pentru

un sistem hidroizolant în funcție de nivelul de degradare al peretelui rezervorului.

Se vor reface umpluturile de la exteriorul pereților și vor fi compactate până la un grad

minim de 95%.

Compactarea pământului din jurul rezervorului are rolul de a conduce la deformații mai

mici ale elementelor structurale din beton, implicit la reducerea deschiderii fisurilor.

Stratul de umplutură de pământ ce se va aşterne / compacta peste placa rezervorului va

avea o grosime maximă de 50 cm.

De asemenea, pe lângă măsurile de reabilitare hidrofugă propuse mai sus, având în vedere

categoria de importanță a obiectivului, se recomandă întocmirea unui program de urmărire specială

a comportării în timp a construcției.

6.3. REZERVOR DE APĂ SUPRATERAN (comuna MIROSLAVA)

6.3.1. Descrierea sistemului structural

Construcția analizată este un rezervor suprateran de apă (figura 6.11) realizat din beton

precomprimat, având capacitatea de 5000 m3. Construcția a fost executată în anii ’80 și se află încă

în exploatare, asigurând necesarul de apă pentru comuna Miroslava și cartierul Nicolina din

municipiul Iași.

Rezervorul de apă are o formă circulară în plan orizontal cu raza interioară de 13,85 m și

o înălțime utilă de 8,05 m. La interior există un stâlp central din beton armat cu dimensiunile de

70 x 70 cm, susținută de o fundație continuă (C18 / 22.5), prevăzut cu un capitel la partea

superioară.

Peretele rezervorului este alcătuit din elemente prefabricate (C 25/30) de 17 cm grosime,

fiind prevăzută o fretă post-tensionată la partea exterioară. În partea de sus a peretelui a fost

realizată o centură din beton armat cu dimensiunile de 28 x 20 cm.

La partea superioară, rezervorul a fost închis cu elemente de acoperiș în formă de T

prefabricate (C 25/30), dispuse radial, susținând un capăt pe partea superioară a peretelui și celălalt

pe stâlpul central.

38

Figura 6.11. Rezervorul de apă Miroslava

a). secțiune orizontală; b). secțiune transversală

În timpul exploatării structurii au fost efectuate lucrări de întreținere și reparații la interiorul

peretelui circular al rezervorului pentru diminuarea procesului de coroziune a armăturilor. La

exterior, lucrările periodice de impermeabilizare au fost efectuate la acoperiș ca urmare a

infiltrațiilor de apă. De asemenea, clădirea a suportat efectele seismelor pe parcursul perioadei de

exploatare.

6.3.2. Expertizarea obiectivului studiat

6.3.2.a. Inspecția vizuală a structurii

Ca urmare a analizei vizuale a obiectivului, principalele degradări observate au la bază

cauze de exploatare. Degradările rezultate din cauze de exploatare au fost identificate la nivelul

elementelor de acoperiș și pereților, zone în care armăturile sunt descoperite și corodate, zone de

beton segregat, expulzii ale betonului.

La exterior, la partea superioară a peretelui perimetral al rezervorului s-a observat

coroziunea armăturii și, în unele cazuri, ruperea armăturii post-tensionate și desprinderea

torcretului pe suprafețe mari.

a).

b).

39

La partea inferioară a peretelui, procesul de coroziune accelerat a armăturii post-tensionate

a fost cauzat de infiltrarea continuă a apei rezultată din precipitații și desprinderea torcretului

datorită umidității excesive la bază, precum și a succesiunii ciclurilor îngheț-dezgheț.

În cazul armăturii post-tensionate, nu a mai fost necesară efectuarea unor încercări

suplimentare pentru determinarea caracteristicilor mecanice, deoarece s-a constatat în timpul

inspecției vizuale că aceasta a fost semnificativ afectată de procesul de coroziune, fiind necesară

înlocuirea completă a acesteia.

Datorită acțiunii agenților agresivi (infiltrații de apă rezultate din precipitații, cicluri îngheț-

dezgheț, etc.), procesele de degradare s-au amplificat în ultimii 5 ani.

Pe fața exterioară a elementelor de acoperiș, interacțiunea cu agenții agresivi de mediu

(radiația solară, infiltrarea apei, schimbul de vapori), coroborată cu unele erori de execuție (lucrări

de impermeabilizare), au condus la amplificarea procesului de degradare.

La interior, la intradosul elementelor de acoperiș prefabricate au fost identificate porțiuni

în care elementele structurale prezintă degradări severe (zone de beton segregate, expulzii de

beton), datorate unor valori ridicate ale umidității menținute pe perioade lungi, în principal,

datorate ineficienței sistemului de ventilație. Acestea s-au manifestat prin reducerea secțiunii

transversale a armăturii și desprinderea stratului de acoperire din beton.

S-au identificat degradări majore pe fața interioară a peretelui circular care au dus la

expulzia stratului de beton și la coroziunea armăturilor. Cauza principală este reprezentată de

suprafețe mari de elemente din beton armat umed / acoperite temporar cu apă.

Cauzele secundare complementare, cu rol în amplificarea dezvoltării fenomenului de

coroziune a armăturii, au fost concentrațiile locale de efort din sarcini statice și / sau dinamice în

timpul perioadei de exploatare.

Principalele tipuri de degradări ale structurii ca urmare a inspecției vizuale se datorează

durabilității sau datorită intervențiilor locale în timp asupra structurii. Chiar dacă lucrările de

întreținere au fost efectuate, mediul de operare a favorizat declanșarea și apoi evoluția în diferite

faze ale fenomenelor de coroziune ale armăturilor și ale betonului.

6.3.2.b. Metode de testare distructivă

Pentru a estima nivelul de degradare al elementelor structurale, s-au efectuat încercări pe

probe de beton extrase din elemente de acoperiș și probe de torcret prelevate din peretele perimetral

(fața exterioară).

Determinarea caracteristicilor mecanice ale materialelor s-a realizat cu ajutorul metodelor

de testare distructivă (rezistența la întindere, rezistența la compresiune), după prelucrarea acestora

conform standardelor.

Încercări probe beton

Pentru probele de beton s-a determinat rezistența la compresiune pe cub (fck,cube).

Încercarea realizată pe beton cu ajutorul probelor este utilizată pentru a obține informații despre

40

calitatea acestuia, inclusiv rezistența la compresiune a betonului (SR:EN 12390-3:2009).

Probele au fost testate până la cedare, fiind înregistrată sarcina maximă la care a rezistat

proba și, ulterior, s-a efectuat calculul rezistenței la compresiune a betonului. Probele cubice sunt

poziționate astfel încât încărcarea să fie aplicată perpendicular pe direcția turnării.

Rezistența la compresiune se calculează utilizând următoarea relație:

fck,cube=F

Ac

unde:

fck,cube – rezistența caracteristică la compresiune pe cub [N/mm2];

F – forța maximă aplicată [N];

Ac – aria secțiunii transversale a probei [mm2].

După efectuarea încercărilor, au fost obținute următoarele valori numerice (tabel 6.7):

Tabel 6.7. Rezistența la compresiune – probe de beton

Specimen

nr.

Fn

[N]

Ac

[mm2]

fck,cube

[N/mm2]

fcube,m

[N/mm2]

1. 20500 40 × 40 12,82 15

2. 27500 40 × 40 17,18

Pentru epruvetele de beton testate în laborator prin metode distructive, rezistența medie la

compresiune este fcube,m=15 N/mm2, corespunzătoare clasei de beton C8/10.

Astfel, în cazul probelor prelevate (zone degradate) de la nivelul acoperișului (elemente de

beton armat – secțiune T), s-a constatat o depreciere semnificativă a clasei betonului de la C25/30

(stadiul de proiect) la C8/10 (stadiul actual).

Pentru asigurarea capacității portante a structurii și prelungirea duratei de serviciu, se

impune necesitatea reabilitării structurale elementelor de beton armat prin post-tensionare.

Încercări probe torcret

Încercările efectuate pe probele de torcret au fost realizate pentru a determina rezistența la

întindere și rezistența la compresiune.

Pentru determinarea rezistenței la întindere prin încovoiere, probele de torcret au fost

supuse unui moment încovoietor prin aplicarea unei încărcări cu ajutorul rolelor superioare și

inferioare. Se înregistrează încărcarea maximă afișată și se calculează rezistența la întindere prin

încovoiere (SR:EN 12390-5:2002).

Piesa de testare este așezată și centrată corespunzător pe axa longitudinală a epruvetei în

unghiuri drepte față de axa longitudinală a rolelor superioare și inferioare. Se asigură că direcția

de referință a încercării este perpendiculară pe direcția turnării specimenului. Încărcarea nu se

aplică până când toate rolele de încărcare și rolele suport sunt plasate pe specimen.

41

Rezistența la întindere prin încovoiere se calculează utilizând următoarea relație:

fcf =F ∙ l

d1∙ d22

;

unde:

fcf – rezistența la întindere prin încovoiere [N/mm2];

F – încărcarea maximă aplicată [N];

l - distanța dintre role [mm];

d1, d2 – dimensiunile laterale ale epruvetei [mm].

După efectuarea încercărilor, s-au obținut următoarele valori numerice (tabel 6.8):

Tabel 6.8. Rezistența la întindere – probe de torcret

Specimen

nr.

Fn

[N]

d1

[mm]

d2

[mm]

l

[mm]

fcf

[N/mm2]

fcf,m

[N/mm2]

1. 2500 38 33 114

6,88 6,05

2. 1900 38 33 5,23

Pentru probele de torcret testate în laborator utilizând metode distructive pentru

determinarea valorii caracteristice, rezistența la întindere este fcf,m= 6,05 [N/mm2].

Evaluarea rezistenței la compresiune a probelor de torcret a fost efectuată în mod similar,

urmând aceleași etape, precum în cazul epruvetelor de beton.

După efectuarea încercărilor, s-au obținut următoarele valori numerice (tabel 6.9):

Tabel 6.9. Rezistența la compresiune – probe de torcret

Specimen

nr.

Fn

[N]

Ac

[mm2]

fck,cube

[N/mm2]

fcube,m

[N/mm2]

1. 29100 40 x 40 18,18

19,50 2. 36500 40 x 40 22,82

3. 28000 40 x 40 17,50

4. 31200 40 x 40 19,50

Pentru epruvetele de beton încercate în laborator utilizând metode distructive, valoarea

medie a rezistenței la compresiune este fcube,m= 19.50 [N/mm2].

În cazul probelor de torcret testate, s-a constatat de asemenea o depreciere a

caracteristicilor mecanice (față de valorile inițiale, torcret M400), datorată interacțiunii cu agenții

agresivi de mediu (precipitații, succesiunea ciclurilor îngheț – dezgheț, etc.), precum și a

procesului de coroziune a armăturii.

42

6.3.2.c. Metode de testare nedistructivă

O metodă eficientă de testare nedistructivă in-situ este reprezentată de testul de alcalinitate

(efectuat prin pulverizare de fenolftaleină) (Somridhivej et. al, 2016), pe suprafața betonului

presupus afectat și a torcretului.

Din testele efectuate, pulverizarea cu substanțe indicator (fenolftaleină) a evidențiat zone

cu pH scăzut datorită carbonatării betonului. Testul prin pulverizare este o modalitate rapidă de a

determina zonele și adâncimea materialului afectat.

Determinarea carbonatării betonului constă în pulverizarea fenolftaleinei pe straturi

succesive și observarea culorii obținute: betonul necarbonatat este colorat în roz, adâncimea

stratului în care apare colorarea, marcând limita la care betonul este carbonatat (betonul carbonatat

nu schimbă culoarea față de fenolftaleină) (Al-Gahtani et. al, 2017, Pack et. al, 2018).

Testele efectuate asupra probelor de beton au arătat că betonul este carbonatat datorită

acțiunii îndelungate a vaporilor de apă în structura intimă a betonului și a agenților agresivi de

mediu, conducând ulterior la coroziunea armăturii și expulzia betonului.

În testele efectuate pe torcret s-a constatat că la nivelul armăturilor betonul a fost afectat

superficial de procesul de carbonatare.

În cazul probelor de torcret, s-a efectuat testul de absorbție a apei. Absorbția de apă este

cantitatea de apă absorbită de golurile accesibile din exteriorul unei probe de testare, la menținerea

în apă și exprimată ca procent din masa sau volumul inițial al specimenului.

Absorbția de apă, exprimată în procente, poate fi calculată în două situații:

- în cazul în care absorbția apei se bazează pe greutatea specimenului colectat

Am1=ms-m

m∙100 [%]

- în cazul în care absorbția apei se bazează pe greutatea specimenului după uscare,

Am2 =ms-mu

mu

∙100 [%]

unde:

Am – absorbția de apă bazată pe greutatea specimenului;

m – masa probei [g];

mu – masa probei după uscare, cântărită în aer [g];

ms – masa probei după o oră menținută în apă, cântărită în aer [g];

Dimensiunile specimenului (L x l x h): 149 x 47,5 x 40 [mm];

m = 0,555 [g];

mu = 0,560 [g];

ms = 0,595 [g];

43

Am1 =0,595-0,560

0,560∙100 = 6,25%;

Am2 =0,595-0,555

0,555∙100 = 7,20%;

În cazul probei testate, valorile rezultate sunt de 6,25% în cazul specimenului cântărit inițial

și 7,20% în cazul specimenului cântărit după uscare. Acest fapt concluzionează că materialul

folosit (torcret) datorită acțiunii apei din precipitații prezintă o capacitate mare de absorbție și se

recomandă utilizarea unor mortare speciale de impermeabilizare.

Concluziile programului experimental

Cercetările experimentale au avut ca obiectiv principal analiza factorilor de durabilitate în

cazul unei structuri speciale (rezervor de apă din beton) cu privire la comportamentul în timp al

construcției.

Pe baza inspecției vizuale in-situ și a rezultatelor numerice obținute pe testele

experimentale (metode nedistructive și distructive), s-a constatat că influența factorilor de

durabilitate a fost cuantificată printr-o depreciere semnificativă a materialelor (beton, armătură).

Propuneri de reabilitare structurală (pe baza rezultatelor programului experimental)

Pentru a asigura capacitatea portantă a structurii existente și pentru a respecta cerința de

siguranță în exploatare, au fost propuse mai multe măsuri tehnice de intervenție.

La exterior, s-au identificat degradări semnificative în urma inspecției vizuale (ruperea

spirelor de înfășurare, desprinderea torcretului) și rezultatele obținute prin determinările efectuate

cu ajutorul metodelor de testare nedistructivă (carbonatarea, absorbția de apă).

Consolidarea peretelui circular al rezervorului de apă va fi realizată prin post-tensionare și

se va aplica un strat de torcret. Ulterior, peretele circular, respectiv acoperișul vor fi izolate termic

și vor fi aplicate mortare speciale de impermeabilizare.

La interior, în urma analizei vizuale efectuate, la nivelul elementelor de acoperiș și a

peretelui circular, au fost identificate zone în care armăturile au fost descoperite și corodate. S-au

observat degradări semnificative sub forma coroziunii barelor de armare pe suprafețe extinse, ceea

ce a dus la deprecierea caracteristicilor de durabilitate. Mortarele speciale de impermeabilizare vor

fi utilizate la nivelul peretelui rezervorului de apă pentru a opri posibilele infiltrații ale apei.

Ca urmare a testelor distructive și nedistructive realizate în laborator, consolidarea

elementelor de acoperiș prefabricate se va realiza prin aplicarea de mortare speciale.

Aceste măsuri tehnice vizează repunerea în siguranță a obiectivului analizat și creșterea

valorilor nominale ale caracteristicilor de durabilitate pentru a asigura o perioadă de serviciu

normală.

6.3.3. Validarea rezultatelor prin modelare numerică

44

Procesul de degradare a rezervoarelor de apă poate avea numeroase cauze (exploatarea

necorespunzătoare a construcției, fisurarea betonului, coroziunea armăturii, etc.), fapt care

conduce la necesitatea efectuării lucrărilor de reabilitare (Covatariu et. al, 2018).

Încă din stadiul inițial (t0), prin instituirea unui program de urmărire specială a comportării

în timp a construcției și observarea nivelului de degradare (inspecție vizuală, metode de testare

distructivă / nedistructivă) efectuarea unor lucrări de reparații curente reprezintă o soluție mai puțin

costisitoare în comparație cu cele care ar putea fi efectuate în stadiul actual (ti) când nivelul de

degradare este avansat (Zamfirescu et. al, 2003).

În prezentul studiu de caz, au fost realizate modelări pe baza datelor culese din proiect

(stadiu inițial) și a celor rezultate din testele pe probele prelevate din structură (stadiu actual) în

vederea predicționării comportării în timp a construcției.

6.3.3.a. Modelare numerică realizată cu datele din proiectul inițial

Analiza construcțiilor (statică, dinamică), în general, și a rezervoarelor de apă în particular,

se realizează cu ajutorul metodei elementului finit (MEF).

În cazul rezervoarelor de apă, utilizarea MEF permite determinarea câmpurilor de tensiuni

și deplasări pentru toate categoriile de încărcări, având în vedere formele structurale complexe.

Pentru studiul de caz considerat, s-a efectuat analiza statică liniară.

În etapa inițială a analizei, caracteristicile mecanice ale materialelor au fost colectate din

proiectul tehnic (tabel 6.10). Valorile iniţiale (din proiect) ale forței de control din armătura post-

tensionată este F = 2110 daN, iar stratul de torcret are clasa M400.

Tabel 6.10. Date de intrare

Element structural Clasa betonului

Element de acoperiș B400 (C25/30)

Perete circular B400 (C25/30)

Fundație continuă B250 (C18/22,5)

Structura studiată a fost modelată și analizată prin utilizarea programului software SCIA

Engineer, iar analiza statică liniară a fost efectuată pentru a calcula eforturile maxime conform

următorului modelului structural (figura 6.12).

45

Figura 6.12. Perspectiva rezervorului

Precizia calculului depinde de schema statică considerată și introdusă în programul

software, care trebuie să fie în concordanță cu modelul structural (natura legăturilor dintre

elementele componente).

În acest caz a fost luată în considerare și acțiunea seismică, respectiv acțiunea vântului,

corespunzătoare normelor pentru județul Iași în momentul proiectării și executării structurii.

Coeficienții parțiali de siguranță pentru combinațiile de încărcări la starea limită de serviciu

(SLS) sunt conform normativelor din perioada proiectării construcției (STAS 10101/0A-77):

- 1,10 pentru acțiuni permanente și accidentale;

- 0,50 pentru acțiuni variabile.

Verificarea la acțiuni statice s-a efectuat pentru Starea Limită de Serviciu (SLS) luându-

se în considerare faptul că eventuala fisurare a rezervorului conduce la imposibilitatea utilizării

acestuia, chiar dacă este asigurată integritatea structurală.

Combinația de încărcări (cvasi-permanentă) pentru verificarea SLS poate fi calculată

astfel (CR 0-2012):

∑ Pi + ∑ Vimi=1

nj=1 ;

unde:

Pj – valoarea caracteristică a acțiunii permanente;

Vi – valoarea caracteristică a acțiunii variabile asociate.

În stadiul de proiect, calculul static se efectuează pentru următoarea ipoteză (tabel 6.11).

46

Tabel 6.11. Ipoteză de încărcare

Rezervor plin

Încărcări

Tipul

combinației Starea Limită de Serviciu (SLS)

Combinația

de încărcări în

raport cu

ipoteza de

încărcare

1,10∙GP+0,50∙Z + 0,50∙P+1,10∙S

unde:

- GP = greutatea proprie a structurii;

- Z = zăpadă;

- P = presiunea lichidului înmagazinat (apă);

- S = acțiunea seismică.

Ipoteza de încărcare considerând că apa este la capacitate maximă, a fost reprezentată

distribuția maximă a tensiunii (figura 6.13).

47

Figura 6.13. Distribuția tensiunilor – stadiu de proiect

În stadiul de proiect, distribuția maximă a tensiunilor se evidențiază la partea superioară a

elementelor structurale (panouri prefabricate din beton armat).

În acest caz, valorile eforturilor interne nu influențează semnificativ comportamentul

structural al construcției, presiunea lichidului înmagazinat (apa) înregistrând valori maxime la baza

peretelui vertical al rezervorului.

6.3.3.b. Predicționarea comportării în timp a structurii

În stadiul actual, caracteristicile mecanice ale materialelor au fost determinate prin

utilizarea metodelor distructive și nedistructive. Specimenele utilizate pentru testele de laborator

au fost:

- beton (elemente prefabricate de acoperiș tip T);

- torcret (elemente prefabricate de perete).

Valorile numerice obținute din determinările efectuate în laborator și in-situ au fost:

- pentru probele de beton testate în laborator, utilizând metode distructive (presa hidraulică),

rezistența caracteristică la compresiune in-situ este fcube,m=15 MPa, corespunzătoare clasei de

beton C 8/10.

- pentru probele de torcret s-au determinat rezistențele la întindere și compresiune pentru a estima

nivelul de degradare de la nivelul elementelor structurale (comparativ cu valorile inițiale din

proiect).

După efectuarea încercărilor, același model structural a fost utilizat în programul software

prin introducerea caracteristicilor mecanice obținute din determinări.

În acest caz a fost luată în considerare acțiunea seismică și acțiunea vântului,

corespunzătoare normelor actuale pentru județul Iași.

Coeficienții parțiali de siguranță pentru verificarea la starea limită de serviciu (SLS) sunt:

- 1,00 pentru acțiuni permanente;

- 0,40 pentru acțiuni variabile.

Combinația de încărcări (cvasi-permanentă) pentru verificarea SLS poate fi calculată

astfel [10]:

∑ Gk,j + ∑ ψ2,i

∙ Qk,i

mi=1

nj=1 ;

unde:

Gk,j – valoarea caracteristică a acțiunii permanente;

Qk,i – valoarea caracteristică a acțiunii variabile asociate;

ψ2,i – factor pentru valoarea cvasi-permanentă a acțiunii variabile.

În stadiul actual (aproximativ 40 de ani de exploatare), calculul static al structurii a fost

efectuat considerând aceeași ipoteză de încărcare (ca în proiect), variind doar coeficienții aferenți

combinației de încărcări în raport cu ipoteza de calcul, actualizați conform normativelor în vigoare

48

(tabel 6.12).

Tabel 6.12. Ipoteză de încărcare

Rezervor plin

Tipul

combinației Starea Limită de Serviciu (SLS)

Combinația de

încărcări 1,00 ∙ GP+0,40 ∙ Z + 0,40 ∙ P + 1,00 ∙ S

În ipoteza de încărcare, considerând că rezervorul este la capacitate maximă, a fost

reprezentată distribuția maximă a tensiunilor (figura 6.14)

Figura 6.14. Distribuția tensiunilor – stadiul actual

În stadiul actual, factorii interni (apa clorinată, ventilație insuficientă) au condus la

deteriorarea structurii intime a peretelui din beton, apa și factorii externi (agenți agresivi de mediu,

ploi de apă, zăpadă, cicluri de îngheț-dezgheț) amplificând starea de degradare a structurii (din

cauza lipsei izolației termice).

O analiză numerică adecvată bazată pe date concludente corelate cu investigația detaliată

a factorilor de durabilitate (teste distructive și nedistructive efectuate in-situ și în laboratoare

specializate) reprezintă o modalitate eficientă de a anticipa nivelul de degradare și de a asigura o

exploatare continuă a structurii.

Astfel, din punct de vedere structural, se va reabilita perete circular al rezervorului

(etanșarea rosturilor verticale cu ajutorul mortarelor speciale de impermeabilizare), respectiv

elementele prefabricate de acoperiș (materiale compozite polimerice armate cu fibre de carbon).

6.3.4. Soluții propuse de reabilitare

În general, procesul de determinare a metodei de reabilitare include următoarele etape:

- inspecția vizuală a structurii (constă în colectarea de informații privitoare la sistemul structural

49

al construcției);

- expertizarea obiectivului (se bazează pe abordări calitative și cantitative), constând în:

• diagnosticarea și evaluarea siguranței structurale în baza analizei sistemului structural

(vizează identificarea încărcărilor care acționează asupra obiectivului, caracteristicile

materialelor și schema statică considerată),

• propunerea soluțiilor și tehnologiilor de consolidare

- întocmirea proiectului tehnic de reabilitare şi evaluarea costurilor.

6.3.4.a. Reabilitarea structurală a elementelor prefabricate ale peretelui

vertical

Peretele circular al rezervorului se va consolida la exterior prin înfășurare inelară cu

armătură post-tensionată pentru asigurarea capacității portante a structurii (presiunea lichidului

înmagazinat). Astfel, se vor respecta următoarele etape:

- se va goli rezervorul;

- se vor îndepărta elementele metalice de la nivelul peretelui (jgheaburi, burlane) și stratul de

torcret existent de pe întreaga suprafață exterioară a peretelui circular al rezervorului;

- se vor demonta armăturile pretensionate (SBPI Ø5) existente;

- se va curăța suprafața peretelui circular prin sablare, jet de aer, spălare și jet de aer;

- se vor identifica zonele care prezintă defecte / degradări, apoi se va trece la operația de remediere

a acestora;

- se va monta instalația de înfășurare și se vor executa probele în gol;

- se va fixa sârma pe prima piesă de prindere începând de la partea inferioară și se va realiza

înfășurarea cu respectarea pasului din proiect pentru fiecare zonă;

Bucla sârmei de înfășurare pentru fixare pe prima piesă de prindere va fi matisată pe o

lungime minimă de 20 cm. La fiecare 10 spire de sârmă pretensionată se va realiza câte o prindere

intermediară pentru a se reduce lungimea desfășurată în cazul ruperii sârmei.

Înnădirea sârmei de pretensionare se va realiza prin matisare, astfel încât colacul anterior

să treacă pe la partea inferioară a șurubului de strângere, iar capătul colacului următor pe la partea

superioară a șurubului de strângere (matisarea se va situa între cele două strângeri consecutive cu

aceeași plăcuță).

- se va măsura efortul din sârmă la montarea pieselor de prindere intermediare și terminale;

- se va demonta instalația de post-tensionare;

- se va aplica un strat de mortar cu grosimea de 4 cm prin torcretare pentru protejarea armăturii

înfășurate se va face după umplerea cu apă a rezervorului și realizarea, în măsura în care este

posibil, a presiunii maxime de apă care se dezvoltă în exploatare. Rezervorul nu se goli până la

obținerea rezistenței torcretului.

Suprafața de beton pe care se va aplica torcretul se va curăța de impurități și praf prin

sablare, apoi cu jet de aer, spălare cu apă și iar cu jet de aer. Zonele de armătură se vor curăța de

50

rugină cu peria de sârmă și jet de aer.

Aplicarea torcretului se va realiza în trei straturi, primul fiind un strat de amorsare alcătuit

din mortar fin de ciment (ciment și nisip 0-1 mm în părți egale), iar celelalte două straturi mortar

M40 cu dozaj de ciment de 600 Kg/m3.

6.3.4.b. Reabilitarea structurală a elementelor de acoperiș cu materiale

compozite polimerice armate cu fibre

În partea superioară, rezervorul a fost închis cu elemente de acoperiș din beton armat (tabel

6.13, figura 6.15) care sunt dispuse radial, susținând un capăt pe partea superioară a peretelui și

celălalt pe capitelul stâlpului central.

Tabel 6.13. Date geometrice

Date de intrare Caracteristici geometrice

1. Tipul secțiunii T – beton armat

2. Dimensiuni secționale (B x H) (25-188) x 51 [cm];

3. Grosimea inimii variabilă: 11-14 [cm];

4. Grosimea tălpii variabilă 5-8 [cm];

Figura 6.15. Vedere laterală și secțiuni ale elementului de acoperiș

Prin urmare, pentru a crește durabilitatea structurii, s-au calculat soluții de consolidare

utilizând compozite polimerice armate cu fibre (CPAF).

A fost efectuat un calcul numeric bazat pe un program experimental (încercări de laborator)

și o analiză static liniară prin metoda elementului finit cu ajutorul programelor software (SCIA

Engineer și Sika® CarboDur® FRP Design).

În etapa inițială a analizei, caracteristicile mecanice ale materialelor au fost colectate din

testele experimentale prin utilizarea metodelor distructive, valoarea rezistenței la compresiune

fiind fcube,m=15 N/mm2, corespunzând clasei de beton C8/10.

51

Materialele utilizate pentru construcția elementelor structural de acoperiș sunt ilustrate în

tabelul 6.14.

Tabel 6.14. Date de intrare

Material Tip / Clasă

1. Beton C8/10;

2. Armătură OB37, STNB, TBP12;

Elementul structural (figura 6.16) a fost modelat și analizat utilizând programul software

SCIA Engineer și a fost efectuată analiza statică liniară pentru a calcula eforturile interne maxime

(momentul încovoietor – My, forța tăietoare – Vz).

Figura 6.16. Model structural – grindă simplu rezemată

Precizia calculului depinde de schema statică considerată și datele introduse în programul

software, care trebuie să fie în conformitate cu modelul structural (Karzad et. al, 2017). În acest

caz, elementul structural a fost modelat ca o grindă simplu rezemată.

Combinațiile de încărcări aplicate și coeficienții parțiali de siguranță (tabel 6.15)

corespunzători pentru combinațiile de acțiuni la starea limită ultimă (SLU) și de starea limită de

serviciu (SLS) sunt (CR 0-2012):

Tabel 6.15. Combinații de încărcări

Tipul combinației

Tipul acțiunii

Acțiuni permanente

(greutate proprie)

Acțiuni variabile

(zăpadă)

1. Gruparea fundamentală (ULS) 1,35 1,50

2. Gruparea caracteristică (SLS) 1,00 1,00

3. Gruparea frecventă (SLS) 1,00 0,50

4. Gruparea cvasi-permanentă (SLS) 1,00 0,40

52

Combinațiile de încărcări pot fi calculate astfel [38]:

∑ Pi+ ∑ Vimi=1

nj=1 ; (1)

unde:

Pi – valoarea caracteristică a acțiunii permanente;

Vi – valoarea caracteristică asociată acțiunii variabile.

Diagramele interne de eforturi (moment încovoietor – My, forță tăietoare – Vz) a

elementului structural au fost calculate prin metoda elementului finit utilizând programul software

SCIA Engineer.

După efectuarea analizei statice liniare bazate pe modelarea numerică, s-au cuantificat

valorile maxime ale eforturilor interne.

Ulterior, calculul și verificarea soluției de consolidare folosind compozite polimerice

armate cu fibre au fost realizate utilizând programul software Sika® CarboDur® FRP Design.

Consolidarea elementului la încovoiere

Rezistența la încovoiere a grinzilor de beton armat poate fi mărită în mod semnificativ prin

aplicarea compozitelor polimerice armate cu fibre de carbon (CPAF), a fâșiilor / lamelelor lipite

partea întinsă a elementului (Soliman, 2018).

CPAF sunt utilizate din ce în ce mai mult în reabilitarea și consolidarea structurilor și

elementelor din beton, deoarece în comparație cu alte tipuri de fibre acestea prezintă, rezistență

sporită la coroziune și oboseală (Mural et. al, 2011).

Luând în considerare valorile maxime ale eforturilor interne și ale caracteristicilor

geometrice ale elementului structural, s-a efectuat următorul calcul numeric.

Consolidarea la încovoiere se face în conformitate cu gruparea fundamentală la starea

limită ultimă (SLU), secțiunea transversală finală necesară având valoarea Af = 38,12 [mm2].

Dimensiunile lamelei aplicate:

- Lățime: bf = 50 [mm];

- Grosime: tf = 1,2 [mm];

- Numărul de fâșii: n = 1;

- Aria secțiunii transversale: Af = 60,00 [mm²];

Ulterior, a fost efectuată o verificare a ductilității profilului secțiunii transversale (tabel

6.23).

Verificarea ductilității pentru starea limită ultimă (SLU) se calculează astfel:

- ζ = x/(h-d11) = 0,220

- maximum ζ = 0,45 → verificarea de ductilitate este indeplinită.

Din analiza numerică și verificarea ductilității s-a constatat că, pentru consolidarea la

încovoiere, se va folosi ca soluție de consolidare o bandă CPAF având dimensiunile secțiunii

transversale (B x tf): 50 x 1.2 [mm].

Consolidarea elementului la forfecare

53

În situația în care se efectuează calculul de consolidare a elementului la forfecare,

materialul CPAF în acest caz, poate lua forma unor benzi discrete distanțate la un interval definit

de inginerul de proiectare sau poate lua forma unei carcase continue în care întregul beton

elementul este acoperit cu o folie de material CPAF (Atif, 2007).

Cea mai eficientă aplicare de forfecare a CPAF este aceea cămășuirea continuă. Înfășurarea

completă a elementului întărește fasciculul în forfecare și elimină orice posibilitate de defectare

(Kim et. al, 2012).

Rezultate:

- Grosimea necesară FRP: tf = 0,56 [mm];

- Grosimea FRP aplicată: tf = 0,68 [mm];

- Forța de forfecare: Vfd = 82,03 [KN].

FRP aplicat:

- Grosime: tf = 0,34 [mm];

- Numărul de straturi: n = 2.

Ca urmare, din calculul numeric, metoda de consolidare la forfecare, cămășuire continuă

va fi aplicată pe elementul structural.

Modelul structural calculat este o grindă simplu rezemată (secțiune T) pentru a prezice

capacitatea de consolidare la încovoiere și forfecare a elementului structural utilizând materiale

compozite polimerice armat cu fibră de carbon (Modifi et. al, 2013).

Pentru modul de consolidare ales (cămășuire continuă), rezultatele obținute sunt valabile,

iar calculul este realizat conform normelor.

6.3.4.c. Reabilitarea hidrofugă a elementelor structurale

În cazul reabilitării hidrofuge a construcțiilor speciale, unul dintre aspectele cele mai

importante este reprezentat de corelarea din punct de vedere tehnic a materialelor utilizate și

metodele adoptate pentru corectarea defectelor.

Astfel, pentru asigurarea capacității portante a rezervorului (consolidarea rosturilor

verticale) se vor aplica straturi hidroizolante și finisaje la interiorul rezervorului la nivelul peretelui

circular și a plăcii inferioare.

La nivelul peretelui circular și a plăcii inferioare, remedierea defectelor și degradărilor din

elementele de beton armat sub formă de segregări sau pori la suprafața elementului, se vor

hidroizola cu ajutorul mortarelor speciale de impermeabilizare.

La exterior, după montarea termoizolației și aplicarea unei bariere de vapori, se va reabilita

acoperișul cu ajutorul unei membrane hidrofuge.

6.3.4.d. Reabilitarea termică a elementelor structurale

După consolidarea prin post-tensionare și torcretare se va realiza izolația termică a

peretelui circular al rezervorului și a acoperișului.

54

Izolarea termică a peretelui circular se va realiza după consolidarea prin post-tensionare și

torcretare, la exterior, cu un strat de termosistem (spumă poliuretanică, vată minerală bazaltică).

În această situație, se vor alege soluții adezive de aplicare a termosistemului cu rezistențe

mari, astfel încât să se evite fixarea (ancorarea) izolației cu dibluri. După montarea izolației termice

se va realiza stratul de armare cu plase din împâslitură de fibră de sticlă peste care se va aplica

masa de șpaclu. Fâșiile din fibră de sticlă se vor suprapune la îmbinări pe o distanță de minim 10

cm.

La baza peretelui rezervorului (soclu) se vor suplimenta straturile de împâslitură de fibră

de sticlă pe o înălțime de cel puțin 50 cm. Ulterior, aplicarea stratului de finisaj se va face la 30 de

zile de la montarea izolației termice pentru a permite uscarea în profunzime stratului de armare.

Concomitent, se va proteja suprafața exterioară împotriva factorilor atmosferici (precipitații,

particule abrazive, etc.).

La nivelul acoperișului (elemente prefabricare tip T), rectificarea suprafeței exterioare se

va realiza prin aplicarea unui strat de egalizare (mortar de reparație) de 2 cm, se va aplica o

termoizolație din spumă PIR în grosime de 8 cm.

6.3.4.e. Realizarea unui trotuar perimetral etanș din beton

Refacerea căii de acces perimetrale în vederea protejării fundațiilor împotriva apelor

meteorice se va realiza după izolarea la exterior a peretelui circular al rezervorului prin aplicarea

termosistemului. Trotuarul va avea lățimea de 1,00 m și pantă de minim 1% spre rigolă.

Se va îndepărta trotuarul existent în totalitate, pentru a verifica gradul de comportare a

umpluturii de lângă elevație.

Se va așeza un strat filtrant din pietriș cu grosimea de 10 cm sub trotuar. După execuția

trotuarului se va realiza etanșarea cu cordon de bitum, la interfața cu soclul pe tot perimetrul

construcției.

6.3.4.f. Betonul ,,self-healing” – metodă modernă de reabilitare a betonului

utilizat în construcția rezervoarelor de apă

După investigarea și expertizarea structurii, mediul de exploatare a acesteia a favorizat

apariția microfisurilor la nivelul elementelor structurale de beton. În cazul rezervoarelor de apă

din beton, fenomenul de fisurare este inevitabil, permițând și adesea necesită măsuri tehnice de

intervenție foarte costisitoare.

Datorită creșterii permeabilității betonului, apa, precum și alte substanțe chimice atacă

structura intimă a betonului intrând în contact cu armătura, după o perioadă de timp procesul de

coroziune se amplifică, fapt care conduce la apariția microfisurilor.

O abordare actuală în această privință, este reprezentată de utilizarea betonului care

prezintă un mecanism de auto-vindecare autonom (self-healing).

Spre deosebire de betonul obișnuit, betonul „self-healing” conține bacterii (bacillus

55

sphaericus, bacillus cohnii, escherichia coli, bacillus balodurans, etc.), împreună cu o formă de

amidon care servește ca hrană pentru bacterii.

În cazul apariției microfisurilor în beton datorate anumitor factori (umiditate excesivă,

diferențe de temperatură, agenți corozivi, mișcări ale terenului), bacteriile care precipită calcite

încorporate în noul material "self-healing" produc şi var pentru a „închide” microfisurile (în stadiu

incipient), fără a permite propagarea fisurilor.

Când apa intră în contact cu calciul nehidratat din beton, hidroxidul de calciu este produs

cu ajutorul bacteriilor, care acționează ca un catalizator. Acest hidroxid de calciu reacționează cu

dioxidul de carbon atmosferic și formează carbonat de calciu și apă.

CaO+H2O → Ca(OH)2

Ca(OH)2+CO2 → CaCO3+H2O

Bacteriile rămân latente în structura betonului până la formarea fisurii. Această schimbare

„trezește” bacteriile și le determină să consume amidonul care a fost adăugat la beton. Pe măsură

ce bacteriile se hrănesc, cresc și se reproduc, ele elimină calcitul, care este o formă de carbonat de

calciu. Atunci când calcitul se leagă de beton, acesta umple fisura și o sigilează (figura 6.17).

Figura 6.17. Repararea fisurii cu ajutorul betonului ”self-healing” – situație practică

Dezvoltarea acestui material modern prin adăugarea de bactericide speciale la betonul

obișnuit, bacteriile aplicate sunt absolut inofensive pentru oameni și mediul înconjurător.

Betonul ,,self-healing” este fără îndoială un material foarte util, mai scump decât betonul

obișnuit. Ca urmare, aplicarea sa în această etapă este limitată prin focalizarea asupra structurilor

care prezintă o capacitate de înmagazinare de maxim 500 m3.

Principalul avantaj al utilizării betonului ,,self-healing” este reprezentat de reducerea

operațiunilor de întreținere, inspecție și reparații, lucru care conduce la o serie de tehnologii

suplimentare, avantaje operaționale și financiare.

De asemenea, acest material prezintă rezistență sporită la atacul ciclurilor îngheț-dezgheț

și diminuează procesul de coroziune al armăturii, îmbunătățind astfel durabilitatea betonului.

6.4. ANALIZA COST – TIMP – BENEFICIU

Reabilitarea construcțiilor speciale de stocare a apei reprezintă un proces complex din

56

punct de vedere structural. Măsurile tehnice de intervenție trebuie concepute astfel încât sistemul

structural să nu fie afectat în timp ce este vizată creșterea nivelului de siguranță în exploatare.

Fiecare investiție este influențată de cerințe specifice privitoare la costuri, durata de

execuție și beneficiile ulterioare realizării. Astfel, cu cât costurile și durata de execuție a lucrărilor

se diminuează, cu atât beneficiile cresc.

Îndeplinirea concomitentă a acestor trei parametri (reducerea costurilor investiției și a

duratei de execuție, în paralel cu creșterea beneficiilor) este dificil de îndeplinit deoarece există

posibilitatea unor schimbări tehnice sau organizatorice.

Pentru studiul de caz considerat (rezervor de apă 5000 m3 – comuna Miroslava), evaluarea

tehnico-economică a soluțiilor de reabilitare propuse a fost realizată cu ajutorul programului

software Intersoft Deviz Profesional. În baza rezultatelor obținute s-a efectuat o analiză

comparativă multicriterială (tabel 6.16), în funcție de:

• valoarea costurilor investiției;

• durata de execuție a lucrărilor;

• oportunitatea soluțiilor de consolidare adoptate.

Astfel, s-au considerat următoarele propuneri:

- reabilitarea structurală a rezervorului prin post-tensionare;

- reabilitarea structurală a rezervorului prin aplicarea materialelor compozite;

- montarea unui rezervor cilindric metalic de compensare cu capacitatea de 420 m3.

Tabel 6.16. Analiză comparativă

Propunere de reabilitare

Valoarea estimată a

investiției

[lei]

Durata estimată

de execuție

[ore]

1. Reabilitare structurală - post-tensionare 393.030,76 4.161,69

2. Reabilitare structurală – aplicarea materialelor

compozite 359.495,13 4.936,4

3. Montare rezervor metalic 420 m3 222.742,08 2.542,58

Din punct de vedere al costului estimat al investiției (figura 6.18), reabilitarea structurală

prin aplicarea materialelor compozite (metodă modernă) are o valoare de investiție cu aproximativ

9% mai mică în comparație cu reabilitarea structurală prin post-tensionare (metodă clasică).

57

Figura 6.18. Analiză comparativă în funcție de valoarea investiției

În situația în care se optează pentru construcția unui nou obiectiv (rezervor metalic – 420

m3), costurile de investiție se diminuează cu 26% (post-tensionare), respectiv 19% (materiale

compozite). Acest fapt poate influența semnificativ decizia investitorului raportată la costuri și la

durata de realizare a unei noi construcții.

Durata estimată de execuție (figura 6.19) în cazul fiecărei soluții de reabilitare propusă, din

punct de vedere procentual variază semnificativ. Astfel, în cazul post-tensionării, aceasta scade cu

39%, în vreme ce, în situația utilizării materialelor compozite, procentul este de 49%.

Figura 6.19. Analiză comparativă în funcție de durata de execuție

Soluțiile de reabilitare propuse mai sus, variază în funcție de costurile și durata de execuție

implicate în realizarea analizei comparative. Astfel, pentru a ilustra oportunitatea fiecărei soluții

propuse se vor enumera o serie de avantaje și dezavantaje pe baza graficelor de mai sus (tabel

6.17).

393030,76359495,13

222742,08

050000

100000150000200000250000300000350000400000450000

Reabilitare structurală - post-

tensionare

Reabilitare structurală -

aplicarea materialelor

compozite

Montare rezervor metalic

LEI

4161,69

4936,4

2542,58

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Reabilitare structurală - post-

tensionare

Reabilitare structurală -

aplicarea materialelor

compozite

Montare rezervor metalic

ORE

58

Tabel 6.17. Soluții propuse de reabilitare – avantaje / dezavantaje

Soluția de reabilitare propusă Avantaje Dezavantaje

1. Reabilitare structurală -

post-tensionare

- durabilitate ridicată

(aproximativ 50 de ani) în

situația în care lucrările sunt

executate corespunzător.

- cost de investiție ridicat în

comparație cu cele două

soluții

- durată de execuție relativ

ridicată

2. Reabilitare structurală -

aplicarea materialelor

compozite

- rezistență la coroziune;

- rezistență mecanică ridicată

în raport cu greutatea

specifică,

- durabilitate ridicată;

- durată de execuție ridicată;

- necesitatea de personal

calificat pentru efectuarea

lucrărilor de reabilitare;

3. Montare rezervor metalic

- cost de realizare a investiției

și durată de execuție scăzută.

- durabilitate relativ redusă a

structurii (15-20 de ani)

datorită coroziunii

Costurile procesului de reabilitare ales în cazul construcțiilor speciale de înmagazinare a

apei sunt strâns legate de durata de execuție.

Reducerea / prelungirea timpului alocat lucrărilor, trebuie să se coreleze cu respectarea

normativelor și standardelor în privința creșterii nivelului de siguranță în exploatare a obiectivului.

În cadrul aplicării analizei cost-beneficiu, investitorul va formula și stabili beneficiile nete

ale soluțiilor propuse. Acest lucru conduce la o complexitate ridicată a comparației între câștiguri

/ pierderi, deoarece valoarea de realizare a investiției (costuri / beneficii) de astăzi nu este direct

compatibilă cu valoarea pe o anumită perioadă de timp (de exemplu, 10 ani).

În acest context, analiza comparativă capătă două direcții:

- o soluție implementată recent este reprezentată de înlocuirea rezervoarelor din beton cu cele

metalice, alegerea făcându-se în funcție de resursele financiare disponibile ale investitorului,

revenindu-i sarcina de a analiza fiecare soluție de reabilitare propusă, luând în considerare

avantajele și dezavantajele pe care le oferă.

- având în vedere numărul mare de obiective aflate în exploatare (417 rezervoare de apă) prin

raportarea la fondul construit existent în regiunea Moldovei, în funcție de tiparul constructiv al

structurii, capacitatea de înmagazinare și durata de exploatare, în cazul acestor tipuri de structuri

speciale se poate aplica un algoritm de asigurare a managementului calității lucrărilor de

monitorizare / întreținere.

6.5. ALGORITM DE ASIGURARE A MANAGEMENTULUI CALITĂȚII

LUCRĂRILOR DE MONITORIZARE / INTERVENȚIE

Calitatea construcțiilor este rezultanta totalității performanțelor de comportare a acestora

în exploatare, în scopul satisfacerii, pe întreaga durată de existență, a exigențelor utilizatorilor și

59

colectivităților (Legea 10/1995).

Astfel, în cazul construcțiilor speciale de înmagazinare a apei, se impune elaborarea unui

algoritmi de asigurare a managementului calității lucrărilor de monitorizare / intervenție la nivelul

structurii (figura 6.20).

Figura 6.20. Algoritm de asigurare a managementului calității lucrărilor de monitorizare

60

Pe baza programului de monitorizare ales (urmărire curentă, inspectare extinsă sau

urmărire specială) în funcție de starea tehnică de degradare a construcției, se vor propune o serie

de măsuri tehnice de intervenție (figura 6.21).

Figura 6.21. Algoritm de asigurare a managementului calității lucrărilor de intervenție

Managementul calității lucrărilor de monitorizare / intervenție asupra structurilor speciale

(rezervoare de apă) include etapele și procesele necesare pentru buna desfășurare a investiției și

asigurarea cerințelor de performanță și siguranță în exploatare plecând de la etapea de inspectare

și expertizare până la instituirea programului de urmărire a comportării în timp a construcției (C

244-1993, GM 017-2003).

Astfel, asigurarea calității pe parcursul tuturor etapelor proiectului contribuie semnificativ

la creșterea caracteristicilor de durabilitate ceea ce conduce la o perioadă îndelungată de exploatare

a structurii (NP 087-2003).

6.6. CONCLUZII PRIVIND STUDIILE DE CAZ

Rezervor de apă subteran (sat Vișan)

În cazul obiectivului analizat, tipul constructiv (rezervor subteran) influențează

comportamentul structurii. Astfel, datorită faptului că rezervorul este îngropat, în comparație cu

celelalte tipuri (semi-îngropat, suprateran) această construcție este mai puțin susceptibilă la

acțiunea seismică și la acțiunea ciclurilor îngheț – dezgheț.

În funcție de caracteristicile amplasamentului, la exteriorul (peretele perimetral, placă

61

superioară, fundație) și interiorul structurii (stâlpi centrali, perete perimetral, perete de

compartimentare) se vor utiliza procedee de reabilitare hidrofugă cu rolul de a preveni posibilele

infiltrații care pot afecta elementele structurale de beton armat.

Rezervor de apă suprateran (comuna Miroslava)

Din punct de vedere seismic, structura analizată a suportat efectele a numeroase cutremure.

În acest caz, pentru asigurarea rezistenței, stabilității și a siguranței în exploatare a obiectivului, la

nivelul elementelor structurale (elemente de acoperiș, perete circular) se vor realiza lucrări de

consolidare.

Înainte de aplicarea măsurilor de intervenție propuse, se vor realiza lucrări pregătitoare

constând în golirea totală, curățarea și igienizarea rezervorului, respectiv, desfacerea și

îndepărtarea tencuielilor și a finisajelor interioare / exterioare.

Elementele de acoperiș se vor reabilita la interior (consolidare prin utilizarea materialelor

compozite polimerice armate cu fibre de carbon), precum și la exterior (termoizolare, respectiv

hidroizolare).

Peretele circular se va reabilita la interior prin aplicarea de mortare speciale de

impermeabilizare și finisaj. La exterior, se va consolida prin post-tensionare cu armătură post-

întinsă și aplicarea unui strat de torcret.

Pentru evitarea posibilelor infiltrații la nivelul fundației rezervorului, se va realiza un

trotuar perimetral etanș pe tot conturul rezervorului.

După aplicarea măsurilor tehnice de intervenție asupra structurii se poate considera că

obiectivul analizat îndeplinește condițiile minime de rezistență, stabilitate și siguranță în

exploatare.

Din punctul de vedere al durabilității betonului utilizat în construcția structurilor de

înmagazinare a apei, problema majoră a fost reprezentată de coroziunea armăturii (datorată

procesului de clorinare a apei) la intradosul elementelor structurale din beton armat (rezervor

Vișan), cât și în cazul elementelor din beton precomprimat (rezervor Miroslava).

Diminuarea caracteristicilor de durabilitate, respectiv a duratei de exploatare a structurii, a

fost strict determinată de gradul de coroziune a armăturii și de durata îndelungată de exploatare a

celor două tipuri de rezervoare, coroborată cu lipsa unui program de urmărire și control.

Măsurile de reabilitare propuse pentru studiile de caz enumerate (rezervoare de apă din

beton armat subteran și suprateran) aflate în condiții speciale de exploatare urmăresc îmbunătățirea

comportării structurii, alegerea acestora a fost determinată de factorii care influențează

durabilitatea.

62

CAPITOLUL 7

CONCLUZII, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI

VALORIFICAREA REZULTATELOR CERCETĂRII

7.1. CONCLUZIILE PROGRAMULUI DE CERCETARE

În regiunea Moldovei, există un important număr de obiective (rezervoare de apă din beton)

care datorită exploatării îndelungate și a lipsei unui program de monitorizare a comportării în timp

a construcțiilor coroborat cu lipsa efectuării lucrărilor de întreținere / reparații (generat de lipsa de

fonduri) a condus la o diminuare semnificativă a caracteristicilor de durabilitate.

Programul de cercetare a urmărit studiul factorilor care influențează durabilitatea acestor

tipuri de structuri speciale, identificarea și diagnosticarea factorilor care generează degradări

asupra elementelor structurale, precum și propunerea soluțiilor de reabilitare.

În urma studiului istoriografic, s-a constatat că forma constructivă a acestor tipuri de

structuri speciale a evoluat datorită materialelor utilizate (de la zidărie din piatră, lemn până la cele

din zilele noastre – beton armat, metal, compozit) precum și datorită tehnologiilor de execuție.

Din studiul documentar efectuat, s-a constatat că pe plan mondial, s-a pus accent pe

dezvoltarea sistemelor constructive și a tehnologiilor de execuție pentru rezervoare de apă cu

capacități de înmagazinare foarte mari (10.000 – 284.000 m3) și faptul că tehnologia de execuție

preponderent utilizată a fost post-tensionarea betonului precomprimat.

La nivel național, au fost adoptate și executate structuri de stocare cuprinse între 50 –

10.000 m3. S-a observat că rezervoarele de apă cu capacități cuprinse între 50 – 1000 m3, au fost

construite din beton armat monolit, în vreme ce pentru structurile cu capacități mai mari de 1000

m3, betonul precomprimat a fost materialul predominant.

Pe baza analizei multicriteriale etapizate (proiectare, execuție, exploatare) a cauzelor care

afectează durabilitatea rezervoarelor de apă din beton armat, s-au constatat multiple cauze care

generează stare de degradări a construcției.

Astfel, proiectarea defectuoasă a structurii declanșată de o serie de factori (alegerea

neconformă a materialelor, a tipului și formei structurii, etc.) precum și erori de execuție

(durabilitatea betonului fiind influențată din punct de vedere tehnologic), ulterior, conduc pe

perioada exploatării la diverse degradări ale construcției (de natură fizică, chimică, biochimică,

accidentală)

Cauzele degradării lucrărilor din beton sunt clasificate multicriterial în funcție de:

- variația acțiunilor în timp;

- gradul de imprecizie;

- natura degradărilor;

- cauzele proceselor distructive.

63

Dintre acestea, datorită destinației acestor tipuri de structuri (înmagazinarea apei potabile),

se disting următoarele cauze specifice:

- procesul de tratare a apei;

- acțiunea asupra structurii a agenților agresivi de mediu (umiditate, cicluri îngheț – dezgheț)

- lipsa termo și hidroizolării;

S-a constatat că degradările la interiorul rezervoarelor s-au manifestat prin expulzia

stratului de acoperire și coroziunea armăturii, acest lucru datorându-se procesului de tratare a apei.

În România, cea mai utilizată metodă de tratare a apei se face prin clorinare, din considerente

tehnice și economice, utilizând un set complex de produși chimici meniți să îmbunătățească

parametrii calitativi.

La exteriorul rezervoarelor, datorită lipsei termo și hidroizolației coroborate cu acțiunea

agenților agresivi de mediu s-a constatat un proces accelerat de coroziune acidă a betonului armat.

Identificarea stării de degradare a construcțiilor speciale de stocare a apei s-a realizat în

baza unui program de urmărire a comportării în timp și metode de testare parțial distructive /

nedistructive specifice diagnosticării structurilor / elementelor din beton armat.

În acest sens, pe baza determinărilor efectuate in-situ / laborator, pentru creșterea siguranței

în exploatare a rezervoarelor de apă, se pot aplica o serie de metode de reabilitare asupra

elementelor componente. Astfel, se disting următoarele tipuri de proceduri:

- proceduri de consolidare (fundație, pereți, elemente de acoperiș);

- proceduri de reabilitare hidrofugă (refacerea hidroizolației la interior și exterior);

- proceduri de termoizolare;

- proceduri de întreținere / reparații a instalațiilor și echipamentelor.

S-a efectuat o analiză statistică multicriterială (tipul constructiv, capacitatea de

înmagazinare, perioada de exploatare) prin raportarea la fondul existent construit în regiunea

Moldovei (județele Suceava, Botoșani, Neamț, Iași, Bacău, Vaslui), în care s-a constatat că

majoritatea obiectivelor aflate în exploatare sunt semiîngropate (44%), capacitatea de

înmagazinare a acestora este mai mică de 1000 m3 (71%) și durata de exploatare este cuprinsă

între 0 – 20 ani (59%).

Această pondere se datorează consumului ridicat de apă potabilă generat de creșterea

demografică (ridicarea gradului de industrializare a aglomerărilor urbane) și a modificărilor

legislative din ultimii 30 de ani.

În cazul unor durate de exploatare medie (20 – 40 ani), respectiv ridicată (40 - 60 ani) se

impune necesitatea efectuării lucrărilor de reabilitare având în vedere faptul că nu sunt asigurate

stabilitatea și siguranța în exploatare.

Studiile de caz au fost efectuate în vederea asigurării gradului de stabilitate și siguranță în

exploatare. În acest sens, au fost ales două structuri diferite (rezervor de apă subteran, respectiv

suprateran) care au fost considerate reprezentative pentru regiunea Moldovei. Acestea se află în

exploatarea operatorului de apă potabilă S.C. Apavital S.A. Iași. Evaluarea stării tehnice, s-a

efectuat prin aplicarea următoarelor proceduri:

- inspectarea vizuală a obiectivelor;

64

- testări parțial distructive / nedistructive;

În vederea validării rezultatelor experimentale, s-au efectuat modelări pe baza Metodei

Elementului Finit cu ajutorul unui program de calcul automat (SCIA Engineer) în diferite stadii de

exploatare (rezervor plin, rezervor gol);

În paralel, s-a analizat starea structurală prin compararea parametrilor inițiali (valorile din

etapa de proiectare) și parametrii actuali (în momentul exploatării).

În vederea eliminării neconformităților constatate în momentul expertizării, s-au propus

soluții de reabilitare pentru fiecare studiu de caz.

În ambele studii de caz, principala neconformitate a fost reprezentată de procesul de

coroziune a armăturii, datorat clorinării apei.

În cazul rezervorului subteran (Vișan), degradările au fost identificate la interiorul

elementelor structurale din beton armat (armături descoperite și corodate). Din punct de vedere

structural, datorită tipului constructiv ales, acesta este mai puțin susceptibil la acțiuni seismice și

cicluri îngheț – dezgheț. În acest caz, pe baza rezultatelor obținute în urma testărilor nedistructive

(sclerometrare) efectuate la nivelul elementelor structurale (perete circular, stâlp interior) s-a

realizat o analiză numerică utilizând Metoda Elementului Finit.

Astfel, măsurile tehnice de intervenție asupra obiectivului, au vizat doar reabilitarea

hidrofugă a construcției, atât la interior, cât și la exteriorul structurii. La interior, nivelul de

degradare al elementelor structurale este scăzut, astfel, s-a optat pentru utilizarea mortarelor

speciale. La exterior, alegerea procedeului de reabilitare (membrană hidroizolantă bituminoasă) a

fost justificată de studierea caracteristicilor amplasamentului (agresivitate slabă).

În cazul rezervorului suprateran (Miroslava), principala degradare identificată la interiorul

structurii a fost reprezentată de coroziunea armăturii. Astfel, la nivelul peretelui perimetral,

degradările au cauzat expulzia stratului de acoperire cu beton și reducerea secțiunii transversale a

armăturii. La interior, peretele se va aplica un strat de mortar special (în vederea

impermeabilizării), iar la exteriorul acestuia, se va aplica procedeul de post-tensionare, se va aplica

un strat de torcret și se va reabilita termo și hidroizolația.

Având în vedere tipul de degradări constatate, care este predominant pentru fondul existent

aflat în exploatare, se poate alege ca alternativă la metoda propusă, metoda tratării betonului

degradat în vederea demarării procedurii de ,,self-healing”. Această procedură presupune tratarea

stratului superficial degradat, prin adăugarea de bactericide speciale la betonul obișnuit (așa cum

este detaliat în subpunctul 6.3.4.f.).

S-au propus pentru elementele de acoperiș (grinzi prefabricate) consolidarea acestora la

partea intinsă cu materiale compozite polimerice armate cu fibre de carbon, iar la exterior, se va

aplica strat termo și hidroizolator.

În baza analizei cost – timp – beneficiu (efectuată la subcapitolul 6.4.) s-a concluzionat că

resursele financiare necesare alocate pentru metoda reabilitării cu materiale compozite sunt mai

ridicate, însă durata de realizare a lucrărilor se diminuează semnificativ, punând astfel într-un timp

foarte scurt rezervorul în exploatare, prin comparație cu metoda de reabilitare prin post-tensionare,

care implică aproximativ aceleași costuri și o durată de execuție relativ ridicată.

65

În urma cercetărilor făcute, s-au elaborat algoritmi de asigurare a managementului calității

lucrărilor de monitorizare și intervenție asupra rezervoarelor de apă. Utilitatea elaborării acestor

algoritmi este enunțarea etapelor de monitorizare / intervenție specifice acestor tipuri de structuri.

7.2. POSIBILE DIRECȚII DE DEZVOLTARE / CONTINUARE A

CERCETĂRII

În urma finalizării programului de doctorat, se propun următoarele posibile direcții de

dezvoltare / continuare a cercetării:

Elaborarea unor tehnici de proiectare eco-sustenabilă a structurilor speciale de înmagazinare

a apei prin reintegrarea deșeurilor provenite din demolarea structurilor avariate din beton.

Crearea / întreținerea unei baze de date privind starea de degradare a rezervoarelor de apă

aflate în exploatare pentru zona metropolitană Iaşi în vederea aplicării unui management

eficient a lucrărilor de întreținere / reparații. Ulterior, se va proceda la extinderea programului

nivel județean / regional.

Dezvoltarea unor proceduri de testare accelerată a probelor prelevate din structurile existente

pentru predicţionarea caracteristicilor de durabilitate structurală.

7.3. CONTRIBUȚII PERSONALE ADUSE DOMENIULUI STUDIAT

Teza de doctorat cu titlul „Contribuții la creșterea siguranței în exploatare a

rezervoarelor de apă” prezintă problematica actuală și variată privind durabilitatea structurilor

din beton, diagnosticarea stării tehnice de degradare și metode de realizare a lucrărilor de

reabilitare a construcțiilor de înmagazinare a apei potabile (rezervoare).

Teza, bazată pe un amplu material bibliografic, contribuie prin analiza detaliată - justificată

a domeniului studiat și prin considerațiile personale, din care se pot enumera:

1. Realizarea unei sinteze bibliografice detaliate care prezintă stadiul actual al cunoașterii

în domeniul rezervoarelor de apă din beton armat, prin raportarea la observațiile și studiile de caz

prezentate.

2. Studiu documentar asupra cauzelor / efectelor care pot genera un nivel de degradare și

a factorilor care influenţează durabilitatea rezervoarelor de apă aflate în exploatare în regiunea

Moldova.

3. Prezentarea programului de urmărire a comportării în timp a construcțiilor speciale

(rezervoare de apă) pe baza normativelor în vigoare.

4. Analiza calitativă și cantitativă a metodelor distructive și nedistructive (clasice /

moderne) utilizate în investigarea și diagnosticarea elementelor structurale din beton armat.

5. Elaborarea unei analize statistice multicriteriale a rezervoarelor de apă (pe tipuri

constructive, capacitate de înmagazinare, durată de exploatare, stare tehnică) aflate în exploatare

în anul 2019 pentru operatorii județeni de apă potabilă din regiunea Moldovei (județele Suceava,

66

Botoșani, Neamț, Iași, Bacău, Vaslui).

6. Analizarea și prezentarea detaliată a modalităților de investigare și expertizare în vederea

determinării soluțiilor de reabilitare / consolidare pentru două obiective aflate în exploatare,

aparținând S.C. Apavital S.A. Iași:

- rezervor subteran 500 m3 situat în sat Vișan, județul Iași;

- rezervor suprateran 5000 m3 situat în comuna Miroslava, județul Iași.

7. Instituirea unui program de monitorizare asupra rezervoarelor de apă, în cadrul căruia s-

au efectuat:

• evaluarea stării tehnice de degradare ,

• studiul acțiunilor în regim static în diferite stadii de exploatare (rezervor gol, rezervor plin)

prin analiză numerică realizată cu Metoda Elementului Finit (în vederea validării

rezultatelor experimentale

• predicţionarea evoluției degradărilor (cu / fără intervenţii structurale).

8. Optimizarea soluțiilor de consolidare structurală (compozite polimerice armate cu fibre)

prin efectuarea calculului numeric în cazul utilizării diferitelor tehnici de consolidare (cămășuire

cu țesătură continuă şi/sau fâșii discrete).

9. Prezentarea unor propuneri de reabilitare în cazul structurilor speciale de înmagazinare

a apei în vederea creșterii valorilor nominale a caracteristicilor de durabilitate.

10. Realizarea unei analize cost – timp – beneficiu pentru construcțiile de stocare a apei,

prezentarea unor soluții de reabilitare (avantaje / dezavantaje) și algoritmi de monitorizare /

intervenție prin raportarea asupra fondului existent construit în regiunea Moldovei.

11. Valorificarea rezultatelor cercetării prin publicarea acestora în cadrul manifestărilor

științifice (simpozioane, conferințe naționale, conferințe internaționale).

12. Integrarea într-un sistem complex a problematicii durabilității rezervoarelor de apă,

scoțând în evidență modul de abordare al tematicii, prin descrierea fiecărui pas (identificarea

degradărilor, decizia de intervenție asupra obiectivului, recepția finală a lucrărilor, monitorizarea

construcției) precum și a aspectelor care țin etapele de proiectare, execuție și exploatare.

7.4. METODE DE VALORIFICARE A REZULTATELOR

CERCETĂRII

Diseminarea rezultatelor și cercetărilor a fost realizată prin publicarea a 9 lucrări științifice,

în calitate de prim-autor (8) și coautor (1), în cadrul conferințelor naționale și internaționale:

- Lucrări în publicații indexate ISI Proceedings (IOP Conference Series: Material Science and

Engineering) - (în curs de publicare)

1. Filip A., Covatariu D. (2019) Computational Assessment of a RC Water Tank – A Comparative

Static Analysis, a 15a Conferinţă internațională “Computational Civil Engineering – CCE2019”,

30 – 31 mai 2019, Iași, România.

67

2. Filip A., Covatariu D. (2019) Assessment of the Time-dependent Behaviour of a Reinforced

Concrete Water Tank by using the Finite Elements Method, a 15a Conferinţă internațională

“Computational Civil Engineering – CCE2019”, 30 – 31 mai 2019, Iași, România.

- Lucrări publicate în reviste indexate BDI:

3. Filip A., Covatariu D. (2018) Influence of the Cracking Phenomenon on Reinforced Concrete

Elements in Service, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, secţiunea Construcții – Arhitectură,

fascicola 64 (68) (1): 54 – 62, http://www.bipcons.ce.tuiasi.ro/Archive/628.pdf.

4. Filip A., Covatariu D. (2018) Corrosion’s diagnosis of the reinforced concrete elements by

using non-destructive testing methods, Bulletin of the Transilvania University of Brașov, 11 (60)

(1): 41 – 53, Brașov, România,

http://webbut.unitbv.ro/bulletin/Series%20I/2018/BUT_CIB/Filip.pdf.

5. Covatariu D., Filip A. (2018) A comprehensive approaching of the water tank durability’s

affecting factors in different stages, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, secțiunea Construcții

– Arhitectură, 64 (68) (4): 142 – 156, http://www.bipcons.ce.tuiasi.ro/Archive/665.pdf.

6. Filip A., Covatariu D. (2019) The influences of the durability factors over a special reinforced

concrete structure’s in-time behaviour, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, secţiunea

Construcții – Arhitectură, fascicola 65 (69) (2): 65 – 82.

7. Filip A., Covatariu D. (2019) Calculus optimization of a strengthening method for a reinforced

concrete beam using carbon fibre reinforced polymer composites, Buletinul Institutului Politehnic

din Iași, secţiunea Construcții – Arhitectură, fascicola 65 (69) (3): 89 – 104.

- Lucrări prezentate în cadrul conferințelor internaționale:

8. Filip A., Covatariu D. (2018) The corrosion’s Evaluation of the Water Tanks Reinforcements

by using the Combined Non-Destructive Methods, C65 International Conference „Tradition and

Innovation 65 Years of Constructions in Transilvania”, 12 – 16 noiembrie, Cluj-Napoca, România.

- Lucrări publicate în volume ale conferințelor naționale:

9. Filip A. (2017) Cauzele degradării betonului și betonului armat utilizat în construcția

rezervoarelor de apă, „Creații Universitare 2017” – Al X-lea Simpozion Național, 2 iunie 2017,

Iași, România.

68

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

1. Al-Gahtani H., Ahmad S., Umar Khan M., - Chloride-Induced Corrosion of Steel in Concrete:

An Overview on Chloride Diffusion and Prediction of Corrosion Initiation Time, International

Journal of Corrosion, 2017;

2. Atif M.A.H, Shear Behaviour of RC Beams Strengthened Externally with Bonded CFRP-U

Strips, Journal of Engineering Sciences, Assiut University, vol. 35, no. 2, pp. 361-379, 2007.

3. Bucur, I., Structuri speciale din beton armat, Institutul Politehnic Cluj-Napoca, Cluj-Napoca,

1980;

4. Covatariu D., Filip A., A Comprehensive Approaching on the Water Tanks Durability’s

Affecting Factors in Different Stages, Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy, vol. 64(68),

no. 4, 2018;

5. Dhage N P and Joshi M M 2017 Review Study on Comparison between Static and Dynamic

Analysis of RCC Water Tank (IJRAT International Journal of Research in Advent Technology) pp

3-6, E-ISSN: 2321-9637;

6. Farrar C.R., Worden K., An Introduction to Structural Health Monitoring, Philosophical

Transactions of The Royal Society, A, 365, 303-315 (2007).

7. Giurconiu M., Mirel I., Carabeț A., Chivereanu D., Florescu C., Stăniloiu C., Construcții și

instalații hidroedilitare, Editura de Vest, Timișoara, 2002;

8. Grassl, P., Gallipoli, D., Wheeler, S., Fahy, C., - Corrosion induced cracking modelled by a

coupled transport – structural approach, Cement and Concrete Research, 2017, Vol. 94, pag. 24-

35;

9. Hobjilă, V., Luca, M., Complemente privind proiectarea și expertizarea unor tipuri de

construcții hidrotehnice, Editura Cermi, Iași, 2000, ISBN: 973-8000-38-6;

10. Hobjilă, V., Luca, M., Mitroi, A., Rezervor circular din beton precomprimat cu fascicule

posîntinse segmentate, Editura Cermi, Iași, 1999, ISBN: 973-9378-97-8;

11. Hobjilă, V., Calculul structurilor construcțiilor hidroedilitare volumul III – Structuri complexe

din beton armat, Editura Cermi, Iași, 2001, ISBN: 973-8000-42-4;

12. Ilinoiu G., Controlul calității betoanelor, București, 2004;

13. Ionescu, Gh., Instalații de canalizare, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1997;

14. Mănescu, Al., Alimentări cu apă – aplicații, Editura H.G.A, București, 1998;

15. Mofidi A., Chaallal O., Shear Strengthening of RC Beams with Externally Bonded FRP

Composites: Effect of Strip-Width-to-Strip-Spacing Ratio, American Society of Civil Engineers,

2011.

16. Murali G., Pannirselvam N., Flexural Strengthening of Reinforced Concrete Beams using

Fibre Reinforced Polymer Laminate: A Review, ARPN Journal of Engineering and Applied

Sciences, vol. 6, no. 11, 2011.

17. Pack S.W., Jung M.S, Kang J.W., Ann K.Y., Kim J., Assessment of Durability of Concrete

Structure Subject to Carbonation with Application of Safety Factor, Advances in Materials

Science and Engineering, 2018;

69

18. Pop, M., Construcții hidroedilitare – suport de curs, 2008;

19. Sani J E, Nwadiogbu C P and Yisa G L 2014 Reliability of an Underground Reinforced

Concrete Rectangular Water Tank vol 11 (IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering)

pp 58-68, EISSN: 2278-1684;

20. Samangany A Y, Naderi R and Shahabi M H 2013 Static and Dynamic Analysis of Storage

Tanks Considering Soil-Structure Interaction vol 6 (International Research Journal of Applied and

Basic Sciences) pp 515-532, ISSN: 2251-838X;

21. Soliman J., General Behaviour of T-section RC Beams Strengthened with Epoxy-Bonded

Carbon Strands, MOJ Civil Engineering, vol. 4, pp. 213-217, 2018.

22. Somridhivej B., Boyd E.C, An assessment of factors affecting the reliability of total alkalinity

measurements, Elsevier: Aquaculture, vol. 459, pp. 99-109, 2016.

23. Vascu, V., Alimentări cu apă – Curs practic pentru studenți, 2012;

Zamfirescu, D., Postelnicu, T., Durabilitatea betonului armat, Editura MatrixRom, București,

2003, ISBN: 973-685-666-6.

24. *** C 244/1993 – Ghid pentru inspectare și diagnosticare privind durabilitatea construcțiilor

din beton armat și beton precomprimat;

25. *** CR 0-2012 - Cod de proiectare. Bazele proiectării structurilor;

26. *** GM 017/2003 – Ghid privind urmărirea comportării în exploatare a construcțiilor situate

în medii agresive;

27. ***GP 079/2014 – Ghid privind proiectarea și execuția consolidării structurilor în cadre din

beton armat cu pereți turnați in-situ;

28. *** HG 766/1997 – Regulament privind urmărirea comportării în exploatare, intervenții în

timp și postutilizarea construcțiilor;

29. *** Legea nr. 10/1995 privind calitatea în construcții;

30. *** P 130/1999 – Normativ pentru urmărirea comportării în timp a construcțiilor;

31. *** NP 137/2014 – Normativ privind evaluarea in-situ a rezistenței betonului din construcțiile

existente;

32. *** Ordin 847/2014 – Procedură privind activitățile de control efectuate pentru aplicarea

prevederilor legale privind urmărirea curentă și specială a comportării în exploatare a

construcțiilor;

33. *** SR EN 1992-1-1 (2004) – Eurocod 2: Proiectarea structurilor din beton, - Partea 1-1:

Reguli generale și reguli pentru clădiri;

34. *** SR EN 12390-3:2009 - Încercare pe beton întărit. Partea 3: Rezistenţa la compresiune a

epruvetelor,

35. *** SR:EN 12390:5-2002 - Încercare pe beton întărit. Partea 5: Rezistența la întindere prin

încovoiere a epruvetelor;

36. *** STAS 10101/0A-77 Acțiuni în construcții. Clasificarea și gruparea acțiunilor pentru

construcții civile și industriale;

37. https://www.crossfithartford.com/dummies_aqueduct_diagram_%27.php;