universitatea transilvania din brasov - old.unitbv.roold.unitbv.ro/portals/31/sustineri de...

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE ȘI CERCETĂRII ȘTIINȚIFICE

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOV BRAŞOV, EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

Universitatea Transilvania din Brasov

Scoala Doctorala Interdisciplinara

Facultatea: ALIMENTAŢIE ŞI TURISM

Ing. Eduard Cătălin BADIU

Cercetări privind solicitările mecanice ale

serelor pentru legume şi flori amplasate pe

acoperişurile clădirilor

Research regarding the mechanical

solicitations of greenhouses for vegetables and

flowers located on rooftops

Conducător ştiinţific:

Prof. univ. dr. ing. BRĂTUCU Gheorghe

Rezumatul tezei de doctorat

Summary of PhD Thesis

BRAŞOV, 2016

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE ŞI CERCETĂRII ŞTIINŢIFICE

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr. ........ din ....................

PREŞEDINTE: Prof. univ .dr. ing. Carol CSATLOS

DECAN – Facultatea de Alimentaţie şi Turism

Universitatea „Transilvania” din Braşov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof.univ.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU

Facultatea de Alimentaţie şi Turism


REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. . Adrian MITROI

Universitatea de Ştiinţe Agronomice şi Medicină

Veterinară Bucureşti

Prof. univ. dr. ing. Gheorghe VOICU

Universitatea „Politehnica” din Bucureşti

Prof. univ. dr. arh. Teofil MIHAILESCU


Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 25.11.2016., ora 9.00,

sala .RP 6..............

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le

transmiteţi în timp util, pe adresa [email protected] sau [email protected]

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.

Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor

_______________________________________________________________________________________________

Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 1

CUPRINS

Pag.

rezumat

Pag.

teză

Prefaţă …………………………………………………………………………….. 3 1

1. Importanţa, obiectivele şi programul de cercetare în lucrarea de

doctorat……………………………………………………………………………….....

5

9

1.1. Importanţa lucrării de doctorat ………………………………………………..… 5 9

1.2. Obiectivele lucrării de doctorat …………………………………………………... 7 11

1.3. Programul general de cercetare în lucrare ………………………...……………... 7 11

2. Aspecte actuale privind apariţia şi evoluţia conceptelor de oraş verde, acoperiş

verde şi seră pe acoperiş ……………………………………………………………….

9

13

2.1. Conceptul de oraş verde şi relaţiile sale cu urbanizarea şi încălzirea globală ………... 9 13

2.2. Apariţia şi evoluţia acoperişurilor verzi ……...………………………………….. 11 15

2.3. Apariţia şi evoluţia serelor pe acoperişurile clădirilor …………………………… 14 20

3. Stadiul actual şi tendinţe în domeniul construcţiei şi echipării serelor amplasate

pe sol şi pe acoperişurile clădirilor ……………………………....................................

17

25

3.1. Stadiul actual şi tendinţe în construcţia de sere amplasate pe sol și pe

acoperişurile clădirilor ……………….………………………………………………….

17

25

3.2. Particularităţi ale tehnologiilor de cultivare a plantelor în serele amplasate pe

acoperişurile clădirilor …………………………………………………………………..

24

43

3.3. Stadiul actual şi tendinţe privind materialele folosite la construcţia serelor ………… 25 46

3.4. Instalaţii şi echipamente specifice cultivării plantelor în sere …….……………... 28 49

4. Calculul şi monitorizarea structurilor de rezistenţă ale serelor amplasate pe

acoperişurile clădirilor ………………………………….……………………………..

31

61

4.1. Aspecte generale privind factorii care solicită serele amplasate pe acoperişurile

clădirilor ………………………………………...……………………………………….

31

61

4.2. Utilizarea Codului CR 1-1-4/2012 la proiectarea serelor amplasate pe

acoperişurile clădirilor …………………………………………………………………..

33

65

4.3. Monitorizarea şi verificarea stării serelor de pe acoperişuri cu sistemul RTK-GPS . 37 72

4.4. Utilizarea teoriei similitudinii la calculul şi proiectarea serelor amplasate pe

acoperişurile clădirilor …………………………………………......................................

38

74

5. Cercetări teoretice privind solicitările structurilor de rezistenţă ale serelor

amplasate pe acoperişurile clădirilor …………………………………………………

41

83

5.1. Cercetarea solicitărilor structurilor de rezistenţă ale acoperişurilor tip seră prin

simulare cu metoda elementelor finite …………………………………………………..

41

83

5.2. Analiza şi interpretarea rezultatelor simulării teoretice a acţiunii vântului asupra

unor modele de sere ……………………………………………………………………..

54

126

5.3. Cercetări teoretice privind adaptarea unui dom geodezic la cerinţele unei sere

amplasate pe acoperişurile clădirilor ……………………………………………………

58

131

6. Cercetări experimentale privind solicitările structurilor de rezistenţă ale serelor

amplasate pe acoperişurile clădirilor ……………………………………………………….

61

137

6.1. Obiectivele cercetărilor experimentale …………………………………………... 61 137

6.2. Obiectele cercetărilor experimentale …………………………………………….. 62 138

6.3. Metodica cercetării experimentale …………………………………….................. 63 139

6.4. Echipamentele şi aparatura folosite la cercetarea experimentală ………………... 66 146

6.5. Desfăşurarea cercetărilor experimentale …………………………………………. 69 149

6.6. Prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale şi

compararea cu rezultatele cercetărilor teoretice ………............................................

73

154

7. Concluzii finale ………………………………………………………………...……. 87 177

7.1. Concluzii generale ……………………………………………………………...... 87 177

7.2. Concluzii privind cercetările teoretice şi experimentale ………………………… 89 180

7.3. Contribuţii personale ….…………………………………………………………. 95 187

7.4. Direcţii viitoare de cercetare …………………………………………………....... 96 188

Bibliografie …………………………………………………………………………...... 97 189

Anexe …………………………………………………………………………………… 101 195


_______________________________________________________________________________________________


CONTENT Pag.

Abstact

Pag.

Thesis

Preface ................................................................................................................................. 3 1

1. Importance, objectives and research program in doctoral (phd) thesis ……………….. 5 9

1.1. The importance of doctoral (PhD) thesis …………………………………….................. 5 9

1.2. The objectives of doctoral (PhD) thesis ………………………………………………... 7 11

1.3. General programme for research work …………………………………………………. 7 11

2. Current issues regarding development and evolution of the green city, green roof and

rooftop greenhouse concepts ....................................................................................................

9

13

2.1. Green city concepts and its relations with urbanism and global warming ………...….... 9 13

2.2. The emergence and evolution of green roofs ……………………………………..……. 11 15

2.3. The emergence and evolution of rooftop greenhouses …………………………………. 14 20

3. Current status and trends in construction and equipment for greenhouses placed on

the ground and buildings’ rooftops ………………………………………………………….

17

25

3.1. Curent status and trends in construction of greenhouses placed on buildings‟ rooftops .. 17 25

3.2. Specifics of technologies for plant cultivation in rooftop greenhouses ……………….... 24 43

3.3. Current status and trends in the materials used in the construction of greenhouses … 25 46

3.4. Specific installation and equipment for cultivation of plants-crops in greenhouses …… 28 49

4. Current methods for calculating and monitoring the resistance of greenhouse

structures placed on buildings’ rooftops …………………………………………………….

31

61

4.1. General issues regarding structural stresses of greenhouses placed on buildings‟

rooftops ………………………………………………………………………………………...

31

61

4.2. Using the CR 1-1-4/2012 Code in designing greenhouses placed on roofs of buildings . 33 65

4.3. Monitoring and checking the status of greenhouses located on roofs of buildings using

the RTK-GPS system …………………………………………………………………………..

37

72

4.4. Using the similarity theory for calculation and design of greenhouses located on

rooftops ………………………………………………………………………...……….

38

74

5. Theoretical research regarding the structural resistance of greenhouses placed on the

roofs of buildings ……………………………………………………………………………...

41

85

5.1. Research of stresses imposed to structural system of greenhouse roofs using the

simulation by finite element method ………………….………………………………………..

41

85

5.2 Analysis and interpretation of results of theoretical simulation of wind on some models

of greenhouses ...……………………………………………………….....................................

54

126

5.3. Theoretical research regarding on adapting the GeoDome to the requirements of

greenhouses placed on roofs of buildings …………………………………...…………………

58

131

6. Experimental research regarding the stresses of structural systems of greenhouses placed on

the roofs of buildings ………………………………………………………………………………

61

137

6.1. The objectives of experimental research ………………………..……………………… 61 137

6.2. The objects (models) of experimental research ………………………………………… 62 138

6.3. The methodology of experimental research …………………………………................. 63 139

6.4. Equipment and apparatus used in experimental research …………………..................... 66 146

6.5. Development of the experimental research …………………………………………….. 69 149

6.6. Processing, analysis and interpretation of the results of the experimental research and

comparison with the theoretical research results …………………………………………….

73

154

7. Final conclusions …………………………………………………………... 87 177

7.1. General conclusions …………………………………………………………… 87 177

7.2. Conclusions regarding theoretical and experimental research ……………... 89 180

7.3. Personal contributions ……………………………………………………….… 95 187

7.4. Directions for future research …………………………………………………. 96 188

References ………………………………………………………………………... 97 189

Annexes ……………………………………………………………………………... 101 195


_______________________________________________________________________________________________


Prefaţă Privind retrospectiv, secolul al XX-lea şi începutul secolului al XXI-lea se caracterizează printr-o

dezvoltare fără precedent a ştiinţei şi tehnologiei, prin începutul cuceririi cosmosului, prin dispariţia

colonialismului oficial etc. Pe de altă parte, nu se pot uita cele mai mari conflagraţii mondiale,

globalizarea economică, dar şi apariţia unor fenomene îngrijorătoare pentru perspectiva vieţii pe

pământ. Este vorba de procese de dezvoltare nesustenabilă, începute printr-o poluare complexă şi

devastatoare, din care au derivat modificări climatice vizibile, pentru care vârful de lance îl

reprezintă fenomenul de încălzire globală, susținut de creşterea explozivă a populaţiei în ţările în

curs de dezvoltare, urbanizarea necontrolată etc. Conştientă de urmările periculoase ale acestor

fenomene, o parte tot mai importantă a populaţiei Terrei caută soluţii de dezvoltare pe baza cărora

mediul înconjurător să fie protejat, astfel încât şi generaţiile viitoare să se bucure de condiţii

normale de viaţă.

În acest cadru se înscriu şi cercetările efectuate în această teză de doctorat, în care, pornind de la

analiza stadiului actual al realizărilor din domeniul conservării mediului din marile aglomerări

urbane referitoare la dezvoltarea spaţiilor verzi (parcuri, acoperişuri verzi şi sere pe acoperişuri), se

abordează o problemă tehnică de mare interes, respectiv cercetarea solicitărilor mecanice la care

sunt expuse serele pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor. Standardele şi

normele europene şi româneşti de proiectare şi construcţie se referă la serele de pe sol sau la

construcţii cu acoperişuri asemănătoare acestora, care sunt expuse acţiunii vântului şi altor

intemperii. Între un acoperiş normal de clădire şi o seră amplasată în poziţia acoperişului există

unele asemănări, dar şi deosebiri semnificative.

De asemenea, în lucrare se insistă în permanenţă asupra ideii că nu se poate proiecta o seră

amplasabilă pe un acoperiş dacă nu se cunosc toate detaliile referitoare la asemănările şi deosebirile

faţă de serele de pe sol.

Lucrarea de doctorat este redactată pe 195 pagini, fiind structurată pe 7 capitole şi ilustrată prin

intermediul a 146 figuri şi grafice, 42 tabele, 37 relaţii de calcul, 2 anexe şi o listă bibliografică cu

152 titluri.

În capitolul 1, intitulat „Importanţa, obiectivele şi programul de cercetare ale lucrării de doctorat” se

realizează o scurtă sinteză a aspectelor care se vor prezenta în capitolele următoare, din care rezultă că

tema tezei de doctorat este de actualitate şi că sunt necesare şi utile asemenea studii şi cercetări. Se

precizează faptul că obiectivul principal al lucrării de doctorat se referă la cercetarea teoretică prin

simulare cu metoda elementului finit şi cercetarea experimentală în tunelul aerodinamic a solicitărilor pe

care le exercită vântul cu diferite viteze asupra unor modele de sere amplasabile pe acoperişurile clădirilor.

Pentru atingerea obiectivului principal s-a considerat necesar să se parcurgă şi să se rezolve nouă obiective

subsidiare. Tot în cadrul acestui capitol se prezintă grafic o metodică generală de cercetare, pe baza căreia

să se îndeplinească obiectivul principal al lucrării.

Capitolul 2, intitulat „Aspecte generale privind apariţia şi evoluţia conceptelor de oraş verde,

acoperiş verde şi seră pe acoperiş”, aduce în discuţie modul cum societatea umană încearcă să

corecteze propriile greşeli, prin protecţia spaţiilor verzi, reglementarea „înverzirii” clădirilor şi chiar

amplasarea de sere pe acoperişurile unor clădiri din oraşe. Se evidenţiază faptul că formele serelor

de pe acoperişuri trebuie să respecte deciziile arhitecţilor urbanişti, ceeace necesită cunoştinţe

suplimentare despre solicitările la care sunt supuse de vânt şi alte intemperii.

În capitolul 3, intitulat „Stadiul actual şi tendinţe în domeniul construcţiei şi echipării serelor

amplasate pe sol şi pe acoperişurile clădirilor” sunt prezentate aspectele pe care trebuie să le

cunoască proiectaţii şi fabricanţii de sere amplasabile pe acoperişuri despre cerinţele plantelor faţă

de factorii de mediu, care au condus la consacrarea pe sol a unor forme de sere asupra cărora s-au

realizat studii şi standardizări, s-au fabricat echipamente şi instalaţii de tot felul şi în care se cultivă

o gamă largă de legume şi flori. Se remarcă faptul că în serele de pe acoperişuri cultivarea pantelor

se face preponderent în sistem hidroponic, iar materialele folosite la construcţia acestora sunt parţial

diferite de cele folosite la serele de pe sol.


_______________________________________________________________________________________________


În capitolul 4, intitulat „Calculul şi monitorizarea structurilor de rezistenţă ale serelor

amplasate pe acoperişurile clădirilor” se realizează o sinteză asupra modului în care vântul solicită

corpurile cu care interacţionează şi se definesc factorii de influenţă (presiuni, forţe, coeficienţi de

rezistenţă aerodinamică), insistându-se asupra necesităţii respectării indicaţiilor Codului CR-1-1-

4/2016 prin care se pun la dispoziţia proiectanţilor datele necesare calculelor clădirilor cu

acoperişuri de forme diferite. Se reţine indicaţia din acest act normativ referitoare la completarea

datelor respective prin cercetări teoretice folosind metode numerice moderne şi cercetări

experimentale în tunelul aerodinamic. Se recomandă monitorizarea influenţei vântului asupra

serelor de pe acoperişuri prin folosirea accelerometrelor sau a sistemului RTK-GPS, dar şi utilizarea

fundamentelor teoretice ale similitudinii la cercetarea în tunelul aerodinamic a influenţei vântului

asupra unor modele de sere amplasabile pe acoperişurile clădirilor. În capitolul 5, intitulat „Cercetări teoretice privind solicitările structurilor de rezistenţă ale

serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor” se prezintă la început principiul modelării și analizei

CFD (Computational Fluid Dynamics) a curgerii aerului pe sere, având drept obiectiv determinarea

forțelor și momentelor care acționează asupra serei, forțe și momente generate de către acțiunea

vântului, precum și vizualizarea formelor de curgere a aerului pe suprafețele exterioare ale serei.

Pentru îndeplinirea acestui obiectiv se utilizează soft-ul ANSYS 15.0, care are la bază metoda

elementului finit. S-au considerat cinci modele de sere, cu acoperişurile cu două sau patru pante, cu

unghiuri de înclinare diferite. Modelele au fost expuse acţiunii frontale şi laterale a vântului cu

viteze de 10, 15, 20, 25, 27,5 şi 30 m/s. Rezultatele permit comparaţii între comportamentele celor

cinci modele la acţiunea curentului de aer.

Capitolul 6, intitulat „Cercetări experimentale privind solicitările structurilor de rezistenţă ale

serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor” are ca obiectiv principal măsurarea în tunelul

aerodinamic a presiunilor/sucţiunilor şi forţelor de împingere care se exercită pe suprafeţele

frontale, laterale şi pe acoperişurile unor machete de sere amplasabile pe acoperişurile clădirilor, la

acţiunea frontală şi laterală a vântului, care suflă cu viteze diferite. În acest scop s-au realizat cinci

machete de sere, cu suprafeţele bazelor şi înălţimile egale, dar cu acoperişurile cu două sau patru

pante, cu unghiuri de înclinare diferite. Presiunile s-au măsurat simultan în 16 orificii practicate pe

pereţii verticali frontali şi laterali precum şi pe pantele acoperişurilor, evidenţiindu-se valorile

presiunilor/sucţiunilor pe suprafeţele respective. Pentru măsurarea forţelor de împingere s-a realizat

un dispozitiv suplimentar care s-a ataşat machetelor, astfel încât să se poată utiliza tijele etalonate

din dotarea tunelului aerodinamic. Din compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi

experimentale, dar şi cu cele din normative, se confirmă corectitudinea alegerii metodelor şi a

modului de conducere a acestor cercetări. În capitolul 7, intitulat „Concluzii finale” se face o sinteză a concluziilor cu care se încheie fiecare

capitol din lucrare, grupate în concluzii generale şi concluzii privind cercetările teoretice şi

experimentale. Se evidenţiază contribuţiile personale ale autorului şi se fac propuneri privind direcţiile

de continuare în viitor a cercetărilor la această temă.

*

Lucrarea a fost realizată sub îndrumarea ştiinţifică a domnului prof. univ .dr. ing. Gheorghe

BRĂTUCU, căruia îi adresez mulţumiri pentru încrederea, sprijinul şi înalta competenţă cu care m-a

îndrumat pe tot parcursul programului de pregătire şi de elaborare a tezei de doctorat.

Adresez, de asemenea, mulţumiri cadrelor didactice din cadrul Facultăţii de Alimentaţie şi Turism de

la Universitatea Transilvania din Braşov, pentru atenţia acordată în activitatea de pregătire şi susţinere a

examenelor şi referatelor la doctorat, conducerii Departamentului de Design de Produs, Mecatronică şi

Mediu de la Universitatea Transilvania pentru posibilitatea de a utiliza la cercetările experimentale

tunelul aerodinamic pe care îl au în dotare.

Nu în ultimul rând, mulţumesc familiei mele pentru sprijinul moral şi afectiv şi pentru înţelegerea de

care a dat dovadă pe tot parcursul elaborării acestei teze de doctorat.

Braşov, octombrie 2016 Eduard Cătălin BADIU


_______________________________________________________________________________________________


1. IMPORTANŢA, OBIECTIVELE ŞI PROGRAMUL DE CERCETARE

ALE LUCRĂRII DE DOCTORAT

1.1 Importanţa lucrării de doctorat

Industrializarea masivă din ultimul secol, precum şi necesităţile unei populaţii tot mai

numeroase au contribuit decisiv la apariţia şi dezvoltarea unor fenomene deosebite, printre care şi

efectul de seră, considerat drept cauza principală a modificărilor climatice contemporane, în special

a procesului de încălzire globală. Noţiunea de încălzire globală s-a format şi cristalizat în cadrul

unui concept mai larg, care priveşte dezvoltarea durabilă, apărut la mijlocul secolului al XX-lea, la

care au aderat rapid o mulţime de organizaţii guvernamentale şi neguvernamentale, precum şi

personalităţi marcante ale mediului ştiinţific, cultural, economic şi social din toată lumea, care într-o

primă etapă au tras semnale de alarmă asupra cauzelor şi efectelor încălzirii globale, după care s-a

trecut la propuneri şi măsuri concrete, pe baza cărora să se diminueze acest proces şi să se dea o

şansă la o existenţă normală şi generaţiilor viitoare.

Alături de hotărârile majore referitoare la reducerea emisiunilor de gaze cu efect de seră, la

înlocuirea parţială a consumurilor energetice din surse neregenerabile cu energii provenite din surse

curate (regenerabile şi nepoluante), la stoparea defrişărilor necontrolate a pădurilor etc., au apărut şi

iniţiative mai puţin spectaculoase, dar relevante sub aspectul îmbunătăţirii mediului în care trăiesc

locuitorii planetei, în special a celor din marile aglomerări urbane. Trebuie precizat că aceşti

locuitori sunt expuşi atât efectelor proceselor specifice schimbărilor climatice generale, dar şi

poluărilor de tot felul, care se manifestă în zonele urbane.

Iniţiativa referitoare la înverzirea oraşelor se înscrie în rândul acestor lăudabile contribuţii pe

care locuitorii marilor oraşe o pot aduce la diminuarea efectelor încălzirii globale, aceasta

presupunând, pe lângă conservarea şi eventuala extindere a spaţiilor verzi din zonele urbane,

menţinerea curăţeniei acestora la standardele vieţii contemporane, managementul eficient al

deşeurilor menajere, reducerea poluării fonice etc. De mare interes se bucură în momentul de faţă

acţiunile referitoare la înverzirea clădirilor, în sensul cultivării pe acoperişurile şi terasele acestora a

unor plante şi arbuşti ornamentali, care să confere locuitorilor oraşelor un mediu de viaţă mai

prietenos şi să reducă din cantităţile de gaze cu efect de seră emise în aceste aglomerări urbane. Pe

această temă numeroase ţări europene, SUA şi Japonia au legiferat norme precise de protecţie a

spaţiilor verzi existente şi de creştere a acestora, prin asigurarea încă din fazele de proiectare şi

construcţie a unor clădiri prevăzute cu acoperişuri vegetale.

Realizarea de acoperişuri verzi a mobilizat un număr impresionant de specialişti în horticultură,

arhitectură peisagistică, agronomie, geologie, hidro şi termoizolaţii etc., care au făcut ca această

iniţiativă să aducă numeroase avantaje respectivelor clădiri şi să diminueze până la eliminare

riscurile unor disfuncţiuni generate de factorii climatici. Marele dezavantaj al acoperişurilor verzi

din oraşele aflate în zonele temperate constă în faptul că 4…5 luni din fiecare an acestea nu sunt

active, adică vegetaţia nu poate exista din cauza temperaturilor scăzute.

Acest dezavantaj poate fi eliminat dacă în locul acoperişurilor verzi deschise, se vor amplasa pe

acoperişuri spaţii protejate de tipul serelor existente la nivelul solului. Literatura de specialitate

semnalează cu frecvenţă mărită apariţia unor asemenea sere, în care funcţiile ecologice şi recreative

sunt completate în mare măsură cu elemente de natură economică, prin cultivarea de legume sau

flori destinate pieţei. Se remarcă multitudinea de forme constructive şi faptul că problemele serelor

de pe acoperişurile clădirilor sunt de o asemenea complexitate, încât ele formează obiectul

cercetărilor din marile universităţi din Europa, SUA şi Japonia. Dacă serele amplasate pe sol au deja

câteva forme consacrate, dintre care fabricanţii îşi aleg modelele, în cazul serelor amplasate pe

acoperişurile clădirilor situaţia este mult diferită, în sensul că formele sunt impuse de arhitecţii


_______________________________________________________________________________________________


urbanişti, nivelul solicitărilor provocate de vânturi este diferit, iar presiunile cu care acestea apasă

pe acoperişuri au limite severe.

Cele mai multe dintre aceste cercetări se referă la materialele de construcţie, soiurile de plante

cultivabile sau la modul în care se pot asigura factorii de vegetaţie ai plantelor în serele respective.

Mai puţin se abordează aspectele referitoare la solicitările la care sunt supuse aceste sere din partea

intemperiilor, în special a vântului. Folosirea codurilor de proiectare generală a acoperişurilor

clădirilor este obligatorie, dar poate fi nesatisfăcătoare în situaţia în care la amplasarea unei sere pe

un acoperiş existent trebuie să se aibă în vedere şi restricţiile constructive ale serelor de pe sol, care

sunt diferite de cele ale acoperişurilor clasice.

Proiectarea unei sere care să fie amplasată pe un acoperiş presupune cunoaşterea aprofundată a

tuturor cerinţelor (restricţiilor) impuse serelor de pe sol pentru asigurarea factorilor de mediu ai

plantele cultivate, a formelor constructive şi a echipamentelor pentru reglarea şi controlul

climatizării, iluminatului, compoziţiei atmosferei etc. De interes este şi faptul că în serele de pe sol

majoritatea lucrărilor sunt mecanizate, în timp ce în serele de pe acoperişuri acestea trebuie

automatizate. De asemenea, în serele de pe sol suportul principal pentru creşterea sistemului

radicular al plantelor este solul natural, iar în cele de pe acoperişuri cultivarea plantelor se face

practic numai în sistem hidroponic.

Amploarea deosebită pe care a cunoscut-o construcţia de sere în Uniunea Europeană a obligat

comisia de specialitate a acestei organizaţii să adopte mai multe standarde şi regulamente referitoare

la tipizarea dimensională a unor forme consacrate, cu avantaje importante pentru tipizarea

dimensională a tuturor echipamentelor şi instalaţiilor care deservesc serele de pe sol.. În România se

poate folosi la aprecierea solicitărilor exercitate de vânt asupra construcţiilor, inclusiv a celor cu

sere pe acoperişuri “Codul de proiectare- valuarea acţiunii vântului asupra construcţiilor”, indicativ

CR 1-1-4/2012”, pus în concordanţă cu legislaţia europeană din domeniu [146].. Prevăzând posibilitatea apariţiei în activitatea practică a unor situaţii atipice, de genul construcţiilor cu

sere pe acoperişuri, în normativul specificat se precizează la capitolul 1.4 „Proiectarea asistată de

încercări” următoarele aspecte:

1. Pentru evaluarea acţiunii vântului asupra construcţiei şi a răspunsului acesteia se pot utiliza

şi rezultate ale încercărilor în tunelul aerodinamic şi/sau ale metodelor numerice, utilizând

modele adecvate ale construcţiei şi ale acţiunii vântului.

2. Pentru efectuarea de încercări experimentale în tunelul aerodinamic, acţiunea vântului

trebuie modelată astfel încât să fie respectate (i) profilul vitezei medii a vântului şi caracteristicile

turbulenţei în amplasamentul construcţiei.

Pornind de la aceste precizări , în această lucrare de doctorat se cercetează cinci modele de sere

amplasabile pe acoperişurile clădirilor, care au suprafeţele bazelor şi înălţimile identice, dar care

se deosebesc prin numărul de pante ale acoperişurilor şi prin unghiurile pantelor respective, ceea

ce conferă modelelor volume şi suprafeţe laterale diferite ale suprastructurilor.. Modelele de sere

au acoperişurile cu două sau cu patru pante, de forme asemănătoare celor exemplificate ca modele

de calcul specificate în CR.1-1-4/2012, iar unghiurile de înclinare ale acestora se încadrează între

cele înscrise în documentul respectiv.

Pentru aceste modele s-au simulat prin metoda elementelor finite presiunile,forţele de împingere

şi momentele de răsturnare pe care le exercită vântul care suflă cu viteze de 10, 15, 20, 25, 27,5 şi

30 m/s, din direcţiile frontală şi laterală. Pentru cele cinci modele de sere au fost realizate machete

corespunzătoare, care au fost introduse în tunelul aerodinamic şi supuse acţiunii vântului, în

condiţii identice cu cele avute în vedere la simularea teoretică şi cu respectarea cerinţelor Codului

de proiectare CR.1-1-4/2012.

În urma prelucrării datelor cercetărilor experimentale s-au calculat coeficienţii de rezistenţă

aerodinamică ai serelor respective la acţiunea frontală şi laterală a vântului care suflă cu vitezele

specificate, obţinându-se valori diferite pentru fiecare model, dar şi uşor mai mari decât cele

precizate în Codul CR.1-1-4/2012 pentru clădirile cu acoperişuri clasice.


_______________________________________________________________________________________________


În lucrare nu se face un model de calcul propriu-zis al structurii de rezistenţă a unei sere,

considerându-se că aceasta este o activitate de specialitate a inginerilor din domeniul construcţiilor

civile, ci se completează literatura de specialitate cu date suplimentare, utile proiectanţilor

respectivi.

1.2. Obiectivele lucrării de doctorat

Obiectivul principal al lucrării de doctorat îl constituie stabilirea prin simulare teoretică şi prin

cercetări experimentale în tunelul aerodinamic a presiunilor, forţelor şi momentelor de

răsturnare pe care vântul care suflă cu diferite viteze le exercită asupra serelor amplasate pe

acoperişurile clădirilor şi determinarea coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ai diferitelor

forme de astfel de sere.

Atingerea acestui obiectiv presupune parcurgerea secvenţială şi rezolvarea unor obiective

subsidiare, cele mai importante dintre acestea fiind:

stabilirea unui program de cercetare complex, prin care să se pună la dispoziţia proiectanţilor şi

fabricanţilor de spaţii protejate amplasate pe acoperişurile clădirilor a unor metode de cercetare

teoretică şi experimentală şi a unor date care să conducă la completarea cunoştinţelor din acest

domeniu;

realizarea unui studiu privind evoluţia conceptului de oraş verde şi a efectelor acestuia, la nivel

global şi asupra populaţiei din marile aglomerări urbane, cu evidenţierea contribuţiei zonelor verzi

de pe sol, a acoperişurilor verzi , inclusiv a serelor de pe acoperişurile clădirilor la reducerea

efectelor poluării sub toate formele şi la creşterea confortului fizic şi psihic al populaţiei;

analiza cerinţelor plantelor cultivabile în serele amplasate pe acoperişurile clădirilor,

referitoare la factorii de vegetaţie specifici, astfel încât acestea să fie compatibile cu formele şi

dimensiunile serelor şi cu materialele utilizate la construcţia acestora;

studiul asemănărilor şi deosebirilor dintre elementele de construcţie şi instalaţiile de iluminare,

climatizare, irigare etc. ale serelor amplasate pe sol şi pe acoperişurile clădirilor şi precizarea

particularităţilor de care trebuie să se ţină seama la alegerea celor din urmă;

analiza legislaţiei româneşti şi europene, dar şi a celor mai reprezentative rezultate la nivel

mondial referitoare la metodele de calculul şi monitorizare a serelor amplasate pe acoperişurile

clădirilor, expuse acţiunii vântului, inclusiv prin utilizarea unor elemente din teoria similitudinii;

simularea prin metoda elementelor finite a solicitărilor la care sunt expuse cinci modele de

sere, de înălţimi identice, dar cu unghiuri de înclinare a pantelor acoperişurilor şi cu numere de

pante diferite, la acţiunea frontală şi laterală a vântului, care suflă cu viteze diferite;

cercetarea experimentală în tunelul aerodinamic a presiunilor şi forţelor de împingere pe care

le exercită vântul care suflă cu viteze diferite asupra părţilor frontale şi laterale ale unor machete

de sere, identice cu cele studiate teoretic prin simulare cu metoda elementelor finite;

stabilirea coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ai diferitelor forme se sere amplasate pe

acoperişurile clădirilor, la acţiunea laterală şi frontală a vântului, care suflă cu viteze diferite;

analiza, interpretarea şi compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale şi

stabilirea unor concluzii referitoare la solicitările mecanice pe care le exercită acţiunea vântului

asupra serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor.

1.3. Programul general de cercetare în lucrare

Pentru rezolvarea completă a obiectivului principal şi a obiectivelor subsidiare specificate, a fost

necesară întocmirea unui program complex de studiu şi cercetare a cărui schemă simplificată se

prezintă în figura 1.1.


_______________________________________________________________________________________________


Fig. 1.1. Programul general de cercetare în lucrarea de doctorat

Analiza importanţei conceptului de oraş verde şi rolului

său în diminuarea efectelor negative ale încălzirii globale

asupra populaţiei urbane

Analiza stadiului actual al realizărilor în domeniul

acoperişurilor verzi şi al serelor amplasate pe sol și pe


Analiza cerinţelor plantelor cultivate în serele amplasate

pe acoperişurile clădirilor,referitoare la factorii de

vegetaţie pe care trebuie să-i asigure acestea

Analiza standardelor şi normelor europene şi româneşti

referitoare la condiţiile impuse la calculul şi proiectarea

serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor

Analiza, interpretarea şi stabilirea concluziilor rezultate în

urma cercetărilor teoretice şi experimentale

Concluzii finale

Compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi

experimentale şi îmbunătăţirea programului teoretic de

simulare

Analiza stadiului actual în domeniul principiilor şi

metodelor de calcul şi monitorizare a solicitărilor serelor

amplasate pe acoperişurile clădirilor

Cercetarea experimentală în tunelul aerodinamic a

comportării serelor la acţiunea vântului

Cercetarea teoretică prin simulare prin metoda

elementelor finite a comportării serelor amplasate pe

acoperişurile clădirilor la acţiunea vântului


_______________________________________________________________________________________________


2. ASPECTE ACTUALE PRIVIND APARIŢIA ŞI EVOLUŢIA

CONCEPTELOR DE ORAŞ VERDE, ACOPERIŞ VERDE ŞI SERĂ PE

ACOPERIŞ

2.1. Conceptul de „oraş verde” şi relaţiile sale cu urbanizarea şi încălzirea

globală

Noţiunea de oraş verde este tot mai des vehiculată în contextul accentuării efectului de seră si a

creşterii continue a gradului de poluare pe întreaga planetă. Într-un oraş verde se regăsesc aspectele

care fac viaţa urbană mai sănătoasă, mai plăcută şi mai prietenoasă cu ecosistemele înconjurătoare.

Oraşele verzi folosesc pe scară largă energiile regenerabile, încurajează multe unităţi economice

care utilizează tehnologii mai puțin poluante, promovează un mod de viaţă sănătos şi au adoptat

reguli de protecţie a mediului şi strategii moderne pentru a dezvolta noi activități ecologice [5].

Urbanizarea mai puţin controlată realizată în ultimele decenii , mai ales în ţările în curs de

dezvoltare, dar şi în cele din Europa de Est şi chiar din unele regiuni dezvoltate ale lumii, s-a făcut

de multe ori prin încălcarea unor norme urbanistice de bază, cum ar fi cea referitoare la asigurarea

unor suprafeţe verzi / albastre, capabile să reducă din efectele negative pe care aglomerările urbane

le provoacă mediului ambiant. Multe organizaţii mondiale, continentale, zonale sau statale au

adoptat recomandări, directive sau legi prin care locuitorii oraşelor să beneficieze de condiţii

decente de trai, din punct de vedere al mediului ambiant.

În România, Constituţia stipulează în articolul 35 „dreptul oricărei persoane la un mediu

înconjurător sănătos şi echilibrat ecologic”. În acest context, Legea nr. 24/2007 [105], privind

reglementarea şi administrarea spaţiilor verzi din zonele urbane stabileşte că „Statul recunoaşte

dreptul fiecărei persoane fizice la un mediu sănătos, accesul liber pentru recreare în spaţiile verzi

proprietate publică, dreptul de a contribui la amenajarea spaţiilor verzi, la crearea aliniamentelor

de arbori şi arbuşti, în condiţiile respectării prevederilor legale în vigoare” (art. 6). În aceeaşi lege,

spaţiile verzi urbane sunt definite ca o reţea mozaicată sau un sistem de ecosisteme seminaturale,

al cărui specific este determinat de vegetaţie (lemnoasă, arborescentă, floricolă şi erbacee) şi

cuprind parcuri, scuaruri, aliniamente plantate sau terenuri libere, neproductive din intravilan (art.

6) [129]. Prin această lege se „reglementează administrarea spaţiilor verzi, ca obiective de interes

public, în vederea asigurării calităţii factorilor de mediu şi stării de sănătate a populaţiei” (art. 1).

De mare importanţă sunt instituţiile statului care trebuie să aplice regulile referitoare la

asigurarea legislaţiei respective sau să verifice şi să semnaleze situaţiile în care drepturile

cetăţenilor sunt încălcate. Se evidenţiază în acest sens Institutul de Cercetare a Calităţii Vieţii dar şi

unele ONG-uri cu preocupări ecologiste, care aduc în atenţia opiniei publice numeroase situaţii

incorecte.

În cele 319 aşezări urbane din România, unde trăieşte 55,2% din populaţie, ca urmare a tendinţei

permanente de extindere a spaţiului construit, în special în ultimele decenii, s-a înregistrat, de cele

mai multe ori, o diminuare a suprafeţei spaţiilor verzi [138]. Astfel, dacă între anii 1980-1990

suprafaţa spaţiilor verzi urbane din România a crescut de la 169,62 la 220,81 km2, respectiv cu 30%,

ulterior, aceasta a înregistrat un trend descendent până în 2006, când s-a produs un uşor reviriment,

ajungând la 202, 69 km2

. Datorită acestei situaţii, s-a ajuns ca suprafaţa medie a spaţiului verde

urban în România să fie astăzi de numai 18 m2/locuitor, în timp ce, în Europa, aceasta este frecvent

de 25 m2/locuitor. Având în vedere că Norma Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii este de 50

m2/locuitor, iar standardele Uniunii Europene sunt de 26 m

2/locuitor, rezultă că populaţia oraşelor

din România nu dispune, în multe cazuri, de necesarul minim de spaţii verzi ( Municipiul Bucureşti

deţine doar o suprafaţă medie de 9,67 m2/locuitor).


_______________________________________________________________________________________________


La marile probleme cu care se confruntă majoritatea oraşelor lumii, precum intensificarea

traficului, poluarea atmosferică, criza de locuinţe, acumularea de deşeuri etc., se adaugă şi

reducerea, pe alocuri dramatică, a spaţiilor verzi, prin convertirea acestora în suprafeţe ocupate cu

construcţii [135]. Restrângerea spaţiilor verzi accentuează masiv riscurile ecologice urbane, având

un impact negativ imediat asupra viabilităţii şi sustenabilităţii acestora, asupra calităţii vieţii şi stării

de sănătate a populaţiei. De aceea, în ultima vreme, numeroşi agenţi sociali se implică în ofensiva

creşterii, prin diverse mijloace a suprafeţelor verzi urbane, în foarte multe ţări ale lumii. Este vorba,

printre altele, despre aşa-numita gherilă verde, care este foarte activă şi îşi propune crearea de spaţii

verzi cât mai largi şi cât mai numeroase, în special în zonele urbane cele mai aglomerate din

Japonia, Statele Unite, Marea Britanie, Germania, Canada, Australia ş.a. [117]. Conceptul de

gherilă verde (guerrilla gardening) a fost lansat de Liz Christy împreună cu grupul său Green

Guerrilla, în anul 1973, prin iniţiativa de a transforma, într-o adevărată grădină, o zonă întinsă din

Bowery Houston – New York. Grupul respectiv a reuşit să facă de nerecunoscut un uriaş teren viran

din oraş, transformându-l într-o splendidă grădină, pe bază de voluntariat [139].

Prima provocare legată de dezvoltarea urbană durabilă este aceea de a face oraşul să respire viaţă şi

să nu consume mai mult decât are nevoie. Vegetația este un element de bază, indiferent dacă există sau

nu înlăuntrul graniţelor oraşelor, deoarece reprezintă o parte vitală a metabolismului oraşului. Înverzirea

unui oraş poate evidenţia preocupările ecologice ale locuitorilor săi, îmbunătăţindu-le în acelaşi timp

sănătatea[76]. În prezent, spaţiul verde urban este definit variat, în funcţie de „modurile în care

influenţează diferitele aspecte ale vieţii umane şi ale sistemului urban ca întreg” [102].

În paralel cu curăţarea chimică şi fizică a atmosferei, vegetaţia realizează şi o epurare

bacteriologică a acesteia, distrugând o bună parte din microorganisme prin procesul de degajare a

oxigenului şi ozonului, îndeosebi de către conifere, şi nu numai [129]. Vegetaţia are un rol vital şi

în moderarea climatului urban. În oraşe, construcţiile şi suprafeţele pavate sau betonate creează un

climat urban specific, cu temperaturi mai ridicate şi o restricţie a circulaţiei aerului, ceea ce conduce

la producerea aşa-numitului efect de „insulă de căldură”. În contrast cu acesta, vegetaţia, prin

efectul de umbră şi de creştere a umidităţii aerului contribuie la crearea unui mediu mai confortabil.

De aici şi folosirea sintagmei „parcul – insulă răcoroasă”, în contrast cu „insula de căldură” urbană

[94]. Studiile climatologice susţin că, în apropierea pădurilor, temperatura medie a aerului, în zilele

de vară, este cu 2…3,5°C mai scăzută faţă de zonele libere neplantate din oraşe, şi cu 12…14°C

mai scăzută decât temperatura construcţiilor şi ariilor betonate şi asfaltate. Vegetaţia bogată

contribuie la creşterea umidităţii relative cu 7...14% în parcuri şi păduri, cu efect benefic asupra

zonelor limitrofe [4]. Un alt beneficiu adus de vegetaţie îl constituie atenuarea poluării fonice.

Spaţiile verzi, în special cele arboricole compacte, constituie adevărate bariere pentru zgomote,

contribuind semnificativ la reducerea nivelului acestora, în perioada de vegetaţie.

Populaţia urbană din România nu poate ignora faptul că în multe oraşe pot fi întâlnite numeroase

spaţii intravilane, de diverse mărimi, abandonate (aflate în litigiu sau cu proprietari necunoscuți), nu

rareori având rolul de depozite pentru gunoaie [138]. În alte ţări, în acelaşi spirit, al creşterii zonelor

verzi din oraşe, există şi alte exemple demne de urmat. De exemplu, în anul 2008, municipalitatea

din Tokyo a avut iniţiativa plantării celei mai înalte cortine verzi din lume (29 m), pe o clădire

importantă ocupată cu birouri din partea centrală a oraşului. Aceasta a determinat reducerea

efectelor emisiilor de dioxid de carbon din zonă, a diminuat consumul de energie din timpul verii

(cu aparatele de aer condiţionat) şi, nu în ultimul rând, a probat noua tehnologie verde a Japoniei.

Datorită acesteia, pe timpul verii, temperatura din birouri a scăzut cu 4°C, ceea ce a dus la

extinderea acestei iniţiative pe tot mai multe clădiri japoneze. Plantele sunt sădite în mici containere

cu pământ, aşezate pe acoperişurile clădirilor şi sunt alimentate cu apă prin sisteme de senzori care

fac procesul extrem de eficient.

Din această prezentare se constată că „oraşul verde” înseamnă mai mult decât existenţa unei

suprafeţe verzi minime raportată la numărul de locuitori. La aceasta trebuie să se adauge și alte

aspecte prin intermediul cărora mediul urban să fie tot mai prietenos cu locuitorii săi. Trebuie să se


_______________________________________________________________________________________________


pornească de la o legislaţie corectă, care să fie respectată de toţi cetăţenii, să se continue cu

educarea populaţiei în spiritul respectului faţă de mediu (inclusiv prin aplicarea unor măsuri

coercitive faţă de vinovaţi), să se rezolve problema curăţeniei şi a managementului deşeurilor, să se

găsească soluţiile potrivite pentru transportul urban, pentru încălzirea locuinţelor etc. Oraşul verde

reprezintă o contribuţie semnificativă la diminuarea procesului de încălzire globală prin absorbţia

sau filtrarea de către vegetaţie a gazelor cu efect de seră şi reducerea temperaturii în exces pe care o

degajă oraşul modern.

2.2. Apariţia şi evoluţia acoperişurilor verzi

O componentă importantă a conceptului de „oraş verde” se referă la cultivarea de plante pe

acoperişurile şi în balcoanele clădirilor din marile oraşe, menite să îmbunătăţească calitatea aerului

şi să confere un aspect mai uman acestor oraşe [95]. Printre preocupările care suscită un interes tot

mai crescut se află şi crearea de acoperişuri verzi, respectiv clădiri pe care să se cultive gazon, flori,

legume sau arbuşti, dezvoltându-se chiar şi adevărate spaţii ecologice. Prin cultivarea florilor sau

legumelor pe acoperişurile şi terasele clădirilor se redă naturii o parte din suprafaţa de care a fost

lipsită prin construcţia respectivelor imobile, se completează şi evidenţiază arhitectura acestora şi se

conferă marilor aglomerări urbane un aspect mai prietenos, uneori având efecte economice

importante. O denumire sugestivă pentru clădirile „înverzite”, este şi aceea de „fermă verticală”

(vertical farm)[33] sau „acoperiş vegetal”(vegetated roof) [81]..

Istoria evoluţiei ideilor referitoare la acoperişurile verzi (VR) şi transpunerea lor în practică îl

consideră ca promotor pe arhitectul peisagist german Hans Luz, care a realizat în anii 1960…1970

primele acoperişuri pe care se cultivau plante în perioada caldă a anului. Aceleaşi idei au fost

promovate în perioada respectivă la Universitatea Hohenhaim din Stuttgart, Germania, cea mai

veche universitate cu profil horticol din lume. În anul 1975 s-a înfiinţat Societatea Germană de

Cercetare, Dezvoltare şi Construcţii Peisagistice FLL (non profit), iar în Marea Britanie s-a fondat

în anul 1990 Asociaţia Profesioniştilor în Acoperişuri Verzi-FBB. De asemenea, în anul 1997 a luat

fiinţă Federaţia Europeană a Acoperişurilor Verzi-EFB, iar în acelaşi an s-a înfiinţat în Canada

Organizaţia Acoperişuri Verzi pentru Sănătatea Oraşelor [81].

Toronto este primul oraş din lume care a aprobat o legislaţie care obligă pe proiectanţii noilor

construcţii să aibă în vedere acoperişuri verzi sau, altfel spus, ecologice. Programul eco-

acoperişurilor a fost lansat de autorităţile oraşului, care au luat această măsură, receptive fiind la

semnalele de alarmă privind dinamica încălzirii globale [130].

În legislaţia germană din acest domeniu se abordează pentru prima dată în lume aspecte precise

prin care se promovează construirea acoperişurilor verzi, ca elemente ale protecţiei naturii la nivel

federal. Se pun la dispoziţie codurile de construcţie ale clădirilor cu asemenea acoperişuri,

încadrarea lor în peisajul citadin etc. În spiritul acestei legislaţii, începând din anul 1980 în Stuttgart

este aplicat un Program de renovare urbană, iar din 1988 în Berlin s-a impus ca, în cazul în care o

clădire ocupă din zona verde, să fie prevăzută cu un acoperiş verde, a cărui suprafaţă să redea

naturii o parte echivalentă. Circa 43% dintre oraşele germane oferă stimulente importante celor care

construiesc clădiri prevăzute cu acoperişuri verzi. În România Ministerul Mediului a lansat un

program numit Casa Verde Plus prin care, alături de alte aspecte cu caracter ecologic vor fi

finanţate şi terasele verzi, unde pot fi amenajate grădini sau alte spaţii verzi[142] O terasă verde de

40 m2 ar costa circa 20.000 de lei. Ministerul Mediului a realizat un ghid al programului, din care se

poate afla care este suma maximă pe care o poate primi fiecare beneficiar. Tot atunci a fost demarat

şi programul Casa Verde Clasic, prin care vor fi finanţate panouri solare şi sisteme de încălzire

ecologice.

O previziune relativ optimistă referitoare la acest aspect este prezentată în figura 2.1, în care

acoperişurile actualelor blocuri de locuinţe din orașele României, dar şi ale altor clădiri


_______________________________________________________________________________________________


asemănătoare, ar putea fi „înverzite”, efortul financiar iniţial urmând să fie compensat de avantajele

multiple specificate anterior [96].

Fig.2.1.Acoperişuri verzi ale unor blocuri din Bucureşti-proiect [96]

Conform cercetărilor efectuate de Penn State Center for Green Roof Research din Pennsylvania

State University din SUA [128], avantajele montării unui acoperiş ecologic sunt evidente, fapt

remarcat şi în figura 2.2.

Fig. 2.2. Variaţia temperaturii suprafeţei unui acoperiş

standard, comparativ cu cea a unui acoperiş verde [128]

Datorită apariţiei a unei multitudini de materiale deosebit de performante, există posibilitatea

înfiinţării de culturi direct în solul dispus pe suprafaţa de acoperiş alocată. În figura 2.3 este

prezentat un exemplu de amenajare pentru cultivarea plantelor de mici dimensiuni pe acoperişul St.

Luke's International Hospital din Akashi, Tokyo (foto: Ian Muttoo on Flick) [113], iar în figura 2.4

Variaţia temperaturii mediului ambiant

Variaţia de temperatură a unui acoperiş standard

Variaţia de temperatură la suprafaţa unui acoperiş

verde


_______________________________________________________________________________________________


se prezintă un acoperiş de 120 m2 din Shaoxing, provincia Zhejiang, China, unde s-a cultivat cu

succes orez [108].

Fig. 2.3. Acoperişul ecologic al St. Luke's

International Hospital, Akashi, Japonia [113]

Fig. 2.4: Cultivarea orezului pe un acoperiş

din Shaoxing, provincia Zhejiang, China [108]

De asemenea, trebuie alese plante a căror dinamică să se potrivească unui astfel de proiect, care să

fie viabile timp îndelungat şi care să poată fi uşor înlocuite cu altele similare [95].

În întreaga lume s-au imaginat şi multe proiecte futuriste, un exemplu semnificativ fiind prezentat

în figura 2.5. [149].

Fig.2.5: Proiect futurist de construcţie “eco” [149].

Călătorii pot admira acoperişul verde al aeroportului din Amsterdam (Olanda), unde arhitecţii

peisagişti au reuşit să realizeze un mediu ambiental util şi plăcut [119].

Din cele prezentate rezultă că înfiinţarea unui acoperiş verde (ecologic) prezintă o serie de

avantaje, dintre care se pot enumera:

reţinerea apei pluviale, deoarece preîntâmpină scurgerea rapidă a apei cu până la 75%;

reducerea consumului energetic în spaţiul de sub acoperiş, atât în anotimpul rece, cât şi vara,

acţionând ca un adevărat izolator termic;

protecţia hidroizolaţiei faţă de radiaţiile ultraviolete, precum şi de ciclurile îngheţ-dezgheţ,

extinzându-i astfel durata de viaţă;


_______________________________________________________________________________________________


îmbunătăţirea calităţii aerului din mediul urban, deoarece plantele filtrează aerul şi absorb

dioxidul de carbon;

folosind acoperişurile verzi în proiecte de agricultură urbană se poate crea şi un sistem

alimentar local pentru comunitate;

îmbunătăţirea aspectului estetic şi obţinerea unor spaţii cu destinaţii recreative etc.

Trebuie reţinut că realizarea unui acoperiş verde este o acţiune de mare complexitate. Aşa cum

remarca Mary Ann Uhlmann în capitolul 5 al lucrării [81], la un asemenea proiect trebuie să

participe: botanişti; horticultori specializaţi în mediul ambiant (pentru selecţia şi întreţinerea

plantelor), în ştiinţe horticole aplicate şi în cercetarea academică horticolă; agronomi cunoscători

ai interacţiunilor dintre plante şi sol, precum şi ai tehnologiilor agricole; specialişti în ştiinţa

solului; geologi; ecologişti; arhitecţi peisagişti; ingineri specialişti în construcţii civile, termo şi

hidro izolaţii, instalaţii de irigare şi de climatizare etc.

Acoperişurile ecologice pot reduce costurile de încălzire sau condiţionare a aerului din locuinţe

cu până la 26%, asigurând o izolare termică optimă la nivelul întregului an, potrivit studiilor

realizate de producătorul de aditivi şi materiale de construcţii Sika România. Un alt avantaj al

acestui tip de învelitori este reprezentat de capacitatea plantelor din care este alcătuit de a absorbi

poluarea din atmosferă şi de a diminua cantitatea emisiilor de gaze cu efect de seră. In prezent,

gradul de promovare şi implementare a acoperişurilor verzi este în creştere la nivel mondial.

Actualmente, în Germania, 10% din totalul acoperişurilor sunt ecologice, iar in Elveţia normele

legislative impun ca orice învelitoare nou-construită cu o suprafaţă mai mare de 500 m2 să fie

realizată cu utilizarea unui astfel de sistem [108].

Prezintă interes şi rezultatul din anul 2016 al concursului organizat de Primăria Parisului referitor

la reabilitarea unui număr de 22 clădiri de patrimoniu cu vechime de până la 300 de ani. Din cele

810 echipe de arhitecţi participante la concurs au câştigat 22 de echipe, care au inclus în proiecte

elemente de”înverzire” a clădirilor respective.

2.3. Apariţia şi evoluţia serelor pe acoperişurile clădirilor

Realizarea unui număr tot mai mare de acoperişuri şi terase verzi este o acţiune de mare interes

practic, la care aderă un număr tot mai mare de localităţi urbane, organisme,organizaţii şi cetăţeni,

convinşi de rolul şi importanţa acestui demers. Reglementările din acest domeniu devin tot mai

coerente, ceea ce oferă speranţe de îmbunătăţire a condiţiilor de viaţă din marile oraşe şi de

reducere a ritmului de creştere a încălzirii globale. Totuşi, în zonele temperate acoperişurile sunt cu

adevărat verzi circa 6-8 luni pe an, în restul timpului efectele acestora fiind mult diminuate. O

îmbunătăţire a acestei situaţii o reprezintă amplasarea de spaţii protejate pe acoperişuri, în care

plantele să poată fi cultivate pe tot parcursul anului [4].

Fig.2.7. Tipuri de sere produse de Nexus Corporation SUA [133]


_______________________________________________________________________________________________


Până nu demult considerată o utopie, ideea înfiinţării unor sere pe acoperişurile blocurilor de

locuinţe, ale întreprinderilor sau instituţiilor de tot felul, prinde tot mai mult teren, această

amenajare nefiind numai o oază de linişte, ci şi un mod prin care se poate reduce poluarea, nivelul

de zgomot, cantitatea de praf si dioxid de carbon din atmosferă etc. [9]. Nu trebuie neglijat nici

aspectul economic pe care îl poate oferi o asemenea seră.

Unul din marii producători mondiali de sere este compania nord americană Nexus Corporation.

Aceasta produce de peste 10 ani, printre altele, şi sere destinate amplasării pe acoperişuri (fig.2.7)

[133].

Un astfel de proiect, prezentat in figura 2.8, a fost realizat pentru Florida State University.

Fig. 2.8 Sere amplasate pe acoperişul clădirii Florida State University [133]

În urma cererilor s-au mai amplasat sere şi pe alte construcţii cum ar fi Arkansas State

University, University of California, Centralia Community College etc..

Materialul folosit pentru structura de rezistenţă este aluminiul extrudat, iar pentru acoperire s-a

utilizat sticla acrilică [52].

Cultivarea plantelor în sere se realizează preponderent în sistem hidroponic.

In figura 2.9 este prezentată o cultură înfiinţată într-o seră pe acoperiş la Gotham Greens-

Greenpoint, New York, SUA.

Fig.2.9: Sera construită pe acoperiş din Gotham Greens-Greenpoint, New York, SUA. [120]

Un alt exemplu de seră amplasată pe acoperiş este prezentat în figura 2.10. Aceasta se află pe

acoperişul unui depozit din Montreal, Canada, are o suprafaţă totală de 3.000 m2 şi în ea se cultivă

în regim hidroponic, roşii, vinete, morcovi şi alte plante şi legume [131].


_______________________________________________________________________________________________


În contextul importanţei cultivării plantelor în sere amplasate pe acoperişuri, semnificativ este

faptul că, cel puţin deocamdată, preţul plătit pe chiria acoperişului este modic.

Fig.2. 10. Sera în Montreal, Canada(Lufa Farms) [131]

O seră construită din policarbonat pe structura ultrauşoară, situată pe acoperişul unei parcări

(garaj) din Tucson, SUA, se poate vedea în figura 2.11.

Fig. 2.11: Sera in Tucson, Arizona [147]

Un model de microfermă futuristă, destinată amplasării pe acoperiş (Globe/ Hedron),

proiectată de arhitectul italian Antonio Scarponi împreună cu Urban Farmers, va fi realizată pe

structură din bambus şi va fi comercializată în viitorul apropiat. Această seră, prezentată în figura

2.13, poate asigura necesarul de plante şi legume proaspete pentru o familie de 4 persoane, pe tot

parcursul anului [103].

Fig. 2.13. Ferma Globe/ Hedron[103]

Exemplele de sere amplasate pe acoperişurile clădirilor sunt numeroase, ele înmulţindu-se în

permanenţă, atât în Europa, cât şi în SUA [53].


_______________________________________________________________________________________________


3. STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN DOMENIUL CONSTRUCŢIEI ŞI

ECHIPĂRII SERELOR AMPLASATE PE SOL ŞI PE ACOPERIŞURILE

CLĂDIRILOR

3.1. Stadiul actual şi tendinţe în construcţia de sere amplasate pe sol și pe


Consideraţii generale. Spaţiile protejate pentru cultivarea plantelor amplasate pe sol sunt

construcţii complexe, la a căror proiectare şi realizare practică trebuie să se ţină seama de numeroşi

factori dependenţi de cerinţele şi caracteristicile plantelor, de condiţiile locale de climă, de

materialele de construcţie disponibile, de sursele şi echipamentele cele mai economice de încălzire,

irigaţii, ventilaţie etc. Cu toate acestea, se constată că practica a validat cu precădere câteva forme

şi dimensiuni de sere amplasate pe sol, care satisfac atât cerinţele plantelor cultivate referitoare

la factorii de vegetaţie, dar sunt şi competitive sub aspect economic.

Consultând realizările practice de spaţii protejate amplasate pe acoperişurile clădirilor se

constată că acestea sunt de o mare diversitate de forme şi dimensiuni. Această situaţie poate fi

considerată normală dacă serveşte ca experiment pentru extinderea ulterioară a iniţiativei. Dacă se

doreşte o înmulţire semnificativă a serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor este nevoie ca pe

lângă specialiştii precizaţi în capitolul 2.2 referitor la înfiinţarea acoperişurilor verzi, să fie

consultaţi şi implicaţi şi alţii, precum: arhitecţii urbanişti, care să precizeze formele şi dimensiunile

acceptabile ale construcţiilor respective; inginerii specialişti în construcţii civile, care să aleagă

materialele cele mai potrivite şi să dimensioneze corect construcţiile respective; fabricanţii de

asemenea construcţii, adaptate la funcţionarea lor pe acoperişuri; fabricanţii de echipamente pentru

încălzire, ventilaţie, irigaţii, întreţinerea culturilor etc., adaptate acestor tipuri de spaţii protejate[14]

Rezultă că cei care îşi propun să contribuie la transpunerea în practică a conceptului de oraş

verde prin amplasarea de spaţii protejate pe acoperişurile clădirilor trebuie să cunoască mai întâi

toate aspectele caracteristice unor asemenea construcţii amplasate pe sol, să stabilească

asemănările şi deosebirile dintre ele şi apoi să treacă la proiectarea, realizarea şi echiparea

corectă a acestora.

Importanţa spaţiilor protejate, clasificarea şi structura lor. Spaţiile protejate pentru

culturi horticole sunt construcţii în care factorii de vegetaţie ai plantelor sunt dirijaţi sau realizaţi

artificial. Apărute în secolul al XIX-lea în Marea Britanie, pe lângă locuinţele marilor fermieri sau

ale unor veterani reîntorşi din colonii, acestea au servit la început ca locuri pentru cultivarea sau

studierea unor specii de plante exotice, pentru care clima europeană era necorespunzătoare. Ulterior

spaţiile respective au devenit şi locuri de recreere şi de petrecere a unor momente plăcute în sezonul

rece, în compania musafirilor.

Abia în secolul al XX-lea spaţiile protejate au intrat în circuitul economic, prin intermediul lor

oferindu-se consumatorilor legume şi flori proaspete în sezoanele în care acestea nu pot vegeta în

spaţiile deschise. De mare importanţă s-a dovedit a fi folosirea spaţiilor protejate pe post de

răsadniţe, ceea ce permite obţinerea mult mai timpurie a legumelor proaspete în câmp.

Sarcina principală a spaţiilor protejate este de a facilita crearea şi păstrarea condiţiilor optime

pentru cultivarea plantelor, independent sau cu o dependenţă controlată faţă de condiţiile

climaterice exterioare [20]. Aceste „condiţii optime” se caracterizează printr-un set de factori şi

parametri fizici legaţi de natura şi cerinţele plantelor cultivate in interior. Prin optim se înţelege cea

mai favorabilă combinaţie a microclimatului din punctul de vedere al cantităţii de energie naturală,

radiaţiei infraroşii, temperaturii aerului şi umidităţii relative, temperaturii solului şi conţinutul său

de apă, concentraţiei de CO2, mişcării aerului etc. [34].

Cultivarea intensivă a plantelor horticole în interiorul spaţiilor protejate este posibilă deoarece

construcţia este acoperită cu un înveliş transparent radiaţiilor solare. Radiaţiile solare de unde scurte


_______________________________________________________________________________________________


pătrund în interiorul spaţiilor prin înveliş, ajung pe suprafaţa plantelor sau pe sol, de unde se

reflectă sub formă de unde lungi [22]. Undele lungi, infraroşii, nu reuşesc să pătrundă prin înveliş şi

se reflectă către interiorul spaţiului protejat, încălzind aerul din interior. Acest fenomen este efectul

de seră.

Clasificarea spaţiilor protejate se realizează după : tipul şi materialul învelişului(răsadniţe,

solarii, sere; materialele de construcţie folosite [28]( cu schelet din lemn, beton, oţel galvanizat

etc.); activitatea care se desfăşoară în spaţiile protejate (producţie, înmulţitor, specială); regimul de

căldură (încălzite, semi-încălzite, neîncălzite); gradul de mobilitate ( fixe, demontabile, mobile);

tipul constructiv ( sere bloc, sere individuale reci, denumite şi sere solar); caracteristicile

materialului în care sunt amplasate rădăcinile plantelor (sere clasice, în care rădăcinile plantelor se

dezvoltă în sol, sere speciale, la care solul este înlocuit de alte materiale, care reţin apa şi

substanţele nutritive aduse încontinuu în zona rădăcinilor).

Construcţia serelor. Sera este o construcţie specială în care factorii de mediu sunt reglaţi în

funcţie de cerinţele plantelor. Principala sarcină a mediului termic creat în interiorul serei este de a

pune la dispoziţia plantelor suficientă căldură pentru a menţine şi promova procesele optime de

viaţă, dar şi de a le proteja împotriva îngheţului sau a supraîncălzirii [44]. Principalele cerinţe impuse construcţiei serelor se referă la:

• să asigure accesul optim al radiaţiei solare la plante;

• să asigure condiţii de temperatură uniforme în interiorul spaţiului;

• să fie etanşe, pierderile de căldură să fie minime;

• să permită mecanizarea şi automatizarea lucrărilor;

• să fie ieftine, să se construiască uşor, să se folosească în construcţia lor componente

prefabricate;

• să fie durabile, rezistente la coroziune;

• să necesite consum redus de metal;

• să reziste la solicitările vântului şi la greutatea zăpezii.

Serele bloc sunt până în prezent construcţiile cele mai importante pentru cultivarea plantelor

protejate. Sunt construite pentru o perioadă mai lungă, trebuie să asigure rezistenţă mare la vânt, la

zăpadă şi să ofere posibilitatea utilizării mijloacelor mecanice.

O seră bloc este formată prin asamblarea de tronsoane realizate sub formă de schelet [50], din

profile metalice standardizate, zincate şi acoperite cu sticlă.

Tronsonul este modulul de seră, care prin asamblare repetată realizează sera bloc si reprezintă

suprafaţa cuprinsă între două rânduri de stâlpi. Tronsonul este format din mai multe travee.

Traveea este suprafaţa cuprinsă între patru stâlpi. Traveele sunt dispuse în linie pe lungimea unui

tronson. Asamblarea tronsoanelor se realizează prin jgheaburi.

Fig.3.1. Elementele constructive ale serelor bloc .[46]


_______________________________________________________________________________________________


Jgheabul este elementul de legătură între două tronsoane şi totodată serveşte pentru scurgerea

apei din precipitaţii.

Principalele elemente constructive ale serelor bloc sunt prezentate în figura 3.1. [46]

Fundaţia 1, din beton armat şi stâlpii de susţinere 4, confecţionaţi din oţel sunt elementele de

susţinere. Pe zidul de frontispiciu 2 este montată uşa glisantă 11. Peretele lateral 3 este rigidizat cu

ajutorul fermelor 10. Fermele sunt confecţionate din metal, leagă stâlpii şi conferă rigiditate şi

echilibru scheletului. Longeroanele 8 sunt grinzi de susţinere confecţionate din oţel. Unghiul de

înclinare al pantelor acoperişului variază între 26...35º. Coama 5 a acoperişului asigură prinderea

geamurilor la partea superioară şi este executată din profile de oţel T. Înălţimea coamei variază de

la 1,8...3,5...5,4 m. Blocurile sunt legate prin jgheaburile 6 din tablă zincată, pentru scurgerea apei

pluviale şi susţinerea structurilor 7, din metal, profil T, pe care se fixează geamurile 12.

Tronsonul de seră, atât din România, cât şi în străinătate are mai multe mărimi ( fig.3.2).

Fig.3.2. Dimensiunile tronsoanelor serelor bloc [46]

Deschiderea, respectiv distanţa dintre stâlpi variază de la 3,2 m la 6,4 m sau alţi multipli întregi:

9,6 m, 12,8 m şi chiar mai mare.

Studiile efectuate au scos în evidenţă faptul că cel mai mic consum de metal şi cu cost redus îl

reprezintă sera cu deschiderea de 3,2 m. [50].

Importanţa şi avantajele serelor bloc înalte se referă la [45]:

o condiţiile de climă sunt uniforme;

o instalaţia de aerisire se situează la înălţime mai mare, astfel că se realizează o aerisire mai

pronunţată; ferestrele sunt mari; la unele variante suprafaţa de aerisire este 36...56 % [45];

o se pot cultiva plante mai înalte, cu creştere continuă, nedeterminată; astfel va creşte gradul

de utilizare a spaţiului; creşte rentabilitatea procesului cultivării;

o se pot folosi maşini şi utilaje cu dimensiuni de gabarit mai mari;

o se montează uşor perdelele de umbrire;

o investiţia este mai mică, deoarece lipsesc pereţii despărţitori dintre travee. Totuşi există o

suprafaţă limită de circa 1 ha, care nu se recomandă a fi depăşită fără compartimentare adecvată, în

vederea asigurării uniformităţii temperaturii [61], [35].

Serele solar. Sera solar sau sera rece este o combinaţie între seră şi solar, care a apărut în

urma crizei energetice. Este realizată pe un singur tronson de 60...75m, cu lăţimea de 6m şi

înălţimea de 3,59m.

Nu este prevăzută cu instalaţie de încălzire, captându-se doar energia solară. Uşa glisantă de

2,4m permite intrarea agregatelor pentru executarea mecanizată a lucrărilor solului. Se construiesc

grupate în bloc, cu drumuri de acces şi instalaţii de apă pentru udare, de obicei cu furtun de irigare.

Avantajele prezentate de aceste spaţii protejate se referă la:

•se înlătură consumul anual şi repetat de folie de polietilenă pentru acoperire;

•au durată mai mare de exploatare decât solariile;

•coeficientul de risc al cultivării este aproape nul;


_______________________________________________________________________________________________


•se auto-descarcă de zăpadă;

•sera solar este un captator solar, care face posibile acumulările calorice în aer şi sol, permiţând

plantarea timpurie, primăvara şi prelungirea culturilor, toamna;

• în spaţiile rămase între serele-solar se pot cultiva plante de câmp, fiind mai protejate de vânt,

ţi având o microclimă mai favorabilă.

Fig.3.4. Sere solar aşezate în bloc .[46]

Comparativ cu serele bloc, serele simple prezintă şi avantajul că asigură condiţii mai bune de

lumină, în special în timpul iernii când acest factor este deficitar, fiind folosite adeseori ca sere

înmulţitor. Având o suprafaţă mai mare de contact cu exteriorul şi un volum mai redus de aer în

interior, aceste sere au pierderi mult mai mari de căldură, se degradează mai intens, iar consumul de

metal pentru schelet este mai mare faţă de serele bloc[2], [3]

În figura 3.4. se prezintă sere solar aşezate în bloc, cu drumuri de acces şi spaţii între

construcţii.

Cerinţele plantelor faţă de spaţiile de cultură protejate. Indiferent dacă plantele se află pe

sol, pe acoperişurile clădirilor sau în spaţii protejate amenajate pe aceste acoperişuri, pentru a exista

ele au nevoie de o serie de condiţii, cunoscute sub denumirea de factori de vegetaţie sau factori de

mediu.

Prin factori de vegetaţie se înţeleg acele elemente care participă direct la fenomenele care se

desfăşoară în plante (respiraţia, fotosinteza, transpiraţia, absorbţia elementelor nutritive şi

transportul lor) şi care sunt indispensabile vieţii acestora. Acestea sunt: lumina, căldura, apa, aerul

şi elementele nutritive. Dintre alţi factori care influenţează pozitiv creşterea şi dezvoltarea plantelor

se mai pot reţine electricitatea şi radioactivitatea[21].

Practica şi cercetarea agricolă au stabilit că factorii de vegetaţie nu acţionează izolat, ci

împreună, influenţându-se reciproc [29].

Raporturile existente între factorii de vegetaţie se pot formula astfel:

pentru creşterea şi dezvoltarea lor, plantele au nevoie de prezenţa simultană a factorilor de

vegetaţie, astfel încât nici unul dintre aceştia nu poate fi înlocuit prin altul;

toţi factorii de vegetaţie au importanţă egală, egalitate care se referă la rolul lor fiziologic,

calitativ, în sensul că dacă unul dintre factori lipseşte, viaţa plantelor nu este posibilă, chiar dacă

ceilalţi factori sunt în cantităţi suficiente. Din punct de vedere cantitativ factorii de vegetaţie nu sunt

egali, pentru că, de exemplu, plantele consumă mai mult azot decât cupru, mai multă apă decât

substanţe nutritive etc.

Ştiinţa care se ocupă cu studiul factorilor de vegetaţie se numeşte agrotehnica [38]. În plus,

aceasta are în vedere mijloacele tehnice de dirijare a acestor factori, pentru sporirea continuă a

fertilităţii solului şi obţinerea unor recolte cantitativ şi calitativ superioare, cu cheltuieli minime.

Agrotehnica se mai poate defini şi ca ştiinţa sistemului sol-plantă, adică ştiinţa dirijării tuturor

factorilor care conduc la creşterea fertilităţii solului.


_______________________________________________________________________________________________


Plante cultivabile în serele amplasate pe acoperişurile clădirilor. Cultura plantelor în spaţii

protejate [28], spre deosebire de alte ramuri de producţie agricolă, oferă posibilitatea obţinerii de

recolte mari, prin cultivarea de 2-3 specii în cursul aceluiaşi an. Rotaţia plantelor se realizează prin

culturi succesive sau asociate.

Practicarea culturilor succesive este posibilă doar dacă se cunosc particularităţile biologice ale

plantelor care urmează a fi cultivate [39]. Datorită marii diversităţi a speciilor horticole, cu ritm de

creştere şi cu o perioadă de vegetaţie variabilă, este posibilă practicarea culturilor succesive în

spaţiile protejate.

Tendinţa actuală cea mai evidentă referitoare la cultivarea legumelor şi florilor în spaţiile

protejate este de a se renunţa la culturile intercalate şi de a se cultiva într-un ciclu de vegetaţie o

singură specie sau gen de plantă. Prin aceasta se pot automatiza operaţiile de asigurare a luminii,

temperaturii, umidităţii, substanţelor nutritive, conţinutului de CO2, combaterea bolilor şi

dăunătorilor etc., indiferent de condiţiile climatice exterioare, perioada calendaristică din an sau

faza de vegetaţie a plantei. De asemenea, această tendinţă este susţinută mult, în special în cazul

serelor de pe acoperişuri, şi de practicarea cultivării unor plante perene în sistem hidroponic.

Cele mai importante legume cultivate în spaţiile protejate în România sunt [12]:

• plante legumicole din familia solanacee, de la care se consumă fructele: tomatele, ardeiul,

pătlăgele vinete;

• plante legumicole din familia cucurbitacee: castraveţii, pepenele galben, dovlecelul comun;

• plante din grupa verzei: varza albă, conopida, broccoli, gulia;

• plante de la care se consumă rădăcinile tuberizate: ridichea de lună, morcovul;

• plante de la care se consumă frunzele: salata, spanacul, pătrunjelul pentru frunze, mărarul;

• plante din grupa cepei: ceapa comună sub formă de ceapă verde;

• plante floricole de o mare diversitate.

În continuare se vor prezenta câte o plantă legumicolă și una floricolă, cultivate în mod

frecvent în sere (în teză se dau mai multe asemenea exemple), cu specificarea unor caracteristici

biologice şi a cerinţelor faţă de factorii de vegetaţie (mediu), pe care serele trebuie să le asigure

plantelor respective.

Tomatele (fig.3.5)

Fructele de tomate se situează în rândul legumelor deosebit de valoroase din punct de vedere

alimentar. Acestea se consumă în cele mai variate regiuni ale globului, în stare proaspătă, prelucrată

sau conservată. Au conţinut ridicat de vitamine, zaharuri, substanţe minerale, aminoacizi si acizi

organici, precum şi un important rol de catalizator în metabolismul organismului omenesc.

În regiunile de origine (Peru), cu climat tropical, se comportă ca plantă perenă. În condiţiile din

România tomatele se cultivă în câmp liber ca plantă anuală; în sere vegetaţia se poate prelungi mai

mulţi ani.

Particularităţi biologice ale plantei [132]

Rădăcina principală fiind pivotantă, pătrunde la adâncimi mari, într-un sol bine prelucrat, astfel

că prezintă rezistenţă sporită la secetă. Datorită faptului că în cultura tomatelor se foloseşte răsadul,

Fig.3.5. Fructe de tomate


_______________________________________________________________________________________________


la operaţia de repicare rădăcina principală suferă leziuni, ceea ce favorizează ramificarea ei şi

răspândirea pe suprafaţa solului, până la 25 cm. Ramificaţia depinde de temperatura solului. Rezultă

că tomatele transplantate necesită cantităţi optime de apă în stratul superficial al solului şi

efectuarea atentă a lucrărilor de întreţinere.

Tulpina are talie diferită în funcţie de specie şi variază între 30...300 cm, (în condiţiile patriei de

origine 5...7 m). Tulpina poate să crească continuu din vârf, are creştere nedeterminată, existând

însă şi soiuri care au talie scundă, cu creştere determinată. Tulpina prezintă lăstari, formând copili la

subsuoara frunzelor. Plantele de tomate lăsate să crească fără nici o intervenţie formează tufe mari,

înfloresc abundent, formează fructe multe, dar mici. În practica agricolă se intervine cu lucrarea de

copilit, pentru dirijarea fructificării. În contact cu pământul tulpina emite rădăcini adventive, de

aceea se poate planta mai adânc.

Inflorescenţa si floarea: Tomatele prezintă o inflorescenţă cu aspect de ciorchine. În cazul

condiţiilor nefavorabile de mediu se manifestă fenomenul căderii florilor în care nu a avut loc

fecundarea. Acest fenomen apare mai frecvent în sere, unde dirijarea factorilor de lumină şi

temperatură este mai greoaie. Evitarea fenomenului de avort al florilor se poate realiza prin tratare

cu biostimulatori sau prin aplicarea de polenizare cu mijloace fizice (scuturare, vibrare).

Fructul este o bacă cărnoasă, având forma sferică, uşor turtită. Suprafaţa este netedă, uşor

crestată sau încreţită, funcţie de soi. Culoarea este roşie, de diferite nuanţe, portocalie sau galbenă.

Cerinţe specifice faţă de factorii de mediu [86]

Căldura este un factor climatic care acţionează direct asupra plantelor. Tomatele sunt foarte

pretenţioase la căldură. Temperatura optimă în timpul vegetaţiei este de 22±7ºC, variaţia

temperaturii fiind suportată de plantă în intervalul de 10...32ºC, însă oscilaţiile mari sunt

nefavorabile dezvoltării acestora. Temperatura care asigură condiţii favorabile germinării

seminţelor este de 20...22ºC. Temperatura în zona radiculară în timpul vegetaţiei trebuie să fie de

18...20ºC.

Lumina. Tomatele sunt legume foarte pretenţioase la lumină. Dirijarea luminii se corelează cu

condiţiile de temperatură şi cu umiditatea solului. Trebuie asigurată intensitatea luminii de 5.000..

.10.000 lucşi la temperatura de 19ºC, 10.000...20.000 lucşi la temperatura de 21ºC, 20.000...30.000

lucşi la 23ºC, iar la temperatura de 25ºC peste 30.000 lucşi. Dezvoltarea favorabilă a tomatelor se

înregistrează la o durată a zilei lumină de 12...14 ore.

Apa. Se consideră că tomatele au un consum relativ scăzut de apă. Consumul total de apă al

culturilor de tomate în spaţii protejate este de 340...450 l/m2. Consumul de apă depinde de faza de

vegetaţie, de anotimp, de condiţiile de lumină si temperatură. Umiditatea solului trebuie menţinută

la 60...70%, iar umiditatea relativă a aerului la 60...70%.

Substanţele nutritive se introduc în sol sau în substratul de cultură prin fertilizarea de bază şi prin

fertilizarea fazială, sub formă de gunoi de grajd sau îngrăşăminte chimice. Consumurile totale de

macroelemente ale culturilor de tomate în spaţii protejate se recomandă să aibă valorile: N: 24...27,8

g/m2, P2O5: 5,4...13,2 g/m

2, K2O: 36,4...37,8 g/m

2, gunoi de grajd: 10...20 kg/m

2.

Plantele floricole se cultivă tot mai mult în România, în sere clasice sau în variantele

hidroponice, rezultatele economice îndemnând un număr în continuă creştere de agricultori să se

preocupe de acest domeniu (fig. 3.10) [114]. De asemenea, aceste plante sunt cultivate cu mare

succes în serele amplasate pe acoperişurile clădirilor.

În ceea ce priveşte substratul de cultură, udatul, fertilizarea, dar şi aclimatizarea, plantele

floricole nu au cerinţe foarte deosebite comparativ cu plantele legumicole.. Florile se pot cultiva în

solul serei, în ghivece sau jardiniere cu pământ sau în varianta hidroponică, în vase de forme şi

mărimi adecvate dimensiunilor specifice florii în cauză.

În principiu, se recomandă cultivarea în sere a unor specii floricole cu perioada de producţie

întinsă pe un număr cât mai mare de ani şi dirijarea factorilor de mediu în aşa fel încât recolta de


_______________________________________________________________________________________________


bază să se obţină în anumite perioade din lunile reci, când cererea mare de flori poate fi satisfăcută

numai din culturile realizate în spaţiile protejate.

Fig. 3.10. Interiorul unei sere pentru flori[114]

Gerbera L.(fig.3.14) este un gen de plante din familia Asteraceae (familia margaretelor). A

fost numită astfel în onoarea botanistului şi medicului german Traugott Gerber (1710-1743), care a

fost un prieten al lui Carl Linnaeus. Gerbera este nativă din regiunile tropicale din America de Sud,

Africa și Asia. Speciile de gerbera poartă un capitul mare, cu flori colorate în galben, portocaliu,

alb, roz sau roşu. Capitul, care are aspectul unei singure flori, este de fapt compus din sute de flori

individuale. Morfologia florilor variază în funcție de poziția lor în capitul. Capetele de flori pot fi

mici, de circa 7 cm (Gerbera mini 'Harley') sau mai mari, cu un diametru de până la 12 cm (Gerbera

„Golden Serena‟).

De multe ori aceeași floare poate avea petale de mai multe culori. Gerbera este, de asemenea,

importantă în comerț.

Fig. 3.14. Gerbera [123]

Este a cincea floare taiată dintre cele mai folosite din lume (după trandafir, garoafă, crizantemă şi

lalea). Este, de asemenea, utilizată ca un organism model în studierea formării de flori. Gerbera

conține în mod natural derivați de cumarină. Gerbera este o plantă perenă delicată. Este atractivă

pentru albine, fluturi și / sau păsări, dar rezistentă la acţiunea animalelor.

Cerinţe specifice faţă de factorii de mediu. Gerbera este o specie sensibilă la temperaturile

scăzute, iarna temperatura nu trebuie să scadă sub 12..15ºC, iar vara vegetează bine la temperaturi

de 18…20ºC. Manifestă cerinţe mari şi faţă de temperatura la nivel radicular (10…20ºC). Faţă de

lumină are cerinţe mijlocii spre mari, producţia depinzând de acest factor. Faţă de umiditate are

cerinţe moderate în sol (60%) şi în aer (75%). Excesul de umiditate în substratul de cultură

favorizează îmbolnăvirea rădăcinilor. Gerbera necesită substraturi uşoare (nisipoase), bine aerisite,

afânate, bogate în materii organice, drenate, cu pH-ul între 5,5…6,5.

3.2. Particularităţi ale tehnologiilor de cultivare a plantelor în serele


Deosebirile principale dintre tehnologiile de cultură în spaţii protejate ale legumelor și florilor se

referă la folosirea pe scară largă a ghivecelor pentru flori, cu pământ sau în varianta hidroponică.


_______________________________________________________________________________________________


Culturi floricole în ghivece şi jardiniere.[137] În floricultură, cultura plantelor în ghivece

poate avea caracter temporar (pentru plantele anuale sau perene semirustice, la care se urmăreşte

devansarea perioadei de vegetaţie pentru grăbirea înfloritului) sau permanent (la speciile folosite

pentru decorarea interioarelor). Se cultivă în ghivece specii decorative prin flori (Cyclamen,

Cineraria, Primula, Sinningia, Gerbera), precum şi specii decorative prin frunze (Peperomia,

Aucuba, Dracaena (fig. 3.16).

Lucrările care vizează înfiinţarea culturilor floricole în ghivece se referă la: alegerea ghivecelor,

pregătirea amestecurilor de pământuri, pregătirea vaselor, plantarea etc.

.

Fig. 3.16. Cultivarea florilor în ghivece [124]

Jardinierele au de regulă formă rectangulară, sunt confecţionate din plastic, lemn sau ceramică şi

se folosesc pentru cultura plantelor care decorează pervazul, balconul (muşcate, begonii etc.).

Coşurile şi ghivecele suspendate se folosesc pentru cultura plantelor curgătoare (Petunia,

Lobelia, Begonia „pendula”, ferigi). Sunt confecţionate din sârmă, plasă sau din materiale

biodegradabile şi necesită vas pentru scurgerea apei la baza lor.

Fertilizarea de bază se face la pregătirea substratului de cultură, care se compune de regulă din

mraniţă, pământ de grădină, turbă etc., în anumite părţi. Dacă la analiza de laborator a substratului

pregătit, elementele nutritive de bază (N, P, K) sunt sub valoarea optimă speciei care urmează a fi

cultivată, se calculează dozele necesare şi se adaugă îngrăşăminte chimice simple sau complexe

pentru a corecta deficienţa constatată. Materialul biologic folosit pentru înfiinţarea culturilor la

ghivece poate fi reprezentat de seminţe (palmieri), răsaduri (Cinerari, Calceolaria, Primula,

Asparagus, Cyclamen, Begonia tuberhybrida), material vegetativ rezultat din butaşi (cactuşi,

muşcate, azalee, ficuşi, begonii, trandafir chinezesc), tuberculi (Begonia tuberhybrida, Gloxinia),

rădăcini tuberizate (asparagus), bulbi (Hippeastrum), fragmente rezultate din despărţire (ferigi,

bromelii, Cyperus, Sansevieria), plante altoite (cactuşi).

Culturi legumicole şi floricole în sistem hidroponic.Cultivarea legumelor şi florilor fără a

le planta în pământ se numeşte cultură hidroponică.

Chiar din denumire se înţelege că plantele – legumele sau florile - sunt cultivate în apa în care au

fost dizolvate substanţe nutritive (fig. 3.17) [126].

Totuşi, aceasta este numai una din multele metode utilizate. Toate celelalte metode pot fi grupate

sub denumirea de culturi "fără pământ", în această categorie fiind incluse culturile în nisip sau

pietriş şi cele care folosesc alţi înlocuitori ai pământului, cum ar fi rumeguşul, talaşul sau

vermiculita (substanţe minerale)..

Fig.3.17. Sisteme hidroponice de cultivare a legumelor[126]


_______________________________________________________________________________________________


Automatizarea administrării substanţelor nutritive la culturile hidroponice.Atât în

serele clasice, cât mai ales în cele în care plantele se cultivă în varianta hidroponică, un număr tot

mai mare de lucrări trec din faza de mecanizare în cea de automatizare. Această dezvoltare este

avantajoasă în serele de tip monocultură şi mult mai dificilă sau chiar imposibilă pentru serele

mixte [99]. Pe baza unui program complex, care ţine seama de necesităţile unei plante referitoare la

factorii de mediu, pe toată durata de vegetaţie a acesteia, unul sau mai multe computere

supraveghează în permanenţă caracteristicile mediului din interiorul şi din exteriorul serei, pe baza

cărora comandă regimurile de lucru ale sistemelor de reglare a temperaturii, ventilaţiei , umidităţii

aerului şi solului, conţinutului de CO2 etc..

Această automatizare se poate realiza numai dacă sera a fost proiectată şi construită pentru a fi

înzestrată cu echipamente comandabile prin computer. De asemenea, pentru situaţii extreme este

necesară o sursă suplimentară de alimentare cu apă şi un grup electrogen, care să furnizeze

energia electrică până la restabilirea situaţiei normale.

3.3.Stadiul actual şi tendinţe privind materialele folosite la construcţia serelor

amplasate pe acoperișurile clădirilor

Materiale folosite pe suprafeţele de contact cu planşeele clădirilor. Posibilitatea de a

dezvolta culturi de plante direct pe suprafața acoperișurilor clădirilor este realizabilă și datorită

apariției în ultimul timp a unei game largi de noi materiale, denumite „inteligente”[6].

Fig. 3.18. Materiale produse de firma Carlisle SynTec. SUA ca substrat pentru plantele cultivate pe

acoperişurile clădirilor [134]

Cultivarea plantelor în serele de pe acoperişuri se poate face pe infrastructuri adecvate cu

cerinţele şi caracteristicile morfo-fiziologice ale diverselor specii. Astfel, infrastructurile de mică

adâncime pot fi utilizate la cultivarea gazonului, cele de adâncime medie sunt potrivite pentru

cultivarea de flori, iar cele de adâncime profundă, pentru arbuști și copaci. Astfel de structuri,

comercializate de compania Carlisle SYNTEC din SUA sunt exemplificate în figura 3.18 [134].

Un astfel de acoperiș reduce influența factorilor climatici (vânt, ploaie, soare), este un izolator

de sunet bun și, nu în ultimul rând, este o modalitate de a utiliza acest spațiu pentru recreere și

relaxare.

Un alt exemplu de amenajare pentru cultivarea plantelor de mici dimensiuni pe acoperişul

clădirilor este prezentat in figura 3.19. Acest sistem este un concept al firmei PAUL BAUDER


_______________________________________________________________________________________________


GMBH & Co. KG din Stuttgart, Germania, aceasta fiind totodată şi producătorul principal de

sisteme de acoperişuri verzi din Europa, cu o vechime de peste 150 de ani în domeniu [100]. Acest

acoperiş verde este alcătuit dintr-un strat 1 de sol şi plante, aşezat pe un strat de acoperire rezistent

la străpungere, format dintr-o membrană bituminoasă 2, aditivată cu elastomeri, având o inserţie de

armare dintr-un voal de poliester 3 şi o suprafaţă acoperită cu ardezie verde 4. Sub aceste straturi se

află două straturi termoizolatoare, respectiv o membrană hidroizolatoare 5 şi o placă

termoizolatoare înclinată 6. Bariera de vapori 7 este fixată de structura portantă 9 printr-un strat de

grund 8

Fig.3.19. Materiale produse de firma PAUL BAUDER GMBH & Co. KG din Stuttgart, Germania ca

substrat pentru plantele cultivate pe acoperişurile clădirilor [100]

. Materiale folosite pentru structura de rezistenţă a serelor.Materialele cele mai des

folosite în construcţia serelor sunt:

• metalul: are profil mic, care are efect de umbrire scăzut, este rezistent, se poate monta şi

demonta uşor (fig.3.20). În scopul realizării structurii de rezistenţă a serelor situate pe acoperișuri

este folosit în principal aluminiul, datorită greutății specifice reduse, rezistenței mecanice bune și

rezistenței ridicate la coroziune. Un exemplu de utilizare a profilelor din aluminiu extrudat pentru

conectarea a două panouri din policarbonat, cu garnitură de cauciuc pentru etanșare este prezentat în

figura 3.19 [116].

Fig. 3.20. Profile de aluminiu utilizate pentru structura de rezistenţă a serei de pe acoperiş [116]


_______________________________________________________________________________________________


• lemnul: are rezistenţă scăzută, deci necesită profil mare, care are umbră mai pronunţată; este

folosit tot mai puţin;

• betonul: este folosit pentru construirea fundaţiei şi aleilor;

Materiale transparente folosite pentru închiderea pereţilor laterali şi acoperişurilor

serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor.Materialelor utilizate pentru închiderea pereţilor

laterali şi a acoperişurilor spaţiilor protejate, inclusiv a celor amplasate pe acoperişurile clădirilor,

trebuie să satisfacă o serie de cerinţe impuse de necesitatea asigurării factorilor de mediu ai

plantelor cultivate, dar şi de cerinţele de urbanism şi de solicitările mecanice exercitate de vânt,

zăpadă, ploi, cutremure etc.

Cele mai importante cerinţe impuse materialelor respective se referă la:

să fie cât mai transparente, respectiv să lase fluxul luminos din exterior să pătrundă

nestingherit în spaţiul de cultură al plantelor aflate în interiorul spaţiilor respective,

să prezinte rezistenţă cât mai mare la solicitările mecanice exercitate de vânt, zăpadă, ploi,

cutremure etc.;

să aibă masa specifică minimă, pentru a nu suprasolicita structura de rezistenţă a serelor sau

solariilor, mai ales în cazul în care acestea sunt amplasate pe acoperişurile clădirilor;

să se poată monta şi demonta rapid şi fără deteriorări;

să evite accidentarea personalului de deservire, dar şi protejarea plantelor în situaţia

producerii unor fenomene naturale extreme sau a unor accidente nedorite;

să-şi păstreze transparenţa şi celelalte caracteristici pe o perioadă de exploatare cât mai

îndelungată;

să fie accesibile din punct de vedere al raportului fiabilitate/preţ etc.

Materialele care îndeplinesc în proporţii acceptabile aceste cerinţe şi care se utilizează pentru

închiderea pereţilor laterali şi acoperişurilor serelor sunt: sticla, acrilul, policarbonul, panourile de

poliester cu fibră de sticlă, panourile de polietilenă, polivinilul etc.

Sticla este materialul obţinut în urma răcirii rapide a unui amestec de: nisip cuarţos (SiO2),

în special fără oxizi de fier; fondanţi (Na2CO3, Pb3O4), cu rolul de a micşora temperatura de apariţie

a topiturii; stabilizatori - cu rolul de a mari rezistentele sticlei la acţiunea apei

Caracteristicile sticlei de construcţii.

Toate caracteristicile sticlei de construcţii depind de structura, defectele, tensiunile si respectiv

de procesul de fabricaţie, în genera, şi se referă la:

densitatea sticlei, în funcţie de compoziţia chimică variază între 2200…6800 kg/m3. Sticla

de construcţii are densitatea în jur de 2500 kg/m3;.

sticla are o mare stabilitate chimică si dimensională;

nu este higroscopică şi nici combustibilă, putând avea caracteristici electro - izolante.

prezintă o transparenţă ridicată pentru radiaţii luminoase, dar e impermeabilă pentru

acţiunea razelor infraroşii şi ultraviolete;

sticla se caracterizează prin duritate mare şi rezistenţe mecanice ridicate.(ex.:rezistenţa la

compresiune 300…1200 N/mm2).

Acrilul este rezistent la intemperii, nu se sparge uşor şi este foarte transparent. Rata de

absorbţie a radiaţiilor este mai mare decât la sticlă; folia dublă de acril transmite aproape 83% din

lumină şi reduce cantitatea de căldură pierdută la numai 20…40%. Materialul nu se îngălbeneşte.

Dezavantajele se referă la: poate lua foc, este scump şi se zgârie foarte uşor.

Policarbonul rezistă mai bine la impact şi este mai flexibil, mai uşor şi mai ieftin decât

acrilul. Foliile duble de policarbon transmit în jur de 75…80% din lumină şi reduc pierderea de

căldură la 40%. Materialul se zgârie uşor, are o rată mare de contracţie şi în aproximativ un an

începe să se îngălbenească şi să îşi piardă din transparenţă.

Panourile de poliester cu fibră de sticlă sunt durabile, arată bine şi au un preţ moderat. In

comparaţie cu panourile de sticlă sunt mai rezistente la impact şi transmit ceva mai puţină lumină;

în timp se îngălbenesc.


_______________________________________________________________________________________________


Panourile de polietilenă sunt ieftine, dar nu pot fi folosite decât temporar, nu arată foarte

bine şi trebuie întreţinute cu mai multă atenţie decât în cazul celorlalte materiale transparente.. Sunt

distruse repede de razele ultraviolete ale soarelui; dacă sunt tratate cu substanţe speciale durează cu

12…24 luni mai mult decât cele netratate;

Polivinilul are o rată foarte mare de emitere a radiaţiilor şi de aceea creşte temperatura în

seră pe perioada nopţii. Este mai scump decât polietilena şi tinde să acumuleze praf.

3.4. Instalaţii şi echipamente specifice cultivării plantelor în sere

Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea şi controlul temperaturii în

sere.Temperatura în interiorul spaţiilor protejate este un factor de vegetaţie foarte important, care

influenţează şi pe ceilalţi factori esenţiali ai plantelor. Există trei praguri de temperatură pentru

fiecare plantă: temperatura minimă, temperatura optimă si temperatura maximă [64].

Temperatura optimă în spaţiile protejate se asigură artificial cu ajutorul diferitelor instalaţii de

încălzire, când temperatura tinde să scadă, sau cu instalaţii de răcire, când temperatura tinde să crească.

După modul de emitere a căldurii se deosebesc următoarele sisteme: încălzire prin conducte;

încălzirea aerului; încălzirea solului.

Agentul termic folosit în sere este aerul cald, apa caldă şi aburul. Se realizează din mai multe

surse de energie, care la rândul lor contribuie la formarea costului energiei.

Încălzirea cu abur se utilizează, de obicei, pentru dezinfecţia solului [1]. Ca agent de

climatizare se foloseşte rar, deoarece căldura se transmite prin radiaţii calorice.

Încălzirea electrică este neeconomică şi se utilizează numai în spaţiile experimentale.

Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea şi controlul umidităţii solului şi aerului în

sere.În spaţiile protejate lipsesc precipitaţiile naturale, apa necesară creşterii şi dezvoltării plantelor

fiind administrată artificial. Culturile se dezvoltă bine dacă se asigură regimul de umiditate

corespunzător [19],[66]. Apa folosită pentru irigare în spaţii protejate trebuie să aibă calitate bună,

adică se va analiza şi, în caz de nevoie, se va corecta [42]. Se utilizează instalaţii care servesc doar

la irigare sau instalaţii care realizează simultan irigarea şi fertilizarea [70], [71].

Instalaţia de irigare şi fertilizare serveşte la distribuirea apei şi a substanţelor nutritive necesare

dezvoltării corespunzătoare a plantelor cultivate. Aceasta constă dintr-un bazin de apă, conducte

aflate în subteran (drenuri) şi/sau pe suprafaţa solului. Apa se distribuie prin rigole, aspersiune sau

localizat, lângă plante.

Irigarea cu echipamente mobile, cu tuburi flexibile. Este metoda de irigarea cea mai simplă şi

destul de des utilizată. Furtunul este confecţionat din cauciuc armat cu pânză din fibre poliamidice.

Irigarea se execută de către muncitori, iar pentru uşurarea muncii, furtunul se poate înfăşura pe un

tambur, care se poate deplasa pe roţi. Metoda este simplă, se poate realiza cu cheltuieli minime, dar

necesită forţă de muncă numeroasă, iar gradul de uniformitate al apei administrate este scăzut.

Fig.3.22. Duze de pulverizare [46]

Irigarea prin aspersiune este o metodă frecvent folosită în practica horticolă în spaţiile

protejate. Instalaţia de irigare prin aspersiune permite irigarea cu conductă separată a fiecărui


_______________________________________________________________________________________________


tronson care face parte din construcţia spaţiului protejat. Permite automatizarea distribuirii apei şi

administrarea îngrăşămintelor chimice în apa de udare.

Picăturile se formează cu ajutorul duzelor, la presiunea minimă de 0,2MPa, folosind energia

cinetică prin ciocnirea jetului de apă care iese din duză, cu o suprafaţă rigidă.

Duzele folosite în irigarea prin aspersiune pulverizează jetul de apă sub formă circulară sau de

sector circular. În figura 3.22. duzele a, c, e pulverizează circular, iar duzele b, d, f în formă de

sector de 180º sau 270º. Cu ajutorul lor se poate realiza udarea plantelor de lângă alei şi pereţii

laterali.

Irigarea localizată conduce apa lângă fiecare plantă în parte. Apa este administrată:

• prin scurgere continuă prin tuburi perforate;

• prin picurare, folosind instalaţii speciale.

Avantajele acestei metode de irigare se referă la:

o apa se foloseşte mai raţional, se administrează cât este nevoie, nu influenţează umiditatea

relativă a aerului, se reduce pericolul apariţiei unor boli şi dăunători;

o nu este necesară modelarea terenului, astfel că ţi consumul de energie este mai redus;

o calitatea udării este bună.

Un substrat nutritiv ideal pentru creșterea și dezvoltarea plantelor în seră trebuie să se aibă în

unități relative volumetrice, următorul raport între principalele sale faze constituente: faza solidă

25% din volum; faza lichidă 42% și faza gazoasă 35% din volum. În practica horticolă se admit

valori minime de până la 50% din volum pentru faza solidă, 30% pentru faza lichidă și 20% pentru

faza gazoasă.

Datorită lucrărilor de întreținere, a influenței apei și a îngrășămintelor prin dispersia agregatelor

structurale și tasarea solului, valoarea și raportul principalelor faze constituente ale solului se

modifică considerabil în timpul unui ciclu de cultură. De exemplu, faza solidă reprezintă 25% la

plantare, dar ajunge la 35% după 6 luni, faza gazoasă de la 33% la plantare scade la 23% după 6

luni, iar faza lichidă rămâne fără modificări, la aceeași valoare de 42%.

Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea şi controlul ventilaţiei aerului în sere.

Instalaţia de ventilare este necesară pentru reglarea regimului termic şi pentru reîmprospătarea

aerului în vederea asigurării necesarului de CO2. Este formată, în general, din rame sau ferestre de

aerisire, care trebuie să ocupe cel puţin 20...25% din suprafaţa acoperişului şi dispozitive de

acţionare a ramelor. Ramele pot fi acţionate manual, mecanic sau automat.

Ventilaţia se realizează prin:• ventilaţie naturală;• ventilaţie forţată.

Deoarece ventilaţia naturală se datorează diferenţei de presiune a aerului din exterior şi din

interior, care la rândul ei depinde de diferenţa de nivel dintre centrul de masă al suprafeţei de intrare

a aerului rece şi centrul de masă al suprafeţei de permisie a ieşirii aerului din interiorul spaţiului, o

ventilaţie naturală bună se obţine în spaţiile concepute în aşa fel încât diferenţa de înălţime să fie cât

mai mare.

Fig.3.25. Sisteme de ventilaţie naturală la sere: a - ventilare frontală; b - ventilare laterală;c -

ventilare prin acoperiş; d - ventilare galerie; e - ventilare prin horn [46].


_______________________________________________________________________________________________


Deci construcţia serelor determină intensitatea ventilării. Ventilaţia forţată se realizează cu

ajutorul ventilatoarelor axiale, cu sau fără aeroterme. Se acţionează cu motoare electrice şi se

foloseşte atunci când ventilaţia naturală nu poate asigura scăderea temperaturii. Ventilatorul se

montează, de obicei, pe partea frontală sau pe partea laterală a serelor. I se poate ataşa un tub din

material plastic, prin care aerul rece este introdus sau aerul cald poate fi aspirat din spaţiul serei

[67],[69]. În acest caz, curentul de aer circulă simetric spre cei doi pereți frontali ai serei. Pentru

condiții medii de producție, se consideră că schimbarea aerului de 40 de ori pe oră este normală.

Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea, controlul și dirijarea dioxidului de carbon

în sere. Aerul conține 78,84% azot, 20,947% oxigen şi 0,03% dioxid de carbon, cantitate suficientă

pentru desfășurarea normală a proceselor de creștere și fructificare a plantelor[101]. Dar, ridicarea

producției legumicole din sere la parametri superiori nu se mai poate face numai pe cale naturală, ci

este util să se recurgă la intensificarea fotosintezei. După lumină și apă, dioxidul de carbon este

factorul necesar în cea mai mare cantitate în metabolismul plantelor, care suplimentat în sere are o

influență directă asupra fotosintezei și producției [56]. De reținut că în sere, în timpul unei perioade

de vegetație, plantele asimilează o cantitate enormă de carbon din aer, circa 3…9 tone pentru 200

tone recoltă. De asemenea, s-a calculat că o cultură de tomate, pentru a realiza o tonă de fructe

trebuie să prelucreze 290 tone aer, în vederea obținerii a 137 kg CO2.

Comparând rezultatele obținute în serele din material plastic cu cele înregistrate în serele din

sticlă, în aceleași condiții de mediu și cu aceeași concentrație de dioxid de carbon, s-a constatat că

influența tratamentului cu acest gaz este mai accentuată în prima categorie de sere, cu excepția

efectului asupra calității tomatelor, care este mai slab. De asemenea, trebuie avut în vedere că

repartizarea gazului în seră, pe compartimente, este neuniformă.

Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea şi controlul intensităţii luminoase în sere.

Lumina este un factor de mediu indispensabil creşterii si dezvoltării plantelor. Lumina utilizabilă în

agricultură provine din radiaţiile solare, având spectrul în trei domenii, în funcţie de lungimea de

undă: infraroşu, 50 % din cantitatea de radiaţii solare ajunse în atmosfera Pământului,- vizibil 48,5

%, şi ultraviolet 1,5 %. Spectrul vizibil se află între 380...780nm lungime de undă, maximul

sensibilităţii relative a ochiului fiind la mijlocul acestui interval, la valoarea de 555nm. Lumina cu

această lungime de undă produce senzaţia luminoasă de verde.

Intensitatea si calitatea luminii sunt factori determinanţi ai intensităţii fotosintezei. Cunoaşterea

efectului luminii asupra plantelor are importanţă deosebită în obţinerea unor producţii calitativ şi

cantitativ superioare, mai ales în cazul culturilor din sere şi solarii. România, prin poziţia sa geografică,

44...48º latitudine nordică şi 21...28º longitudine estică, beneficiază de condiţii bune de radiaţie solară.

Repartiția egală a luminii sau radiației pe suprafața iluminată permite să se obțină o creștere și

dezvoltare uniformă a plantelor, cu o capacitate mărită de fotosinteză și formare a primilor boboci

florali.


_______________________________________________________________________________________________


4. CALCULUL ŞI MONITORIZAREA STRUCTURILOR DE REZISTENŢĂ

ALE SERELOR AMPLASATE PE ACOPERIŞURILE CLĂDIRILOR

În această lucrare nu se urmăreşte proiectarea sau realizarea fizică a unei sere amplasabilă

pe acoperişul unei clădiri din mediul urban, ci punerea la dispoziţia proiectanţilor şi

constructorilor de date suplimentare, care să confere obiectivelor respective funcţionalitate

optimă şi siguranţă maximă la acţiunea intemperiilor, în special a vântului.

4.1.Analiza factorilor care solicită serele amplasate pe acoperişurile clădirilor

Standardizarea şi normalizarea construcţiei de sere amplasate pe sol. În perioada

actuală construcţia de sere amplasate pe sol a devenit o piaţă atractivă şi extrem de competitivă,

caracterizată printr-o înaltă normalizare şi standardizare. Tendinţa generală de realizare a unor

structuri cât mai sigure, sub aspectul rezistenţei la solicitările mecanice se suprapune cu necesitatea

reducerii costurilor de fabricare, montaj şi echipare a serelor [70], dar şi cu selecţia riguroasă a

legumelor sau florilor care urmează să se cultive, astfel încât calitatea produselor finale să se ridice

la cel mai înalt nivel, iar cheltuielile totale să fie minime. Cercetările teoretice şi practica au validat

câteva forme constructive de sere, care s-au dovedit cele mai eficiente. În acelaşi timp, libera

circulaţie a produselor pe piaţa europeană a pus în faţa comisiei de specialitate de la Bruxelles

problematica circulaţiei legumelor şi florilor produse în sere, dar şi a construcţiei serelor respective.

Prima realizare notabilă sub aspectul unificărilor construcţiei serelor o reprezintă reducerea la

minimum a distanţelor dintre rândurile de stâlpi, adică a lăţimii tronsoanelor, stabilindu-se prin

Standardul European EN 13031-1 Forma şi Construcţia Serelor. Partea I: Producţia comercială de

sere, CEN-European Comittee For Standardization (2001) Bruxelles, să fie de 3,20m, 6,40m,

9,60m, 12,80m și să producă o tipologie de sere pentru fiecare dintre intervalele specificate.

Cerințele constructive ale serelor sunt variate, dar se pot rezolva prin folosirea şi a altor elemente

standardizate, precum intervalele de lungimi, înălțimea coloanelor (h = 3,0-3,5-4,0m), a distanței

dintre ferme (i=1,5-2, 0-2,5m), sau a multiplilor unora dintre ele. De exemplu, se recomandă

utilizarea unor profile tip ţeavă cu secţiune circulară sau pătrată de 1,5-3,0mm [73].

Pentru fabricanţii de sere este esenţială existenţa unor normative de calcul şi proiectare prin care

să se optimizeze raportul capacitate structurală/cost. Metodologiile prevăzute în normativele

naţionale ale ţărilor membre în Uniunea Europeană trebuie să respecte metodologiile-cadru

provenite de la Bruxelles, cu luarea în considerare a condiţiilor locale referitoare la nivelurile

solicitărilor la care sunt expuse serele respective. În România se utilizează la proiectarea clădirilor

cu forme diferite ale acoperişurilor, dar şi a altor structuri cu utilizări diverse Codul de Proiectare

Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra Construcţiilor Indicativ CR 1-1-4/2012. Acest act

normativ este, la rândul său pus în permanenţă în concordanţă cu legislaţia europeană şi cu alte

standarde pe care proiectanţii si constructorii de sere pe acoperişuri trebuie să le urmeze. La fel se

procedează şi în alte ţări, unde normativele din construcţii se actualizează în permanenţă, astfel

încât să se realizeze clădiri tot mai sigure la acţiunea factorilor de mediu, în special a vântului [11].

Ca orice alt act normativ sau standard, nici Codul CR-1-1-4/2012 nu a putut lua în consideraţie

toate situaţiile care pot să apară în practică. Din acest motiv, la punctul 1.4 Proiectarea asistată de

încercări (pag. 8) se fac următoarele precizări:

1. Pentru evaluarea acţiunii vântului asupra construcţiei şi a răspunsului acesteia se pot utiliza

şi rezultate ale încercărilor în tunelul aerodinamic şi/sau ale metodelor numerice, utilizând

modele adecvate ale construcţiei şi ale acţiunii vântului.

2. Pentru efectuarea de încercări experimentale în tunelul aerodinamic, acţiunea vântului

trebuie modelată astfel încât să fie respectate(i) profilul vitezei medii a vântului şi caracteristicile

turbulenţei în amplasamentul construcţiei.


_______________________________________________________________________________________________


Serele amplasate pe acoperişurile clădirilor nu pot fi confundate cu acoperişurile obişnuite,

chiar dacă, în unele cazuri, formele lor sunt apropiate de acestea. Cerinţele pe care plantele

cultivate le impun acestor sere, referitoare la materialele care se utilizează pentru pereţii laterali şi

acoperişuri, existenţa unor echipamente şi instalaţii necesare asigurării factorilor de vegetaţie etc.,

transformă aceste construcţii în elemente vulnerabile la solicitările provocate de vânt, depunerile de

zăpadă, cutremure sau acţiuni combinate ale acestora [18]. Pentru proiectarea şi executarea

corespunzătoare a acestor sere efectuarea de cercetări suplimentare conform prevederilor de la

punctul 1.4 Proiectarea asistată de încercări, este nu numai utilă, dar chiar şi necesară.

Cercetările teoretice prin simulare cu metoda elementelor finite şi cercetările experimentale în

tunelul aerodinamic, pe modele de sere cu forme asemănătoare celor considerate clădiri cu

acoperişuri tipice, respectiv cu două şi cu patru pante şi cu unghiuri de înclinare între limitele

incluse în Codul precizat, cu pereți verticali și secțiuni orizontale dreptunghiulare au urmărit să

pună la dispoziţia proiectanţilor valorile presiunilor / sucţiunilor vântului care acţionează pe

suprafeţele rigide exterioare, forţelor de împingere şi momentelor de răsturnare precum ale

coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă. Vitezele vântului au fost identice la

cercetările teoretice şi experimentale, iar asemănările şi deosebirile dintre modelele de sere oferă

proiectanţilor posibilitatea unor comparaţii şi alegerea soluţiei considerată optimă pentru o situaţie

dată. Pe de altă parte, din compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale, între ele,

dar şi cu cele înscrise în Codul CR-1-1-4/2012 se urmăreşte validarea metodei de cercetare

adoptată în această lucrare.

Rezistenţa aerodinamică la acţiunea vântului. Unui corp aflat în mişcare faţă de aerul

înconjurător i se opune o forţă de rezistenţă la înaintare Fd, proporţională cu densitatea aerului ρ, cu

suprafaţa frontală A a corpului şi cu pătratul vitezei relative va dintre corpul respectiv şi aer.

Forţa Fd se numeşte forţă de rezistenţă aerodinamică şi se calculează cu relaţia:

2

2

1add vAcF , (4.1)

unde cd este denumit coeficient de rezistenţă aerodinamică.

În aplicațiile obișnuite se consideră că pentru un curent de aer care are aceeaşi direcţie faţă de

corpul analizat, coeficientul cd poate fi considerat constant [127].

De exemplu, coeficientul de rezistenţă aerodinamică determinat experimental pentru un corp

sferic este cd = 0,47 [40]. În cazul corpului sferic direcţia curentului de aer nu este importantă,

profilul corpului fiind identic din orice direcţie, astfel că în calcule se utilizează un coeficient de

rezistenţă aerodinamică acoperitor de cd = 0,5. O construcţie cu aceeaşi suprafaţă utilă ca a corpului

sferic, dar de formă paralelipipedică, are coeficientul de rezistenţă aerodinamică cd≈1, iar suprafaţa

expusă va fi semnificativ mai mare, astfel că forţa cu care vântul apasă asupra unei asemenea

construcţii va fi de 3…5 ori mai mare [40]. De asemenea, direcţia curentului de aer faţă de

construcţia respectivă are importanţă în acest caz.

În dinamica fluidelor, conceptul drag se referă la forțele care acționează asupra unui obiect solid

în direcția vitezei de curgere relativă. Forțele aerodinamice asupra unui corp provin în principal din

diferențele de presiune și a tensiunilor de forfecare vâscoase. Astfel, forța de rezistenţă

aerodinamică ce se exercită asupra unui corp poate fi împărțită în două componente, și anume

rezistenţă datorată fricţiunii (alunecării vâscoase) și rezistenţă datorată presiunii (rezistenţă la

înaintare).

Pentru aceste cazuri relaţia completă pentru calculul coeficientului de rezistenţă aerodinamică a

unui corp plasat într-un curent de aer este următoarea [112]:

(4.2)


_______________________________________________________________________________________________


în care: cp este coeficientul de rezistenţă aerodinamică datorat presiunii aerului; cf - coeficientul de

rezistenţă aerodinamică datorat frecării dintre corpul solid şi aer; -direcţia tangenţială faţă de

suprafaţa dA; - direcţia normală faţă de suprafaţa dA; - tensiunea de forfecare ce acționează pe

suprafața dA; p0- - presiunea pe suprafața dA; i - vectorul unitate în direcția normală la suprafața

dA;. ρ - densitatea aerului, în kg/m3.Dacă se calculează coeficientul de rezistenţă aerodinamică prin

folosirea relaţiei (4.2) se constată că în realitate acesta are o structură complexă şi că are o valoare

precisă pentru o anumită viteză a curentului de aer [10].

Vitezele vântului luate în considerare pentru studiu în această lucrare sunt cele din zona

superioară a scării Beaufort (începând cu vânt puternic), adică de la 36 km/h (10 m/s) până la 108

km/h (30 m/s), limitarea valorii superioare datorându-se caracteristicilor funcţionale ale tunelului

aerodinamic în care s-au efectuat cercetările experimentale. De fapt, conform zonării intensităţii

vânturilor din România, specificată în Codul de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra

Construcţiilor Indicativ CR 1-1-4/2012, numai în zonele montane înalte şi în sudul Banatului şi

Olteniei se pot manifesta vânturi cu viteze mai mari.

Densitatea aerului se aproximează la 1,22…1,25 kg/m3, valoarea ei reală fiind influenţată de

temperatura şi presiunea aerului.

4.2. Calculul şi proiectarea serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor prin

utilizarea Codului CR 1-1-4/2012

Acţiunea vântului asupra clădirilor şi a altor construcţii. Conform acestei norme,

acţiunea vântului este reprezentată de presiunile şi forţele produse pe suprafeţele clădirilor şi altor

construcţii. Acţiunile vântului sunt variabile în timp şi se manifestă atât direct, ca presiuni / sucţiuni

pe suprafeţele exterioare ale clădirilor şi structurilor închise, cât şi indirect pe suprafeţele interioare

ale clădirilor şi structurilor respective, din cauza neetanşeităţilor suprafeţelor exterioare. În anumite

situaţii presiunile / sucţiunile pot acţiona şi direct pe suprafeţele interioare ale clădirilor şi

structurilor deschise.

În conformitate cu prevederile Codului CR-1-1-4/2012, construcţiile sunt împărţite în clase de

importanţă-expunere, în funcţie de consecinţele umane şi economice care pot fi provocate de un

hazard natural sau/şi antropic major, precum şi de rolul acestora în activităţile de răspuns post-

hazard ale societăţii. Pentru evaluarea acţiunii vântului asupra construcţiilor, fiecărei clase de

importanţă-expunere (I-IV) i se asociază un factor de importanţă- expunere, gIw aplicat la valoarea

caracteristică a acesteia.

Clădirile prevăzute cu sere pe acoperişuri este bine să fie incluse în clase de importanţă-

expunere imediat superioară clădirii normale, deoarece distrugerea serelor sub acţiunea vânturilor

poate provoca daune importante, inclusiv accidentarea gravă a populaţiei.

Presiunea / sucţiunea vântului we care acţionează pe suprafeţele rigide exterioare ale clădirii

/structurii se determină cu relaţia [146]:

,eppeIwe zqcgw (4.3)

unde: ep zq este valoarea de vârf a presiunii dinamice a vântului evaluată la cota ze; ze- înălţimea

de referinţă pentru presiunea exterioară; cpe- coeficientul aerodinamic de presiune / sucţiune pentru

suprafeţe exterioare; gIw- factorul de importanţă – expunere.

Presiunea / sucţiunea vântului wi care acţionează pe suprafeţele rigide interioare ale clădirii

/structurii se determină cu relaţia [146]:

,ippiIwi zqcgw (4.4)


_______________________________________________________________________________________________


unde: ip zq este valoarea de vârf a presiunii dinamice a vântului evaluată la cota zi; zi- este

înălţimea de referinţă pentru presiunea interioară; cpi- coeficientul aerodinamic de presiune /

sucţiune pentru suprafeţe interioare; gIw- este factorul de importanţă – expunere.

Din relaţiile (4.3) şi (4.4) se pot determina coeficienţii aerodinamici de presiune/sucţiune

pentru suprafeţe exterioare cpe sau interioare, cpi, dacă se determină prin simulare teoretică sau

prin cercetare experimentală în tunelul aerodinamic valorile presiunilor / sucţiunilor we şi wi şi se

adoptă valorile factorului de importanţă-expunere.

Presiunea rezultantă (totală) a vântului pe un element de construcţie (de exemplu pe o seră

construită pe un acoperiş) este diferenţa dintre presiunile (orientate către suprafaţă) şi sucţiunile

(orientate dinspre suprafaţă) pe cele două feţe ale elementului; presiunile şi sucţiunile se iau cu

semnele lor.

Forţa din vânt care acţionează asupra unei clădiri / structuri sau asupra unui element structural

(de exemplu pe o seră construită pe un acoperiş) poate fi determinată în două moduri: ca forţă

globală, utilizând coeficienţii aerodinamici de forţă sau prin sumarea presiunilor / sucţiunilor care

acţionează pe suprafeţele (rigide) ale clădirii / structurii, utilizând coeficienţii aerodinamici de

presiune / sucţiune.

Prima variantă s-a folosit în această lucrare, adică s-a determinat experimental forţa globală

cu care serele de diferite forme sunt împinse de curenţii de aer cu viteze diferite şi cu ajutorul

relaţiei (4.1) s-au calculat coeficienţii aerodinamici de forţă ce caracterizează o seră de o

anumită formă.

Forţa cu care vântul apasă la un moment dat se evaluează pentru cea mai defavorabilă direcţie a

vântului faţă de clădire /structură. Forţa globală pe direcţia vântului Fw, care acţionează pe structură

sau pe un element structural având aria de referinţă Aref orientată perpendicular pe direcţia vântului,

se determină cu relaţia generală [146]:

,refepdIww AzqcgF (4.5)

sau prin compunerea vectorială a forţelor pentru elementele structurale individuale cu relaţia [146]:

,ref

elemente

epfdIww AzqccgF (4.6)

In relaţiile (4.5) şi (4.6) notaţiile au următoarele semnificaţii: qp(ze) este valoarea de vârf a

presiunii dinamice a vântului evaluată la cota ze; cd - coeficientul de răspuns dinamic al construcţiei;

cf - coeficientul aerodinamic de forţă pentru clădire, structură sau element structural, care include şi

efectele frecării; Aref- de referinţă, orientată perpendicular pe direcţia vântului, pentru clădiri /

structuri, ca în relaţia (4.5) sau pe elementele sale, ca în relaţia (4.6); gIw- factorul de importanţă -

expunere.

La cercetările teoretice şi experimentale s-au avut în vedere două direcţii de acţiune a vântului

faţă de modelele de sere, respectiv o direcţie frontală şi o direcţie laterală, aşa cum se prezintă

situaţia şi în exemplificările din Codul CR-1-1-4/2012. La cercetările experimentale s-au

determinat forţele Fw pentru fiecare model de seră şi cunoscându-se Aref în fiecare caz, s-au

calculat coeficienţii de rezistenţă aerodinamică de forţă cd.

Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă. Evaluarea efectelor vântului

asupra suprafeţelor rigide ale clădirilor şi structurilor, inclusiv a serelor amplasate pe acoperişurile

acestora, se poate face în două moduri: prin utilizarea coeficienţilor aerodinamici de

presiune/sucţiune; prin utilizarea coeficienţilor aerodinamici de forţă.

Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune depind, în general, de aria şi dimensiunile

construcţiei, de unghiul de atac al vântului, de categoria de rugozitate a suprafeţei terenului din

amplasamentul construcţiei, de numărul Reynolds etc.

Coeficienţii aerodinamici de forţă sunt folosiţi pentru determinarea forţei globale din vânt pe

structură (de exemplu, pe o seră), element structural sau componentă, incluzând în acest efect şi

frecarea, dacă aceasta nu este exclusă în mod explicit. În lucrarea aceasta s-au determinat

experimental și teoretic forțele de împingere globale și s-au calculat coeficienții aerodinamici


_______________________________________________________________________________________________


specifici modelelor de sere supuse cerccetărilor. În cadrul cercetărilor teoretice s-au calculat şi

momentele de răsturnare provocate serelor de acţiunile frontale sau laterale ale vântului cu

viteze diferite, constatându-se comportamente diferite în funcţie de numărul de pante şi

unghiurile de înclinare ale acoperişurilor.

Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă pentru pereţii verticali ai

clădirilor cu forma dreptunghiulară în plan

La modelele de sere studiate teoretic şi experimental în această lucrare au fost luaţi în

considerare câte un perete vertical frontal şi unul lateral. Celălalt perete vertical lateral este dispus

simetric faţă de cel cercetat, astfel că şi presiunile/sucţiunile şi forţele de împingere au fost

considerate simetrice ca mod de acţiune şi mărime.

Înălţimile de referinţă, ze, pentru determinarea profilului presiunii vântului pe pereţii verticali ai

clădirilor cu forma dreptunghiulară în plan, expuşi acţiunii vântului (zona D, figura 4.5), depind de

raportul h/d . La modelele studiate, raportul h/d s-a încadrat în situaţiile prevăzute în tabelul 4.4 la

valorile h/d=1 şi h/d0,25, care vor constitui elemente de comparaţie pentru rezultatele

cercetărilor teoretice şi experimentale.

Pentru zonele A, B, C, D şi E pentru care sunt definiţi, coeficienţii aerodinamici de presiune

/sucţiune exterioară cpe,10 şi cpe,1 sunt daţi în tabelul 4.4. Valorile intermediare pot fi obţinute prin

interpolare liniară. Valorile din tabelul 4.2 pot fi aplicate şi pereţilor clădirilor cu acoperişuri cu

una sau două pante.

Tabelul 4.2

Valori ale coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune exterioară pentru

pereţii verticali ai clădirilor cu forma dreptunghiulară în plan [146]

Zona A B C D E

h/d cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

5 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,8 +1,0 -0,7

1 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,8 +1,0 -0,5

0,25 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,7 +1,0 -0,3

Notă: Dimensiunile marcate ale pereţilor sunt valabile şi pentru modelele cercetate teoretic şi experimental

în lucrare. Valorile marcate ale coeficienţilor aerodinamici reprezintă elemente de comparaţie pentru

rezultatele cercetărilor experimentale.

Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă pentru acoperişuri cu două pante

Patru dintre serele cercetate teoretic prin simulare cu metoda elementelor finite şi trei modele

cercetate experimental în tunelul aerodinamic au acoperişurile cu două pante simetrice. Între

notaţiile şi valorile unghiurilor de înclinare ale acoperişurilor din tabelele 4.4,a şi 4.4,b şi notarea

unghiurilor pe modelele cercetate este următoarea corelaţie (tab.4.3): Tabelul 4.3

Corespondenţa dintre notaţiile unghiurilor din CR-1-1-4/2012 şi din modelele cercetate

Nr.

model

Notaţii în figura 4.8 şi tabelul

4.6

Notaţii pe desenele modelelor

cercetate(tab. 6.1)

1. 35 110

2. 30 120

3. 45 90

4. 32,5 115

5. 40 100


_______________________________________________________________________________________________


Acoperişul se împarte în zone de expunere. Înălţimea de referinţă, ze se consideră egală cu h.

Coeficienţii aerodinamici de presiune/sucţiune pentru fiecare zonă sunt daţi în tabelele 4.4.

Atât la cercetările teoretice, cât şi la cele experimentale s-au studiat rezultatele acţiunii curentului

de aer cu diferite viteze, pe două direcţii faţă de modelele considerate, respectiv direcţia frontală şi

direcţia laterală.

Tabelul 4.4, a

Valorile coeficienţilor aerodinamici de presiune/sucţiune exterioară pentru acoperişuri cu două

pante la acțiunea frontală a vântului[146]

Unghi de

panta a

Zone pentru direcţia vântului q = 0°

F G H I J

cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

-30° -0,6 -0,6 -0,6 -0,6 -0,8 -0,8 -0,7 -0,7 -1,0 -1,5

-45° -1,1 -2,0 -0,8 -1,5 -0,8 -0,8 -0,6 -0,6 -0,8 -1,4

-15° -2,5 -2,8 -1,3 -2,0 -0,9 -1,2 -0,5 -0,7 -1,2

-5° -2,3 -2,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,2 +0,2 +0,2

-0,6 -0,6

5° -1,7 -2,5 -1,2 -2,0 -0,6 -1,2

-0,6 +0,2

0 0 0 -0,6

15° -0,9 -2,0 -0,8 -1,5 -0,3 -0,4 -1,0 -1,5

+0,2 +0,2 +0,2 0 0 0

30° -0,5 -1,5 -0,5 -1,5 -0,2 -0,4 -0,5

+0,7 +0,7 +0,4 0 0

45° 0 0 0 -0,2 -0,3

+0,7 +0,7 +0,6 0 0

60° +0,7 +0,7 +0,7 -0,2 -0,3

75° +0,8 +0,8 +0,8 -0,2 -0,3

Tabelul 4.4, b

Valorile coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune exterioară pentru acoperişuri cu două

pante la acțiunea laterală a vântului [146]

Unghi de

panta a


F G H I

cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

-45° -1,4 -2,0 -1,2 -2,0 -1,0 -1,3 -0,9 -1,2

-30° -1,5 -2,1 -1,2 -2,0 -1,0 -1,3 -0,9 -1,2

-15° -1,9 -2,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,2 -0,8 -1,2

-5° -1,8 -2,5 -1,2 -2,0 -0,7 -1,2 -0,6 -1,2

Unghi de

panta a


F G H I

cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

5° -1,6 -2,2 -1,3 -2,0 -0,7 -1,2 -0,6

15° -1,3 -2,0 -1,3 -2,0 -0,6 -1,2 -0,5

30° -1,1 -1,5 -1,4 -2,0 -0,8 -1,2 -0,5 45° -1,1 -1,5 -1,4 -2,0 -0,9 -1,2 -0,5 60° -1,1 -1,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,0 -0,5 75° -1,1 -1,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,0 -0,5

Notă: Unghiurile marcate ale pantelor sunt valabile şi pentru modelele cercetate teoretic şi experimental în

lucrare. Valorile marcate ale coeficienţilor aerodinamici reprezintă elemente de comparaţie pentru

rezultatele cercetărilor experimentale

Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă pentru acoperişuri cu patru pante


_______________________________________________________________________________________________


Unul dintre modelele cercetate teoretic prin simulare cu metoda elementelor finite şi două dintre

cele cercetate experimental în tunelul aerodinamic au avut acoperişurile cu patru pante. Acoperişul

se împarte în zone ,iar înălţimea de referinţă, ze se consideră egală cu h. Coeficienţii aerodinamici

de presiune / sucţiune pentru fiecare zonă sunt daţi în tabelul 4.5.

La modelul cu acoperişul cu pante simetrice două câte două s-au analizat presiunile, forţele şi

coeficienţii aerodinamici pentru direcţiile frontală şi laterală ale curentului de aer faţă de poziţia

modelului. La modelul cu patru pante simetrice a fost considerată o singură direcţie a vântului.

Tabelul 4.5

Valorile coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune exterioară pentru acoperişuri cu patru

pante [146] Unghiul de

panta a0

pentru

q = 0° a90

pentru

q = 90°

Zone pentru direcţia vântului q = 0° si q = 90°

F G H I J K L M N

cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

5° -1,7 -2,5 -1,2 -2,0 -0,6 -1,2

-0,3 -0,6 -0,6 -1,2 -2,0 -0,6 -1,2 -0,4 0 0 0

15° -0,9 -2,0 -0,8 -1,5 -0,3

-0,5 -1,0 -1,5 -1,2 -2,0 -1,4 -2,0 -0,6 -1,2 -0,3 +0,2 +0,2 +0,2

30° -0,5 -1,5 -0,5 -1,5 -0,2

-0,4 -0,7 -1,2 -0,5 -1,4 -2,0 -0,8 -1,2 -0,2 +0,5 +0,7 +0,4

45° 0 0 0

-0,3 -0,6 -0,3 -1,3 -2,0 -0,8 -1,2 -0,2 +0,7 +0,7 +0,6

60° +0,7 +0,7 +0,7 -0,3 -0,6 -0,3 -1,2 -2,0 -0,4 -0,2

75° +0,8 +0,8 +0,8 -0,3 -0,6 -0,3 -1,2 -2,0 -0,4 -0,2

Notă: Unghiurile marcate ale pantelor sunt valabile şi pentru modelele cercetate teoretic şi experimental în

lucrare. Valorile marcate ale coeficienţilor aerodinamici reprezintă elemente de comparaţie pentru

rezultatele cercetărilor experimentale

4.3. Monitorizarea şi verificarea stării serelor de pe acoperişuri cu sistemul

RTK-GPS

Monitorizarea efectului vântului asupra unor construcţii speciale, cum sunt clădirile înalte,

podurile, barajele etc. reprezintă o preocupare de bază pentru proiectanţii, constructorii şi personalul

care se ocupă cu mentenanţa acelor structuri. Clădirile pe ale căror acoperişuri se amplasează sere

pentru legume şi flori pot fi încadrate în categoria construcţiilor speciale, deoarece distrugerea

serelor sub acţiunea vântului ar putea avea urmări deosebit de grave.

Vântul induce vibraţii cu o anumită frecvenţă în structură, materializate prin deplasări ale

nodurilor acestora. Monitorizarea şi verificarea performanţelor unei asemenea construcţii presupune

măsurări în timp real a modificărilor de poziţie ale punctelor critice ale structurii [40], .[30] [90]. În

ultimii ani au fost realizate tot mai multe studii referitoare la utilizarea de diferite tehnici în acest

scop, cea mai cunoscută fiind probabil măsurarea acceleraţiilor pe cele trei direcţii (x, y, z) folosind

accelerometre [48]. O tehnică deosebit de actuală si considerată ca fiind promiţătoare este cea

bazată pe informaţiile primite de la sistemele de poziţionare globală (GPS, Glonass, Galileo) [25].

Principiul măsurării modificărilor de poziţie ale unui punct se prezintă în schema din figura 4.8.

[40]. Această schemă ilustrează modul de lucru al unui sistem RTK-GPS (Real-Time Kinematics),

care presupune măsurarea diferenţelor de coordonate (pe direcţiile x, y, z) între punctul măsurat şi

un punct de referinţă fix. La achiziţia datelor după acest principiu diverşi autori semnalează

posibilitatea utilizării mai multor tipuri de aparate, care au rate de eşantionare între 4…20 Hz şi


_______________________________________________________________________________________________


asigură (funcţionând în configuraţie RTK, cu câte două receptoare) o acurateţe a localizării de

ordinul centimetrilor [37].

Fig. 4.8. Principiul de măsurare folosind RTK-GPS [40]

În cadrul cercetărilor din această lucrare nu s-a utilizat şi această metodă, deoarece nu s-a

dispus de o seră amplasată pe un acoperiş. Folosirea acoperişurilor unor blocuri de locuinţe

pentru o asemenea monitorizare s-a avut în vedere, dar s-a apreciat că ar fi condus la obţinerea

unor rezultate inutilizabile în lucrare, din cauza diferenţelor prea mari dintre structurile

acoperişurilor obişnuite şi cele ale serelor pentru legume şi flori. Rezultatele din lucrarea [40], în

care se monitorizează acţiunea vântului asupra unui dom geodezic de construcţie asemănătoare cu

cea a unei sere amplasată pe acoperiş, evidenţiază valabilitatea metodei.

4.4.Utilizarea teoriei similitudinii la calculul şi proiectarea serelor amplasate

pe acoperişurile clădirilor

Cercetările efectuate în această lucrare, referitoare la solicitările pe care acţiunea vântului le

provoacă structurii de rezistenţă a serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor sau realizat atât prin

modelare teoretică, cât şi prin modelare fizică. Cele cinci modele de sere (fig. 6.1) au fost identice

pentru cele două variante de cercetări, deosebirile dintre ele referindu-se la numărul de pante ale

acoperişurilor (două sau patru) şi mărimile unghiurilor dintre pante. De asemenea, vitezele

curenţilor de aer (vântului) la cele două tipuri de cercetări au fost identice, fiind cuprinse între 10

m/s şi 30m/s. La cercetările teoretice s-a utilizat metoda elementului finit, iar cercetările

experimentale s-au desfăşurat în tunelul aerodinamic. Aceste cercetări au urmărit, în principal,

compararea, între ele, ale rezultatelor teoretice obținute pentru cele cinci modele,

compararea,între ele, ale rezultatelor experimentale obținute pentru cele cinci modele,în tunelul

aerodinamic, compararea rezultatelor teoretice cu cele experimentale și validarea celor două

metode de cercetare. Pe parcursul cercetărilor s-a avut în permanență în vedere utilitatea practică a

rezultatelor, adică folosirea acestora la calculul și proiectarea unor sere reale amplasabile pe

acoperișurile clădirilor, prin apelarea la unele elemente din teoria similitudinii.

Similitudinea geometrică poate fi considerată o aplicaţie generalizată a teoremei asemănării

din geometrie, privind figurile şi corpurile asemenea, conform căreia două figuri sau corpuri sunt

asemenea dacă rapoartele laturilor omoloage sunt egale. În acest fel, fiecărui punct al modelului îi

corespunde un punct determinat al originalului, numit punct omolog. Ansamblurile de puncte

omoloage determină linii, suprafeţe şi volume omoloage [75].

În lucrarea de doctorat s-a considerat că peretele frontal vertical al unei sere care urmează să

se amplaseze pe un acoperiş are dimensiunile de : lăţimea l= 4m şi înălţimea H=4m. Deoarece


_______________________________________________________________________________________________


modelul este executat la scara 1/20, pentru stabilirea constantei de similitudine geometrică l şi

lăţimii, respectiv înălţimii peretelui frontal vertical al modelului se procedează astfel:

;20

1mod sera

el

l

lScara

Constanta de similitudine:

20mod

el

sera

ll

l ;

Lăţimea modelului:

mml

ll

sera

el 2,020

4mod

Procedându-se în mod asemănător s-a stabilit că înălţimea modelului trebuie să fie: Hmodel=0,2m

Pentru cercetările experimentale a fost important şi volumul Vmodel al modelului, astfel încât acesta

să ocupe un spaţiu optim în tunelul aerodinamic. Păstrând scara de 1/20 şi ştiind că volumul serei

Vseră= 56 m3 s-a procedat astfel:

20

1mod

sera

el

V

VScara ;

Constanta de similitudinea volumelor:

;20mod

el

sera

ll

l ;

modelV

VseraV

Deci constanta de similitudine a volumelor:

80003 lV

Volumul modelului:

3

mod 007,08000

56m

VV

V

sera

el

.

În figura 6.1 sunt prezentate cele cinci modele de sere utilizate la cercetările experimentale, iar

în tabelul 6.1 dimensiunile geometrice ale acestor modele.

Alegerea criteriului de similitudinie la studiul serelor amplasate pe acoperişuri

În cazul serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor, ale căror modele se studiază în tunelul

aerodinamic,s-ar putea utiliza cririteriile de similitudine Reynolds sau Froude [75].

Dacă se utilizează criteriul Reynolds, valoarea acestuia trebuie să fie aceeaşi pentru ambele

sisteme (model şi seră). Dacă se cunosc: Lm/Ls = 1/20, unde Lm şi Ls sunt dimensiunile caracteristice

ale modelelor, respectiv serelor de pe acoperişuri, se cere să se stabilească viteza curentului de aer

din tunelul aerodinamic, care să solicite modelul în aceleaşi condiţii în care vântul cu viteza vs =

108 km/h = 108.000 m/3600 s = 30 m/s; solicită sera amplasată pe acoperiş. Dacă se aplică

similitudinea de tip Reynolds, valoarea criteriului de similitudine trebuind să fie egală atât pentru

cazul modelului, cât şi al serei, se poate scrie:

;ReRes

ss

m

mm

sm

LvLv

(4.24)

smsmL

Lvv

m

s

sm /60020/30 , (4.25)

unde se consideră că vâscozităţile aerului sunt identice pentru model şi pentru seră.

Această viteză nu poate fi realizată într-un tunel aerodinamic obişnuit, ceeace conduce la

concluzia că practic acest criteriu nu furnizează valori credibile pentru a fi folosit la cercetările

experimentale pe modele ale serelor amplasate pe acoperișurile clădirilor.


_______________________________________________________________________________________________


În cazul utilizării criteriului Froude

serălelserael llsiFrFr modmod

seră

seră

seră

el

serăellg

v

lg

vll

22

mod

mod

20

20

1(4.25)

Rezultă că,

,modellsera vv (4.26)

unde 47,420 adică vsera= 4,47.vmodel. (4.27)

Rezultă că viteza maximă a aerului în tunelul aerodinamic pe model de 30 m/s echivalează cu

30 .4,47 m/s=134,1 m/s, viteza vântului pentru sera de pe acoperişul clădirii, ceea ce reprezintă o

viteză care se poate atinge doar în cazul unor uragane cu probabilitate redusă de manifestare în

Romania. Pe baza acestor studii se recomandă folosirea criteriului Froude la aprecierea

realistică prin similitudine a vitezei curentului de aer din tunelul aerodinamic, care provoacă

efecte similare serelor amplasate pe acoperișurilor clădirilor, cu cele ale unui vânt cu viteză

impusă.

Alte aplicații ale utilizării teoriei similitudinii la studiul solicitărilor serelor amplasate

pe acoperișurile clădirilor

Pentru studiul comportării unei construcţii reale de seră din oţel ( = 7850 kg/m3, E = 2110

10

Pa ) la solicitările specifice se poate utiliza un model fizic executat din aluminiu (‟ = 2700 kg/m3,

E = 71010

Pa), la scara 1 / 20. În realizarea modelului fizic trebuie să se asigure similitudinea

dinamică, din punct de vedere al forţelor de greutate.

Se pune problema să se determine valorile constantelor de similitudine ale forţei de

greutate( Fg ), tensiunilor ( ) și deformaţiilor mecanice( l ).

Valorile constantelor respective sunt următoarele:

o Constanta de similitudine a forței de greutate se calculează cu relațiile:

;3 gLggmFg (4.28)

3

3

3

3

3

3

mod

209,21

20

/2700

/7850

mkg

mkg

gL

gL

F

F

mmm

sss

elg

gseră

Fg

(4.29)

o Constanta de similitudine a tensiunilor se calculează cu relația:

;58209,2/

/ 2

mod

LLF

mm

ss

el

sera

AF

AF

(4.30)

o Constanta de similitudine a deformațiilor mecanice se calculează cu relațiile:

;E

LLE

L

LE

(4.31)

332,193/209,21

mod

EL

s

m

m

s

m

s

m

mm

s

ss

el

sera

LE

E

L

L

E

L

E

L

L

L

(4.32)

În mod asemănător se pot face și alte cercetări cu utilizarea teoriei similitudinii.


_______________________________________________________________________________________________


5. CERCETĂRI TEORETICE PRIVIND SOLICITĂRILE STRUCTURILOR

DE REZISTENŢĂ ALE SERELOR AMPLASATE PE ACOPERIŞURILE

CLĂDIRILOR

5.1. Cercetarea solicitărilor structurilor de rezistenţă ale acoperişurilor tip seră

prin simulare cu metoda elementelor finite

Principiul metodei şi modul de aplicare. Modelarea și analiza CFD (Computational Fluid

Dynamics) a curgerii aerului pe sere are drept obiectiv determinarea forțelor și momentelor care

acționează asupra serei, forțe și momente generate de către acțiunea vântului, precum și

vizualizarea formelor de curgere a aerului pe suprafețele exterioare ale serei. Pentru îndeplinirea

acestui obiectiv, se utilizează soft-ul ANSYS 15.0, care are la bază metoda elementului finit [7].

Modelările și analizele se referă la două tipuri de sere, la care acoperișurile au 2 sau 4 pante

dispuse simetric sub unghiuri de 1100, 120

0, 115

0, 100

0 şi 90

0 una faţă de cealaltă, situaţie urmărită

ulterior şi la cercetările experimentale, unde s-au studiat cinci machete de sere, care au avut aceleaşi

dispuneri ale pantelor acoperişurilor.Trebuie precizat că practica a validat modelele constructive

respective, care sunt aproape generalizate pentru culturile de legume şi flori, oferind condiţii de

mediu satisfăcătoare pentru marea majoritate a speciilor de plante, dar şi rezistenţa necesară la

solicitările mecanice [13]. S-au făcut două serii de cercetări, una în care vântul acționează frontal și

alta în care vântul acționează lateral faţă de poziţia convenţională a serelor, stabilită prin Codul CR-

1-1-4/2012.

Modelul geometric este prezentat în figura 5.1; unde sera este înglobată într-un domeniu de tip

paralelipiped dreptunghic, domeniu în care se consideră că există aer care curge cu viteze de 10 m/s,

15 m/s, 20 m/s, 25 m/s, 27,5 m/s, şi 30 m/s, adică aceleaşi viteze la care s-au făcut cercetările

experimentale în tunelul aerodinamic.

Fig.5.1. Modelul geometric al problemei

Pentru modelare ( fig. 5.2) se consideră elemente finite de tip tetraedru, în urma discretizării

obținându-se 257826 elemente finite și 48559 noduri. Condițiile de frontieră se referă, pe de o parte,

la impunerea unei viteze constante, în curgere laminară, la intrarea în domeniul de curgere a

aerului (zona colorată cu roșu), precum și impunerea presiunii atmosferice normale de 101325 Pa

în zona respectivă; a doua condiție de frontieră se referă la impunerea presiunii atmosferice normale

de 101325 Pa la ieșirea din domeniul de curgere al aerului (zona colorată cu albastru).

Conform precizărilor anterioare, analiza se realizează pentru seturile de valori ale vitezei

vântului de 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s, 27,5 m/s şi 30 m/s, pentru acțiunea frontală și aceleaşi

valori ale vitezei pentru acţiunea laterală a curentului de aer.


_______________________________________________________________________________________________


Fig.5.2. Modelul cu elemente finite

Rezolvarea modelului cu elemente finite presupune alegerea unui număr de iterații de calcul

necesar pentru stabilizarea erorii reziduale. În figura 5.3 se prezintă stabilizarea erorii reziduale

pentru rezolvarea modelului în cazul acțiunii frontale (fig.5.3, a) și, respectiv, acțiunii laterale a

vântului (fig.5.3, b) Se observă că, prin alegerea unui număr suficient de iterații – 50 – se obține

stabilizarea erorii reziduale, în ambele cazuri.

a – cazul acțiunii frontale a vântului

b – cazul acțiunii laterale a vântului

Fig.5.3. Stabilizarea erorii reziduale

Rezultatele urmărite a se obține în urma analizelor modelelor se referă la vizualizarea curgerii

aerului pe suprafețele exterioare ale serei, determinarea maximelor de presiune și de viteză ale


_______________________________________________________________________________________________


aerului cu evidenţierea turbulențelor provocate de seră, determinarea forțelor de împingere şi de

ridicare de la bază ale serei și a momentului de răsturnare a serei.

În continuare se prezintă detaliat rezultatele obţinute pentru modelul de seră cu unghiul de 110o

între pantele acoperişului, în teza de doctorat fiind prezentate explicit rezultatele pentru fiecare

dintre cele 5 variante constructive de sere studiate, ale căror dimensiuni sunt identice cu cele

prezentate în tabelul 6.1.

Analiza modelului de seră cu unghiul de 110o între pantele acoperişului. În figura 5.4 se

prezintă rezultatul curgerii frontale a curentului de aer faţă de modelul de seră studiat, maximele de

presiune ale vântului (culoarea roşie) manifestându-se pe suprafața frontală a serei; în timp ce pe

suprafețele laterale şi pe acoperiş există depresiuni (sucţiuni) sau uşoare apăsări.

v=10 m/s v=15 m/s

v=20 m/s v=25 m/s

v=27.5 m/s v=30 m/s

Fig.5.4. Rezultatele curgerii frontale a curentului de aer faţă de sera cu 1100


_______________________________________________________________________________________________


În figura 5.5 se prezintă rezultatul curgerii laterale a curentului de aer faţă de modelul de seră

analizat, maximele de presiune a vântului manifestându-se pe peretele vertical de pe suprafaţa

laterală a serei, în timp ce pe peretele vertical de pe suprafaţa frontală şi pe acoperiş se observă o

depresiune(culori albastre, verzi sau galbene).

v=10 m/s v=15 m/s

v=20 m/s v=25 m/s

v=27.5 m/s v=30 m/s

Fig.5.5. Rezultatele curgerii laterale a curentului de aer faţă de sera cu 1100

Vizualizarea în plan orizontal a curgerii vântului este prezentată în figura 5.6, în cazul acțiunii

frontale a vântului și, respectiv în figura 5.7, în cazul acțiunii laterale a vântului.

În ambele situaţii de curgere a aerului faţă de machetă se constată că în plan orizontal curentul de

aer produce apăsare pe peretele vertical frontal, respectiv lateral, în timp ce pe celălalt perete

vertical şi pe acoperiş se provoacă depresiune (eventual o uşoară apăsare pe marginile acoperişului,

reprezentată de culoarea gălbuie).


_______________________________________________________________________________________________


v=10 m/s v=15 m/s

v=20 m/s v=25 m/s

v=27.5 m/s v=30 m/s

Fig.5.6. Vizualizarea în plan orizontal a curgerii frontale a vântului la sera cu 1100

v=10 m/s v=15 m/s


_______________________________________________________________________________________________


v=20 m/s v=25 m/s

v=27.5 m/s v=30 m/s

Fig.5.7. Vizualizarea în plan orizontal a curgerii laterale a vântului la sera cu 1100

Ca urmare a acțiunii vântului, asupra suprafețelor exterioare ale serei se produc turbulențe, care

provoacă accelerări locale ale vîntului şi modificări în curgerea laminară.

Curgerea vântului în secțiunea mediană verticală a serei cu 1100 este prezentată în figura 5.8,

pentru cazul acțiunii frontale a vântului și, respectiv, în figura 5.9, pentru cazul acțiunii laterale a

vântului. În ambele situații, valorile vitezelor maxime sunt apropiate.

v=10 m/s v=15 m/s

v=20 m/s v=25 m/s


_______________________________________________________________________________________________


v=27,5 m/s v=30 m/s

Fig.5.8. Vizualizarea curgerii vântului în secțiunea mediană verticală a serei cu 1100, în cazul

acțiunii frontale a vântului

v=10 m/s v=15 m/s

v=20 m/s v=25 m/s

v=27,5 m/s v=30 m/s

Fig.5.9. Vizualizarea curgerii vântului în secțiunea mediană verticală a serei cu 1100, în cazul

acțiunii laterale a vântului


_______________________________________________________________________________________________


În. figura 5.10 se prezintă schema de acțiune a forțelor de împingere şi de ridicare, precum şi a

momentului de răsturnare exercitate de curentul de aer, în funcție de direcția de acţiune a acestuia.

a. direcție frontală b. direcție laterală

Fig.5.10. Schemele de acţiune ale forţelor şi momentelor exercitate de vânt asupra serei

În figura 5.11 se prezintă comparativ variația forței de împingere care acționează asupra serei,

pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și acţiune laterală. Forța de împingere tinde

să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de acțiune a vântului și are valori mai mari în cazul

acțiunii laterale a acestuia (în acest caz contribuie puţin şi panta acoperişului).

Fig.5.11. Variația forței de împingere a serei cu 1100la acţiunea frontală şi laterală a vântului

În figura 5.12 se prezintă comparativ variația forței de ridicare ce acționează asupra serei, pentru

cele două situații ale direcţiei vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Forța de ridicare

tinde să deplaseze sera în plan vertical, practic tinde să ridice sera de pe bază și are valori mai mari

în cazul acțiunii laterale a vântului.

Fig.5.12. Variația forței de ridicare a serei cu 1100la acţiunea frontală şi laterală a vântului


_______________________________________________________________________________________________


În figura 5.13 se prezintă comparativ variația momentului de răsturnare care acționează asupra

serei, pentru cele două direcţii ale vântului, direcţie frontală și, respectiv, laterală. Momentul de

răsturnare are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului.

Se constată că atât forţele de împingere şi de ridicare, cât şi momentul de răsturnare care se

manifestă asupra acestei forme de seră sunt mai mari (mai periculoase) când direcţia curentului de

aer este laterală faţă de aşezarea serei.

Fig.5.13. Variația momentului de răsturnare a serei cu 110

0la acţiunea frontală şi laterală a

vântului

.Analiza modelului de seră cu unghiul de 1200 între pantele acoperişului. În lucrarea de

doctorat se prezintă toate rezultatele vizualizărilor curgerii curentului de aer cu vitezele prestabilite

de 10, 15, 20, 25, 27,5 şi 30 m/s asupra pereţilor verticali frontal şi lateral şi acoperişului, la

acţiunea frontală şi laterală a acestuia, precum şi modul de manifestare a acţiunii vântului în plan

orizontal şi în secţiunea mediană verticală a acestui model, similar ca la modelul cu 1100 între

pantele acoperişului.

Schemele de acțiune ale forțelor de împingere şi de ridicare, precum şi a momentului de

răsturnare exercitate de curentul de aer, în funcție de direcția de acţiune a acestuia sunt similare cu

cele prezentate în figura 5.10, iar rezultatele se precizează în figurile 5.20, 5.21 şi 5.22.

Fig.5.20. Variația forței de împingere a serei cu 1200 la acţiunea frontală şi laterală a vântului

În figura 5.20 se prezintă comparativ variația forței de împingere care acționează asupra serei cu

unghiul de 1200 între pantele acoperişului, pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și,

respectiv, laterală. Forța de împingere tinde să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de


_______________________________________________________________________________________________


acțiune a vântului și are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului (în acest caz contribuie

uşor şi o parte din acoperiş).

Fig.5.21. Variația forței de ridicare a sereicu 1200 la acţiunea frontală şi laterală a vântului


cele două situații ale vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Forța de ridicare tinde să

deplaseze sera în plan vertical, practic tinde să ridice sera de pe bază și are valori mai mari în cazul

acțiunii laterale a vântului (se cumulează şi o uşoară participare a suprafeţei acoperişului).

Fig.5.22. Variația momentului de răsturnare a serei cu 1200la acţiunea frontală şi laterală a

vântului

În figura 5.22 se prezintă comparativ variația momentului care acționează asupra serei cu

unghiul de 1200 între pantele acoperişului, pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și,

respectiv, laterală. Momentul de răsturnare are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului,

la aceasta contribuind uşor şi o parte a acoperişului.

Analiza modelului de seră cu unghiul de 900 între pantele acoperişului. Caracteristic

acestui model de seră este acoperişul cu 4 pante identice, ceea ce conferă serei simetrie după mai

multe axe, astfel încât se vor analiza numai efectele curgerii frontale a curentului de aer faţă de

seră, efectele curgerii laterale fiind identice.

Schemele de acțiune a forțelor de împingere şi de ridicare, precum şi a momentului de răsturnare

exercitate de curentul de aer, în funcție de direcția de acţiune a acestuia sunt similare cu cele din

figura 5. 10, iar rezultatele se precizează în figurile 5.26, 5.27 şi 5.28.


_______________________________________________________________________________________________


Fig.5.26. Variația forței de împingere a sere icu 4 pante la acţiunea frontală (laterală) a vântului

În figura 5.26 se prezintă variația forței de împingere care acționează asupra serei și care tinde

să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de acțiune a vântului.

Fig.5.27. Variația forței de ridicare a serei cu 4 pante la acţiunea frontală (laterală) a vântului

În figura 5.27 se prezintă variația forței de ridicare ce acționează asupra serei. și care tinde să

deplaseze sera în plan vertical, practic tinde să ridice sera de pe bază.

Fig.5.28. Variația momentului de răsturnare a serei cu 4 pante la acţiunea frontală (laterală) a

vântului

În figura 5.28 se prezintă variația momentului care acționează asupra serei şi care tinde să o

răstoarne.


_______________________________________________________________________________________________


Analiza modelului de seră cu unghiul de 1150 între pantele acoperişului. În lucrarea de








cele din figura 5.10, iar rezultatele se precizează în figurile 5.35, 5.36 şi 5.37.

În figura 5.35 se prezintă comparativ variaţia forţei de împingere care acționează asupra serei cu

115o între pantele acoperişului, pentru cele două direcţii ale vântului, direcţie frontală și, respectiv,

laterală. Forța de împingere tinde să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de acțiune a

vântului și are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului (în acest caz, suprafața normală

pe direcția vântului este mai mare, o parte din acoperiş fiind împinsă uşor).

Fig.5.35. Variația forței de împingere a serei la acţiunea frontală şi laterală a vântului

În figura 5.36 se prezintă comparativ variația forței de ridicare ce acționează asupra serei,

pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Forța de ridicare tinde

să deplaseze sera în plan vertical, practic tinde să ridice sera de pe bază și are valori mai mari în

cazul acțiunii laterale a vântului.

Fig.5.36. Variația forței de ridicare a serei la acţiunea frontală şi laterală a vântului


_______________________________________________________________________________________________


În figura 5.37 se prezintă comparativ variația momentului care acționează asupra serei,

pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Momentul tinde să

răstoarne sera și are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului.

Fig.5.37. Variația momentului de răsturnare a serei la acţiunea frontală şi laterală a vântului

.Analiza modelului de seră cu unghiul de 100o între pantele acoperişului. În lucrarea de








cele din figura 5.10, iar rezultatele se precizează în figurile 5.44, 5.45 şi 5.46.

În figura 5.44 se prezintă comparativ variația forței de împingere care acționează asupra serei,

pentru cele două direcţii ale vântului, direcţie frontală și, respectiv, laterală. Forța de împingere

tinde să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de acțiune a vântului și are valori mai mari în

cazul acțiunii laterale a acestuia (în acest caz, la suprafața normală pe direcția vântului a peretelui

vertical trebuie adăugată şi o parte a acoperişului).

Fig.5.44. Variația forței de împingere a serei cu 1000 la acţiunea frontală şi laterală a vântului


_______________________________________________________________________________________________



cele două situații ale vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Forța de ridicare tinde să

deplaseze sera în plan vertical, practic să ridice sera de pe bază și are valori mai mari în cazul

acțiunii laterale a vântului.

Fig.5.45. Variația forței de ridicare a serei cu 1000la acţiunea frontală şi laterală a vântului

Figura 5.46 se prezintă comparativ variația momentului care acționează asupra serei, pentru

cele două direcţii ale vântului, frontală și, respectiv, laterală. Momentul de răsturnare are valori mai

mari în cazul acțiunii frontale a vântului.

Fig.5.46. Variația momentului de răsturnare a serei cu 1000 la acţiunea frontală şi laterală a

vântului

5.2 Analiza şi interpretarea rezultatelor simulării teoretice a acţiunii vântului

asupra unor modele de sere

.Analiza forţei de împingere exercitată de vânt asupra serelor. Cunoaşterea forţei de

împingere pe care vântul de o anumită intensitate o exercită asupra suprastructurii unei sere este

importantă pentru dimensionarea corectă atât a structurii de rezistenţă, cât şi suprafeţelor

materialelor transparente folosite la realizarea acesteia. În toate cazurile este necesară o structură

care să reziste la cele mai dificile condiţii de mediu, dar pentru o seră amplasată pe acoperişul unei

clădiri acest aspect nu este suficient.

Acoperişul tip seră trebuie să obtureze cât mai puţin lumina solară, astfel încât plantele cultivate

să dispună, din acest punct de vedere de condiţii cât mai apropiate de cele din spaţiile deschise.

Aceasta înseamnă folosirea unor materiale de construcţie cu caracteristici mecanice cât mai

ridicate,dar şi accesibile sub aspectul parametrului fiabilitate/preţ.


_______________________________________________________________________________________________


Fig. 5.47. Variaţia forţei de împingere exercitată asupra machetelor la acţiunea frontală a vântului

cu diferite viteze

Nu trebuie să se omită faptul că unui acoperiş tip seră i se solicită în toate cazurile să exercite

asupra plafonului clădirii o apăsare minimă. Dacă la serele de pe sol la care materialul transparent

este acrilul sau folia se acceptă o apăsare de circa 15 daN/m2, pentru sera de pe acoperiş această

apăsare trebuie redusă substanţial. Serele la care materialul transparent este sticla cu grosimea de

3…5 mm vor exercita o presiune mult mai mare asupra solului.

Rezultă că pentru satisfacerea simultană a acestor cerinţe este obligatorie , alături de cunoaşterea

forţei de împingere exercitată de vânt, folosirea unor profile metalice rezistente din materiale

uşoare, precum duraluminiul, dar şi înlocuirea sticlei grele şi periculoasă la spargere cu acril sau

folii din materiale plastice.

Din figura 5.47 se constată că la aceeaşi suprafaţă a bazei şi aceeaşi înălţime, cea mai

convenabilă sub aspectul forţei de împingere la acţiunea frontală a vântului este macheta cu

acoperişul cu patru pante simetrice, dispuse la 900. Având o construcţie simetrică, această variantă

este la fel de avantajoasă şi în cazul acţiunii laterale a curentului de aer. Pe de altă parte, din

reprezentarea grafică din figura 5.48 rezultă că cea mai dezavantajoasă sub aspectul forţei de

împingere la acţiunea laterală a vântului este varianta cu unghiul dintre pantele acoperişului de

1000.

Fig. 5.48. Variaţia forţei de împingere exercitată asupra machetelor la acţiunea laterală a vântului

cu diferite viteze

Dacă în cazul serelor amplasate pe sol orientarea recomandată este E-V din considerente de

captare a maximului de intensitate luminoasă provenită de la soare, la serele amplasate pe

acoperişuri arhitecţii urbanişti pot impune alte orientări, pentru care cunoaşterea direcţiei vântului


_______________________________________________________________________________________________


dominant şi a forţei de împingere exercitată de acesta pot contribui decisiv la alegerea şi realizarea

unei construcţii performante din toate punctele de vedere.

Analiza forţei de ridicare exercitată de vânt asupra serelor. În cazul spaţiilor protejate

amplasate pe sol manifestarea unei forţe de ridicare periculoase la acţiunea vânturilor obişnuite este

mai puţin probabilă la sere, dar poate să apară la solariile uşoare acoperite cu folie sau chiar şi la

sere în cazul unor tornade sau vânturi de tip uragan (foarte puţin probabile în România).

Cu totul altfel se pune problema în cazul serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor înalte, la

care pe o diferenţă de nivel de câteva zeci de metri se pot regăsi straturi de aer care se deplasează cu

viteze diferite şi care pot provoca fenomene extreme, inclusiv forţe importante de ridicare a

suprastructurilor serelor de pe temeliile lor. Cunoaşterea comportamentelor diferitelor forme şi

dimensiuni de sere la acţiunea de ridicare a lor de către curenţii de aer care se deplasează cu diferite

viteze se poate asigura prin simulare teoretică cu metoda elementelor finite.

În figura 5.49 se prezintă o sinteză a variaţiilor cu viteza a forţelor de ridicare exercitate de

curenţii de aer la deplasarea pe direcţie frontală faţă de cele 5 modele de sere studiate. Se constată

că modelul de seră cu acoperişul din 2 pante care formează un unghi de 110o are cea mai

dezavantajoasă expunere, în timp ce modelul cu acoperişul din 4 pante şi unghiul pantelor de 90o

are situaţia cea mai favorabilă, între cele două modele diferenţa fiind de circa 22 %.

Fig. 5.49. Variaţia forţei de ridicare exercitată asupra machetelor la acţiunea frontală a vântului

cu diferite viteze

În figura 5.50 se prezintă sinteza variaţiilor cu viteza a forţelor de ridicare exercitate de curenţii

de aer asupra celor 5 modele de sere la deplasarea pe direcţia laterală a acestora.

Fig. 5.50. Variaţia forţei de ridicare exercitată asupra machetelor la acţiunea laterală a vântului

cu diferite viteze


_______________________________________________________________________________________________


Şi în acest caz situaţia cea mai avantajoasă o are sera cu acoperişul din 4 pante şi unghiul

dintre acestea de 90o, la care forţa de ridicare este cu circa 125% mai mică decât forţa de ridicare ce

se exercită asupra serei cu acoperişul din 2 pante şi unghiul de 115o.

.Analiza momentului de răsturnare exercitat de vânt asupra serelor. Momentul de

răsturnare pe care vântul îl exercită asupra acoperişurilor clădirilor este deosebit de periculos prin

urmările pe care le poate provoca. Mansardările neprofesioniste ale unor blocuri vechi de locuinţe

s-au soldat cu smulgerea lor de pe fundaţii şi prăvălirea peste alte construcţii, autovehicule sau chiar

peste oameni, atunci când vânturile au avut intensităţi sau direcţii pe care improvizatorii nu le-au

prevăzut.

În figura 5.51 se prezintă variaţia cu viteza curentului de aer a momentelor de răsturnare care

se exercită asupra celor 5 modele de sere, în deplasării frontale a aerului faţă de sere.

Fig. 5.51. Variaţia momentului de răsturnare exercitat asupra machetelor la acţiunea frontală a

vântului

La acţiunea frontală a curentului de aer comportamentul celor 5 sere este practic asemănător,

respectiv momentul de răsturnare creşte de cinci ori, pentru creşterea vitezei aerului de la 10

m/s…30 m/s. Modelul de seră cu acoperişul din 4 pante simetrice, dispuse la 90o are o situaţie mai

bună decât celelalte modele, dar numai la vitezele cele mai mari ale vântului frontal (peste 26 m/s).

În figura 5.52 se prezintă comparativ variaţia momentului de răsturnare exercitat de curentul

de aer, care se deplasează din direcţie laterală faţă de cele 5 modele de sere, cu viteze de până la 30

m/s. În acest caz se observă o diferenţiere a comportamentelor serelor începând de la viteze ale

curentului de aer de 15 m/s, astfel că la vitezele maxime luate în studiu în această lucrare sera cu

acoperişul din 2 pante la 100o este expusă unui moment de răsturnare cu 33% mai mare decât sera

cu cu acoperişul din 4 pante simetrice, dispuse la 90o.

Fig. 5.52. Variaţia momentului de răsturnare exercitat asupra machetelor la acţiunea laterală a

vântului


_______________________________________________________________________________________________


Analiza influenţei vitezei şi direcţiei curentului de aer asupra structurii serelor în plan

orizontal şi vertical. Multiplele facilităţi pe care le oferă soft-ul ANSYS 15.0, care are la bază

metoda elementului finit, utilizat la simularea efectelor curenţilor de aer asupra unor modele de sere

în această lucrare, a permis vizualizarea şi compararea modului de curgere şi intensitatea

presiunilor/depresiunilor pe pe pereţii verticali frontali şi laterali, pe pantele acoperişurilor, dar şi

în planurile orizontale şi verticale mediane ale obiectelor supuse cercetărilor, pentru direcţiile

frontală şi laterală faţă de poziţia serelor, a curgerii curenţilor de aer cu diferite viteze.

La curgerea frontală a curentului de aer se constată că pe pereţii verticali frontali se manifestă

la toate modelele de sere şi la toate vitezele vântului (fig. 5.4, fig.5.14, fig. 5.23, fig.5.29 şi fig.

5.38) apăsări maxime (culoarea roşie), în timp ce pe pereţii verticali laterali se manifestă

depresiuni (sucţiuni).Trebuie remarcat faptul că apăsările de pe pereţii verticali frontali nu sunt

uniforme, adică sunt mai intense în zonele centrale ale acestora şi se diminuează până la limita cu

depresiunea către margini. O situaţie specială se observă în cazul curgerii frontale a aerului şi la

acoperişuri, unde apariţia unor pete uşor gălbui pe lângă albastru şi verde, arată că pe acestea se

manifestă cu precădere depresiuni, dar şi mici apăsări în anumite zone, în special pe pantele frontale

ale serei cu acoperişul din 4 pante simetrice (fig.5.23).

La curgerea laterală a curentului de aer se constată că pe pereţii verticali laterali se manifestă la

toate modelele de sere şi la toate vitezele vântului (fig.5.5, fig. 5. 15, fig. 5.23, fig. 5. 30 şi fig. 5.

39) apăsări maxime (culoarea roşie), în timp ce pe pereţii verticali frontali se manifestă depresiuni

(sucţiuni). Apăsările de pe pereţii verticali laterali sunt mai intense în zonele centrale şi mai slabe

către marginile pereţilor respectivi. În schimb supafeţele de acoperişuri afectate de presiuni uşoare

sunt mai vizibile comparativ cu situaţia direcţiei frontale a curentului de aer, deşi depresiunile sunt

fenomenele predominante asupra pantelor respective şi în acest caz.

Vizualizarea în plan orizontal a efectelor curgerii curentului de aer pe direcţia frontală faţă de

modelele de sere (fig. 5. 6, fig. 5.16, fig. 5. 24, fig. 5. 31 şi fig. 5.40) evidenţiază apăsările de pe

pereţii verticali frontali cu presiuni care scad spre marginile domeniului şi existenţa fenomenelor

de sucţiune pe ceilalţi pereţi verticali şi pe pantele acoperişurilor, confirmându-se concluziile

anterioare referitoare la solicitările pe care curenţii de aer le provoacă pe suprastructurile serelor.

La analiza efectelor în plan orizontal ale curgerii curentului de aer pe direcţia laterală faţă de

modelele de sere studiate (fig. 5.7, fig. 5.17, fig. 5.24, 5.32 şi fig.5.41) se constată că pe pereţii

verticali laterali se exercită presiuni care se reduc spre margini, iar pe pereţii verticali frontali se

manifestă numai depresiuni. Pe pantele acoperişurilor predomină fenomenele de sucţiune cu

intensităţi diferite, în funcţie de numărul şi înclinarea pantelor.

Interesante sunt şi vizualizările efectelor în plan median vertical ale curgerii aerului cu diferite

viteze pe direcţia frontală (fig. 5.8, fig. 5. 18, fig. 5. 25, fig. 5. 33 şi fig.5.42) faţă de poziţiile de

referinţă ale modelelor de sere. Se evidenţiază existenţa unui curent de aer cu o presiune

importantă mai sus de coama acoperişului, ceea ce înseamnă că prin forma acoperişului se poate

controla fenomenul curgerii aerului peste acoperiş.

O situaţie demnă de analizat se observă în planul median vertical al modelelor specificate şi în

cazul curgerii laterale a curentului de aer ( fig. 5.9. fig. 5. 19, fig. 5. 25, fig. 5.34 şi fig. 5.43),

constatându-se existenţa unei apăsări pe panta expusă a acoperişului, dar şi manifestarea unei

tulburenţe în curentul de aer care părăseşte acoperişul, cu direcţia imprimată de unghiul pantei.

5.3. Cercetări teoretice privind adaptarea unui dom geodezic la cerinţele unei

sere amplasate pe acoperişurile clădirilor

În capitolul 3.1.3.s-a făcut referire la o formă de seră mai puţin obişnuită (fig. 2.14), realizată de

firma Globe Hedron [103], pentru a fi amplasată pe acoperişul unei clădiri. Forma acelei sere este

asemănătoare cu cea a unor domuri geodezice construite în zonele montane greu accesibile din

România, ca refugii pentru turiştii surprinşi de manifestările mai dure ale naturii sau ca puncte de


_______________________________________________________________________________________________


sprijin pentru cercetătorii zonelor montane. De calculul şi proiectarea unui asemenea dom geodezic

s-a preocupat şi un colectiv complex şi numeros de cercetători, inclusiv de la Universitatea

Transilvania din Braşov[40], ideile acestora putând fi dezvoltate şi adaptate în această lucrare în

scopul proiectării unui model de seră amplasabil pe acoperişul unei clădiri din mediul urban.

La baza structurii serei de tip dom geodezic se poate afla un poliedru regulat convex, care, din

raţiuni structurale ar putea fi un icosaedru, adică un poliedru cu 20 de feţe (care sunt triunghiuri

echilaterale), 30 de muchii şi 12 vârfuri (fig.5.53).

Fig. 5.53. Structura generală a unui icosaedru regulat [40]

Vârfurile icosaedrului se află pe o sferă. Pentru o mai bună aproximare a sferei, muchiile (laturile

triunghiurilor) se divizează în 2 sau 3 părţi egale, iar punctele de divizare se proiectează pe sfera

care încadrează icosaedrul. Prin unirea noilor puncte se obţin 4 triunghiuri în locul unuia singur,

dacă latura se divizează în 2 părţi egale (sau V2), sau 9 triunghiuri în locul unuia singur, în cazul

divizării laturii în 3 părţi egale (sau V3). În figura 5.54 sunt prezentate exemple de divizare a

laturilor şi implicit a triunghiurilor. Procesul de divizare mai este numit şi triangulaţie. Numărul

segmentelor în care se divide fiecare latură a poligonului de bază în procesul de triangulaţie se mai

numeşte şi frecvenţă. Structura geodezică de frecvenţa 1 este poliedrul de bază [40].

a b c

Fig.5.54. Exemple de triangulaţii: a - triunghiul iniţial (frecvenţa 1); b - triangulaţie de

frecvenţa 2 (V2); c - triangulaţie de frecvenţa 3 (V3) [40]

Prin trunchierea corpului obţinut se obţine o cupolă geodezică sau dom geodezic. De exemplu, în

figura 5.55 este prezentat un dom geodezic de tip V3 (frecvenţa 3), trunchiat 5/8 (s-a păstrat 5/8

dintr-o sferă).

Fig. 5.55. Dom geodezic V3, 5/8[40] Fig. 5.56. Model de referinţă pentru structura

serei V3 [40]


_______________________________________________________________________________________________


Alte triangulaţii (V4, V5, V6...) se obţin prin divizarea repetată a laturilor noilor triunghiuri

obţinute.

Sera trebuie echipată cu uşă de acces şi ferestre de ventilare care nu vor afecta decât în mică

măsură forma de ansamblu a structurii (fig. 5.56).

Structura serei este formată din module de tip hexagon şi pentagon. Vârfurile hexagoanelor şi

pentagoanelor sunt aşezate pe o suprafaţă sferică. Fiecare modul hexagon şi pentagon este format

din 6, respectiv 5 triunghiuri, toate având vârfurile pe aceeaşi suprafaţă sferică.

Pentru fabricarea şi montajul sigur al componentelor, laturile triunghiurilor (toate sunt

triunghiuri isoscele) se notează cu M sau T (mamă/tată), în funcţie de secţiunea lor, în ordinea BSD

( B- bază; S-latura stângă; D- latura dreaptă). Exemplu: MTM înseamnă triunghi cu baza tip M,

latura din stânga tip T şi latura din dreapta tip M. Partea stângă şi partea dreaptă se determină

privind dinspre exteriorul structurii (exteriorul serei). În cazul unui dom geodezic materialul folosit

ar putea fi lemnul, când noţiunile de mamă, tată, bază, stânga sau dreapta sunt necesare, deoarece

între ele există uşoare deosebiri. Pentru o seră amplasată pe acoperişul unei clădiri lemnul nu se

poate accepta ca material principal de construcţie, din motive de rezistenţă la solicitările mecanice,

deoarece profilele trebuie să fie de dimensiuni minime pentru a permite luminii să ajungă la plante

cu restricţii minore[16].

Pentru structura formată din module tip pentagon, unghiurile la vârf sunt de 54,6o (între bază şi

celelalte două laturi) şi respectiv 70,7o (între laturile egale). Diferenţa de 0,1

o faţă de totalul

unghiurilor triunghiului apare la a doua zecimală.

Pentru structura formată din module tip hexagon, unghiurile la vârf sunt de 60,7o

(între bază şi

celelalte două laturi) şi respectiv 58,6o (între laturile egale).

Fig.5. 57. Asamblarea triunghiurilor la o seră tip dom geodezic [40]

Asamblarea triunghiurilor se poate realiza ca în figura 5.57, prin şuruburi sau folosind coliere cu

secţiunea corespunzătoare. Se pot face specificaţii referitoare la înălţimea şi diametrul serei, poziţia

uşii şi ferestrelor de ventilare etc. [40].

În acest caz se recomandă ca modelul de bază să fie o structură modelată în GstarCAD, utilizată

la proiectarea construcţiilor de tip geodom. Modelul poate fi exportat în format ACIS pentru a putea

fi preluat în programul Creo Parametric, care include un modul de analiză prin metoda elementului

finit. Modelul poate fi realizat şi direct în Creo. [27].

Pentru viteza vântului de 32 m/s se obţin valorile ale deplasărilor de maximum 0,18 mm. [40].

Se constată că, cel puţin teoretic, sera cu structura de tip dom geodezic, la aceste dimensiuni, nu

este afectată de vitezele mari ale vântului.


_______________________________________________________________________________________________


6. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND SOLICITĂRILE

STRUCTURILOR DE REZISTENŢĂ ALE SERELOR AMPLASATE PE

ACOPERIŞURILE CLĂDIRILOR

6.1. Obiectivele cercetărilor experimentale

Cercetarea experimentală reprezintă unul din modurile principale de abordare a problemelor de

investigare ştiinţifică fundamentală sau aplicativă. În general, în cercetarea ştiinţifică trebuie să

existe o unitate indisolubilă între studiile teoretice si cercetarea experimentală, prin aceasta

soluţionându-se problemele ştiinţifice pe căile cele mai scurte si mai puţin costisitoare.

Studiile teoretice permit stabilirea interdependenţei dintre diferiţi parametri ai proceselor tehnice,

a legilor care stau la baza fenomenelor, utilizând aparatul matematic şi realizările din domeniul

ştiinţelor fundamentale (fizica, chimia, biologia etc.).

Cercetările experimentale urmăresc, pe de o parte verificarea adevărului ipotezelor şi teoriilor

care au stat la baza studiilor referitoare la procesele cercetate, iar pe de altă parte, permit

investigarea unor fenomene pentru care nu se pot obţine rezultate cu aplicabilitate practică pe cale

teoretică, datorită complexităţii acestora sau necunoaşterii în suficientă măsură a legilor care

determină evoluţia fenomenului cercetat.

Toate cercetările experimentale presupun măsurarea unor mărimi fizice, mecanice sau de altă

natură, în regim static sau dinamic, folosind aparatură şi mijloace de măsurare adecvate, prelucrarea

datelor obţinute şi în final, stabilirea concluziilor pe baza cărora se poate trece la valorificarea

rezultatelor.

Obiectivul principal al cercetărilor experimentale din această lucrare a constat în măsurarea în

tunelul aerodinamic a presiunilor/depresiunilor şi forţelor de împingere care se exercită pe

suprafeţele frontale, laterale şi pe acoperişurile unor machete de sere amplasabile pe

acoperişurile clădirilor, la acţiunea frontală şi laterală a vântului, care suflă cu viteze diferite.

În vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercetări a fost necesară parcurgerea

secvenţială şi rezolvarea mai multor obiective subsidiare, precum:

• stabilirea corectă a numărului de machete de sere şi a formelor acestora, în concordanţă cu

cerinţele constructive impuse acestora de factorii de mediu ai plantelor, încadrarea în legislaţia

urbanistică, parametrii climaterici specifici zonei geografice etc.;

realizarea practică a cinci machete de sere, la care suprafeţele bazelor şi înălţimile sunt

egale, dar care se deosebesc prin numărul de pante ale acoperişurilor şi prin unghiurile de înclinare

ale acestora şi adaptarea lor la cerinţele studiului în tunelul aerodinamic utilizat;

•stabilirea unei metodici riguroase de cercetare experimentală în vederea studiului presiunilor şi

a forţelor de apăsare exercitate de vânt asupra machetelor, conform specificaţiilor din [146] ( Codul

de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra Construcţiilor INDICATIV CR 1-1-

4/2012), care să confere garanţia că rezultatele obţinute prin cercetare sunt corecte;

•determinarea presiunilor/depresiunilor exercitate de vântul care suflă cu viteze diferite pe

direcţiile frontale şi laterale ale machetelor, asupra pereţilor verticali frontali şi laterali, dar şi asupra

acoperişurilor înclinate cu unghiuri diferite;

•determinarea forţelor de apăsare exercitate de vântul care suflă cu viteze diferite pe direcţiile

frontale şi laterale ale celor cinci machete,

•calculul coeficienţilor globali de rezistenţă aerodinamică ai modelelor de sere cercetate şi

compararea lor cu cei prevăzuţi în CR 1-1-4/2012;

•prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale şi compararea lor cu

cele obţinute la cercetările teoretice.


_______________________________________________________________________________________________


În scopul efectuării cu succes a cercetărilor experimentale au fost desfăşurate o serie de activităţi

preliminare care au vizat, în special, cunoaşterea performanţelor şi a modului de lucru cu tunelul

aerodinamic utilizat la aceste cercetări.

6.2. Obiectele cercetărilor experimentale

Obiectele cercetărilor experimentale sunt reprezentate de cinci machete de sere (fig. 6.1),

realizate din material plastic cu grosimea de 2,5 mm. Pentru a se putea compara rezultatele

cercetărilor experimentale, între ele, dar şi cu cele ale cercetărilor teoretice, s-a stabilit ca

suprafeţele bazelor şi înălţimile tuturor machetelor să fie identice, deosebirile dintre ele constând în

numărul de pante ale acoperişurilor, unghiurile de înclinare ale acestora şi volumele utile.

Fig. 6.1. Cele 5 machete de sere realizate pentru cercetările experimentale

Machetele cu numerele 1, 2, şi 3 au acoperişurile alcătuite din câte două pante (conforme cu

figura 4.5 din CR 1-1-4/2012); macheta nr.4 are acoperişul format din patru pante (conformă cu

figura 4.9 din CR 1-1-4/2012 ), care formează o coamă, iar macheta nr. 5 are acoperişul format din

patru pante identice, care formează un vârf. Pentru a se conferi machetelor suficientă rigiditate la

acţiunea vântului, panourile din material plastic au fost fixate cu şuruburi pe profile modelate din

tablă cu grosimea de 1,5 mm.

Deoarece tunelul aerodinamic este prevăzut cu 16 tuburi cu diametrele exterioare de 3 mm,

utilizate pentru măsurarea presiunii exercitată de vânt, în pereţii verticali frontali şi laterali, precum

şi pe pantele acoperişurilor au fost practicate, în poziţii considerate reprezentative, mai multe

orificii cu diametrele de 3 mm. Orificiile care nu au fost utilizate la măsurarea presiunilor au fost

acoperite cu bandă adezivă. La măsurarea forţelor de împingere exercitate de vânt asupra

machetelor toate orificiile au fost acoperite.

De asemenea, la toate machetele s-a executat în placa de bază câte un orificiu cu diametrul de 30

mm prin care s-au introdus în interiorul machetelor şi s-au fixat în orificiile practicate în pereţi şi

acoperişuri tuburile pentru măsurarea presiunii/depresiunii vântului. Orificiul din plăcile de bază (v.

fig. 6.2…6.6) a servit şi la fixarea cu ajutorul unor cleme adecvate, a machetelor în tunelul

aerodinamic.


_______________________________________________________________________________________________


Tabelul 6.1

Caracteristicile geometrice ale machetelor de sere utilizate la cercetările experimentale

Model

nr. α1

0 α2

0

Ab,

cm2

H,

cm

V,

cm3

Afv

cm2

Afac

cm2

Alv,

cm2

Alac,

cm2

At

cm2

1. 110 - 400 20 6600 330 - 260 240 1660

2. 120 - 400 20 7000 350 - 300 220 1740

3. 90 - 400 20 6000 300 - 200 280 1560

4. 115 120 400 20 5600 250 80 250 180 1520

5. 100 100 400 20 5200 250 120 250 120 1480

Caracteristicile geometrice ale machetelor folosite la cercetările experimentale sunt precizate în

tabelul 6.1., în care notaţiile au următoarele semnificaţii (a se vedea şi figurile 6.3…6.7): α1-

unghiul format de pantele principale ale acoperişului; α2 - unghiul format de pantele secundare ale

acoperişului; Ab-aria bazei, egală la toate machetele; H –înălţimea machetei, egală la toate

modelele; V volumul interior al machetei; Afv aria peretelui frontal vertical; Afac aria suprafeţei

acoperişului frontal; Alv – aria peretelui vertical lateral; Alac.-aria suprafeţei acoperişului lateral; At –

suprafaţa totală a pereţilor şi acoperişului.

Trebuie precizat că formele celor 5 machete de sere nu s-au ales întâmplător, ele fiind

rezultatul analizei celor mai multe dintre formele de sere care se utilizează în prezent pe sol sau

pe acoperişurile clădirilor. Asemenea forme satisfac nu numai cerinţele de mediu pentru un

mare număr de plante, dar corespund şi sub aspect economic, în sensul utilizării unor materiale

şi echipamente accesibile din punct de vedere al raportului fiabilitate/preţ, fiind verificate de

practică. În mod detaliat caracteristicile geometrice ale celor cinci machete se prezintă în figurile

6.2…6.6, în care cu a se notează schiţa, iar cu b – fotografia fiecărei machete, denumite şi modele.

6.3. Metodica cercetării experimentale

În vederea atingerii obiectivului principal şi obiectivelor subsidiare ale cercetărilor

experimentale s-a conceput şi s-a urmărit metodica generală prezentată în figura 6.7.

Aspectul principal care s-a avut în vedere la proiectarea metodicii (programului) cercetărilor

experimentale a fost acela de a se respecta elementele principale prevăzute în Codul de

Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului asupra Construcţiilor INDICATIV CR 1-1-4/2012. Din

analizele efectuate în Capitolul 3 asupra construcţiilor de sere clasice (pe sol) şi a tendinţelor

referitoare la cele amplasate pe acoperişurile clădirilor se constată că se preferă formele care să

asigure la cel mai înalt nivel cerinţele plantelor faţă de factorii de mediu, să fie rezistente la

acţiunea vântului şi a altor intemperii etc., iar cele de pe acoperişuri să satisfacă şi cerinţele de

arhitectură urbanistică.

Din aceste considerente machetele de sere au acoperişurile cu două sau patru pante, iar

coeficienţii de rezistenţă aerodinamică din Codul specificat au în vedere direcţiile frontale şi laterale

din care suflă vântul. În felul acesta rezultatele cercetărilor experimentale pe aceste machete se pot

compara cu cele specificate în normele respective. Pe de altă parte, viteza maximă care poate fi

imprimată curentului de aer în tunelul aerodinamic disponibil pentru cercetările experimentale este

de 30 m/s, satisfăcătoare pentru condiţiile climatice din România, dar insuficientă pentru condiţiile

din alte ţări (ex. SUA sau alte zone expuse unor taifunuri).

Deşi nu se precizează explicit în metodica de cercetare din figura 6.7, au fost necesare mai multe

repetări ale cercetărilor până au fost eliminate micile disfuncţiuni şi s-au însuşit toate elementele

cerute de normele din construcţii referitoare la aceste cercetări.


_______________________________________________________________________________________________


a

b

Fig. 6.2.Caractericticile geometrice ale modelui nr. 1


_______________________________________________________________________________________________


Fig. 6.7. Metodica generală a cercetărilor experimentale

Studierea caracteristicilor constructive şi funcţionale ale

tunelului aerodinamic HM170 Educational Wind Tunnel.

G.U.N.T. Gerätebau GmBH. Barsbüttel, Germany.

Stabilirea formelor, dimensiunilor, proiectarea şi

executarea machetelor de sere care se vor cerceta

Alegerea parametrilor tehnici care se vor măsura şi

executarea dispozitivelor suplimentare necesare

Presiunile/depresiunile pe

pereţii laterali şi pe

acoperişurile machetelor

Stabilirea direcţiilor de acţiune a vântului faţă de machete

Frontală

Prelucrarea, analiza şi interpretarea datelor rezultate în

urma cercetărilor experimentale

Concluzii privind cercetările experimentale

Stabilirea vitezelor curentului de aer, în concordanţă cu

situaţiile reale şi performanţele tunelului aerodinamic:10

m/s; 15 m/s; 20 m/s; 25 m/s; 27,5 m/s; 30 m/s.

Desfăşurarea cercetărilor experimentale, măsurarea şi

înregistrarea datelor

Forţa de împingere a

vântului

Laterală

Studierea specificaţiilor din Codul de Proiectare Evaluare

a Acţiunii Vântului asupra Construcţiilor INDICATIV

CR 1-1-4/2012,în vederea respectării normelor de

cercetări experimentale


_______________________________________________________________________________________________


6.4. Echipamentele şi aparatura folosite la cercetarea experimentală

Principalul echipament utilizat la cercetările experimentale a fost tunelul aerodinamic

HM170 Educational Wind Tunnel. G.U.N.T. Gerätebau GmBH. Barsbüttel, Germany [91],

aflat în Laboratorul pentru Studierea Energiei Eoliene din cadrul Departamentului.de Design de

Produs, Mecatronică şi Mediu de la Universitatea Transilvania din Braşov, a cărui vedere generală

se prezintă în figura 6.8.

Fig. 6.8. Tunelul aerodinamic HM170 Educational Wind Tunnel. G.U.N.T. Gerätebau GmBH.

Barsbüttel, Germany [127], [91]

Acesta este un tunel subsonic (viteza aerului ajunge până la 0,1 Mach), cu circuit deschis (aerul

este preluat din exterior şi expulzat tot în exterior, cu viteză mărită). Elementele constructive ale

tunelului sunt specificate în figura 6.9. Zona de măsurare are secţiunea de 287x287 mm şi lungimea

de 365 mm, este confecţionată din plexiglas transparent, iar suprastructura se deplasează

longitudinal pentru introducerea şi scoaterea obiectelor supuse cercetărilor experimentale..

Fig.6.9. Structura tunelului aerodinamic [91]


_______________________________________________________________________________________________


Modelul experimental 1 este fixat în secţiunea de măsurări 2. Aerul este absorbit în tunel prin

pâlnia de alimentare 5, iar curgerea laminară este asigurată prin secţiunea 4 (eventualele

componente transversale ale circulaţiei aerului sunt reduse la zero). Curgerea laminară a aerului este

accelerată de aproximativ 3,3 ori în secţiunea 3, iar în zona 6 a tunelului se realizează decelerarea

vitezei aerului, care este exhaustat în exterior prin ventilatorul 7 [91].

Echipamentul pentru măsurarea forţelor constă din traductorul de forţă 8, care este solidar

cu modelul experimental 1 (fig.6.10). Prin acest traductor, în interiorul tunelului se pot realiza

măsurări (după două direcţii–împingere şi portanţă) referitoare la forţe, viteze, presiuni, coeficientul

aerodinamic de împingere (drag) şi de portanţă (lift). Valorile măsurate pentru forţe se pot vizualiza

pe ecranul amplificatorului 9 ( fig.6.10).

Fig. 6.10. Sistemul de măsurare[91] Fig. 6.11. Tubul manometric [91] Fig. 6.12. Panoul de comandă [91]

Viteza aerului în secţiunea de măsurări 2 se poate citi la tubul manometric înclinat 10 (fig.6.11).

Panoul de comandă 11 (fig.6.12) conţine un comutator principal ON/OFF de alimentare cu energie

electrică, un buton de oprire de urgenţă, un buton de reglare a vitezei aerului (convertor în

frecvenţă) şi un comutator ON/OFF al ventilatorului.

Şina 12 permite translatarea peretelui lateral al secţiunii de măsurări şi accesul la interiorul

secţiunii. Sistemul este amplasat pe batiul 13 prevăzut cu role.

Măsurarea presiunilor se realizează cu manometrul multitub (fig. 6.13) ataşat tunelului.

Fig. 6.13 Vedere a manometrului multitub pentru măsurarea presiunilor [93]


_______________________________________________________________________________________________


Manometrul multitub (fig.6.14) [93] conţine 16 tuburi Prandtl de tip manometru cu scală gradată

2, montate pe un panou rabatabil 1. Fiecare tub manometric este prevăzut, în partea superioară, cu o

duză de conexiune 3. Alimentarea cu apă se realizează prin intermediul rezervorului 4, conectat la

tubul de legătură 5. Prin construcţie, manometrul multitub oferă posibilitatea de măsurare a

presiunilor absolute sau relative ale aerului, a presiunilor statice sau dinamice ale aerului aflat în

curgere. Panoul se poate orienta în 3 poziţii de înclinare prin intermediul pârghiei 6, oferind astfel

posibilitatea de măsurare a presiunilor foarte mici. Înclinarea panoului se poate citi pe indicatorul 7:

1:2 (63,4o), 1:5 (78,7

o), 1:10 (84,3

o). Fixarea pe direcţie verticală a panoului se realizează prin

intermediul şuruburilor 8, ţinând seama de indicatorul 10. Fixarea panoului pe standul 11 se

realizează prin şuruburile de strângere 9.

Fig. 6.14 Structura manometrului multitub pentru măsurarea presiunilor [92]

Pentru alimentarea cu apă, rezervorul se fixează la mijlocul tuburilor manometrice şi se

alimentează cu apă până la jumătatea înălţimii rezervorului (fig.6.15).

Fig.6.15. Alimentarea cu apă [93] Fig.6.16. Nivelul apei [93] Fig.6.17. Reglarea înclinării [93]

La alimentarea cu apă, duzele superioare ale tuburilor manometrice sunt neconectate şi, conform

principiului vaselor comunicante, nivelul apei este acelaşi în rezervor şi în toate tuburile (fig.6.16),

ţinând seama de presiunea atmosferică.

Pentru acurateţea măsurătorilor se poate regla înclinarea panoului (fig.6.17) la 1:2 (63,4o), 1:5

(78,7o), 1:10 (84,3

o), prin acţionarea pârghiei 6 (v. fig. 6.14) şi citirea indicatorului 7.

Anemometrul termic (fig. 6.18) face parte din aparatura necesară utilizării tunelului

aerodinamic, cu ajutorul său reglându-se şi verificându-se viteza curentului de aer în timpul

desfăşurării cercetărilor experimentale[47].


_______________________________________________________________________________________________


Fig.6.18. Anemometrul termic ataşat tunelului aerodinamic [47]

Anemometrul termic are următoarea structură şi facilităţi: 1 – senzor de tip marcă tensometrică;

2 – buton on; 3 – buton off; 4 – buton de luminare a ecranului; 5 – buton de calcul a valorii medii

măsurate; 6 – setare a unităţii de măsură; 7 – buton de calibrare; 8 – buton de memorare; 9 – buton

de ştergere a valorii memorate; 10 – buton de afişare a valorii minime, maxime, medii măsurate de

la activarea butonului “on”; 11 – buton de afişare a temperaturii măsurate; 12 – buton de afişare a

vitezei vântului măsurate; 13 – buton derulare jos; 14 – buton derulare sus; 15 – afişare valoare

temperatură măsurată; 16 – afişare viteză a vântului măsurată.

6.5. Desfăşurarea cercetărilor experimentale

Cercetările experimentale s-au desfăşurat în Laboratorul pentru studierea energiei vântului din

cadrul Departamentului.de Design de Produs, Mecatronică şi Mediu de la Universitatea

Transilvania din Braşov, ultimele probe făcându-se în data de 19. 03. 2016.

Pregătirile pentru efectuarea cercetărilor experimentale au vizat verificarea stării tehnice a

machetelor şi dispozitivelor adiacente acestora, funcţionarea la parametrii nominali a tunelului

aerodinamic, anemometrului şi a celorlalte echipamente aflate în dotarea acestuia şi necesare

acestor cercetări.

Măsurarea presiunii exercitată de vânt asupra machetelor. Pentru măsurarea presiunilor

se realizează sistemul de testare conform schemei din figura 6.19, ţinând seama de următoarele

aspecte:

Fig.6.19. Sistemul de măsurare a presiunilor[93]

duzele superioare ale tuburilor manometrice sunt conectate prin intermediul furtunurilor

flexibile 1 la duzele cilindrului 2;


_______________________________________________________________________________________________


duza rezervorului 3 este conectată printr-un furtun flexibil la secţiunea de măsurare 4,pentru

măsurarea presiunii statice (măsurarea presiunii statice se poate realiza şi fără această conexiune,

prin intermediul manometrului înclinat 10 al tunelului aerodinamic ( v. fig.6.17);

se înclină manometrul multitub pentru a asigura un domeniu de măsurare de ±500 Pa (în

cazul înclinării, valoarea citită trebuie împărţită la factorul de înclinare);

se aliniază rezervorul 3 la poziţia 0 prin deplasarea pe verticală;

pe panoul de comandă 11 (v. fig. 6.9) al tunelului aerodinamic, butonul 2 de alimentare cu

energie electrică este poziţionat pe ON (fig.6.20);

Fig.6.20. Panoul de comandă al tunelului aerodinamic [93]

comutatorul ventilatorului 3 este poziţionat pe ON (fig.6.20);

utilizând butonul de reglare a vitezei aerului 4, se reglează viteza aerului în interiorul

tunelului vt (reglarea valorilor se realizează prin citirea acestora la manometrul înclinat 10

(fig.6.14);

în caz de urgenţă se poate utiliza butonul 1 de oprire automată a sistemului (fig.6.20);

pentru fiecare valoare reglată a vitezei aerului în interiorul tunelului se citesc valorile

presiunilor pe manometrul multitub.

Deoarece echipamentul de testare dispune numai de 16 tuburi pentru măsurarea presiunii a fost

necesară o repartizare judicioasă a acestora pe suprafeţele expuse acţiunii vântului. La modelele nr.

1, 2 şi 3 s-au montat câte 5 tuburi pe peretele vertical frontal, pe un perete vertical lateral şi pe o

pantă a acoperişului. La machetele nr. 4 şi 5 au fost urmărite presiunile de pe patru suprafeţe, adică

de pe doi pereţi verticali şi de pe două pante de acoperiş. Celelalte orificii de pe pereţii şi acoperişul

machetelor au fost obturate cu bandă adezivă. De asemenea s-a considerat că pe peretele lateral

vertical şi pe panta acoperişului din partea opusă, acţiunea curentului de aer este simetrică.

Fig. 6.21. Pregătirea machetei nr. 1 pentru măsurarea presiunilor exercitate de vânt


_______________________________________________________________________________________________


Pentru fixarea capetelor tuburilor la orificiile stabilite ca reprezentative prin poziţiile lor pentru

măsurarea presiunilor, s-a demontat suprastructura machetelor de pe plăcile de bază, s-au introdus

tuburile prin orificiul cu diametrul de 30 mm din mijlocul acestora şi s-au fixat etanş pe pereţii şi

acoperişul fiecărei machete. Suprastructura machetei a fost fixată pe placa de bază, iar întregul

ansamblu a fost fixat cu trei cleme metalice pe podeaua tunelului. Marginile machetelor au fost apoi

etanşate faţă de podeaua tunelului cu bandă adezivă.

În figura 6.21 se prezintă modelul nr. 1 pregătit pentru a fi introdus în tunelul aerodinamic pentru

măsurarea presiunii curentului de aer pe pereţii şi acoperişul său.

Fig. 6.22. Introducerea machetei nr. 1 în tunelul aerodinamic pentru măsurarea presiunilor

exercitate de vânt

Fig. 6.23. Macheta nr. 1 fixată în tunelul aerodinamic pentru măsurarea presiunilor la acţiunea

laterală a vântului

În figura 6.22 macheta a fost aşezată pe podeaua zonei de măsurare a tunelului, iar în figura 6.23

se prezintă momentul reglării unei valori a vitezei vântului prin folosirea sondei anemometrului.

Trebuie precizat că fiecare machetă a fost montată în tunelul aerodinamic în două poziţii faţă de

direcţia curentului de aer, respectiv într-o poziţie frontală şi în alta laterală, aşa cum se specifică şi

în Codul de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului asupra Construcţiilor INDICATIV CR 1-1-

4/2012.

Măsurarea forţei de împingere exercitată de vânt asupra machetelor. Pentru măsurarea

forţei de împingere exercitată de vânt asupra machetelor se utilizează tunelul aerodinamic din figura

6.8 ţinând seama de următoarele aspecte:


_______________________________________________________________________________________________


pe panoul de comandă 11 (fig.6.12) butonul 2 de alimentare cu energie electrică este poziţionat

pe ON (fig.6.20);

comutatorul ventilatorului 3 este poziţionat pe ON (. fig.6.20);

utilizând butonul de reglare a vitezei aerului 4, se reglează viteza aerului în interiorul tunelului

vt (reglarea valorilor se realizează prin citirea acestora la manometrul înclinat 10 (fig.6.14); în caz

de urgenţă se poate utiliza butonul 1 de oprire automată a sistemului v. fig.6.21);

pentru fiecare valoare reglată a vitezei aerului în interiorul tunelului se citesc valorile vitezei

aerului va în exteriorul tunelului, la distanţele 0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 m de acesta;

măsurarea vitezei se realizează cu anemometrul termic.

Adaptarea machetelor la măsurarea forţelor cu care sunt împinse de curentul de aer cu viteze de

10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s, 27,5 m/s şi 30 m/s a pornit de la forma şi dimensiunile traductorului

de forţă 8, pe care se solidarizează machetele pentru cercetarea experimentală 1 (fig.6.10).

O problemă importantă s-a referit la poziţionarea corectă a machetelor pe tija etalonată a

dispozitivului pentru măsurarea forţelor de împingere exercitate de vânt asupra acestora. În acest

scop s-a conceput şi realizat suportul din figura 6.24. Tija etalonată este furnizată de firma

producătoare a tunelului aerodinamic astfel că de dimensiunile ei a trebuit să se ţină seama la

proiectarea şi realizarea suportului.

Fig. 6.24. Construcţia suportului pentru tija etalonată folosită la măsurarea forţelor de

împingere

Suportul respectiv este alcătuit dintr-un tub din material plastic, cu diametrul exterior de 30 mm,

în interiorul căruia s-au introdus şi s-au fixat cu şuruburi două rondele din lemn. Prima dintre

acestea este montată la capătul tubului şi este profilată astfel încât să se aşeze corect faţă de laturile

acoperişurilor (pentru fiecare machetă s-a realizat suportul adecvat). Cu ajutorul unui şurub acţionat

din exterior rondela s-a poziţionat şi s-a fixat perpendicular pe placa de bază a machetei. A doua

rondelă , cu grosimea de 10 mm s-a fixat cu un şurub la înălţimea de 90 mm (aceeaşi pentru toate

suporturile), aspect esenţial pentru stabilirea valorilor forţelor de împingere ale vântului. Prin

centrul rondelei s-a practicat un orificiu cu diametrul de 4 mm, prin care trece tija etalonată a

sistemului de măsurare a forţelor de împingere. Fixarea acestor rondele faţă de tijă se face cu un

şurub adecvat.

La capătul inferior suportul este prevăzut cu o rondelă cu grosimea de 3 mm, care se presează pe

tub şi se fixează cu trei şuruburi pe placa de bază a fiecărei machete.


_______________________________________________________________________________________________


În figura 6.25se prezintă modul în care se montează tija etalonată în suportul descris anterior, iar

în figura 6.26 modul în care se montează ansamblul descris în fiecare machetă.

Fig. 6.25. Asamlarea suportului cu tija etalonată

Fig. 6.26. Asamblarea suportului tijei etalonate în una dintre machete, în vederea măsurării forţei

de împingere a curentului de aer

Pe rând au fost introduse în tunelul aerodinamic toate machetele şi supuse acţiunii curentului de

aer pe direcţiile frontală şi laterală, la vitezele specificate anterior.

6.6. Prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale

şi compararea cu rezultatele cercetărilor teoretice

Rezultatele măsurării presiunii exercitată de vânt pe suprastructura serelor. Conform

precizărilor din Capitolul 6.5, măsurarea presiunii s-a făcut pentru fiecare machetă (model) pentru

două direcţii de acţiune a curentului de aer (vântului), respectiv pe direcţia frontală şi pe cea

laterală (definite astfel conform Codului de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra

Construcţiilor INDICATIV CR 1-1-4/2012). În funcţie de numărul de pante ale acoperişului fiecărei

machete(două sau patru) cele 16 tuburi Prandtl au fost amplasate pe doi pereţi verticali şi pe una sau

pe două pante de acoperiş.[8]


_______________________________________________________________________________________________


Rezultatele măsurărilor de la fiecare tub se prezintă tabelar, pentru fiecare model de seră, direcţie

a vântului şi perete vertical sau pantă de acoperiş afectată de curentul de aer. Numerele orificiilor

din tabele corespund numerelor înscrise pe orificiile de pe pereţii şi acoperişurile machetelor.

Valoarea de referinţă a apei din tuburile manometrului multitub a fost de 21 mbarr, corespunzătoare

unei presiuni atmosferice normale. La trasarea graficelor de variaţie a presiunilor la acţiunea frontală,

respectiv laterală a curentului de aer din tunelul aerodinamic valoarea de referinţă precizată a devenit

originea abscisei, pe care s-au considerat, în mm col. H2O, presiunile şi depresiunile (sucţiunile)

specificate la fiecare model pentru pereţii verticali şi pentru pantele acoperişurilor.

Rezultatele măsurării presiunii exercitată de vânt pe suprastructura modelului nr. 1

Valoarea de referinţă: 21 mm col H2O Data: 19 03 2016

În cazul acestei machete s-au utilizat 15 din cele 16 tuburi ale manometrului multitub, lăsându-se

în rezervă un tub, care ar fi putut fi folosit în situaţia în care s-ar fi produs o disfuncţiune la unul

dintre tuburile activate. S-a considerat că trebuie să se surprindă manifestarea simultană a acţiunii

curentului de aer pe trei suprafeţe reprezentative, respectiv pe pereţii verticali din părţile frontală şi

laterală şi de pe una dintre cele două pante simetrice ale acoperişului, pe care s-au fixat câte 5 tuburi

Prandtl pentru măsurarea variaţiilor de presiune.

La alegerea poziţiei fiecărui tub s-a avut în vedere reprezentativitatea lui, adică acestea au fost dispuse

atât central, cât şi pe margini, motiv pentru care se constată mici variaţii ale presiunilor înregistrate pe

aceeaşi suprafaţă a machetei. În schimb, mediile celor 5 valori conduc la rezultate credibile.

Conform metodicii (programului) de cercetare experimentală precizat în figura 6.7, fiecare

model de seră a fost expus acţiunilor frontală şi laterală a curentului de aer la toate vitezele

prestabilite. În tabelele 6.2, 6.3 şi 6.4 sunt prezentate variaţiile de presiune pe cele trei suprafeţe

pentru cazul în care direcţia curentului de aer este frontală faţă de machetă (poziţiile frontală şi

laterală sunt preluate din Codul CR 1-1-4/2012).

Tabelul 6.2

Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe peretele frontal vertical la acţiunea frontală a

curentului de aer

Viteza

vânt/Orific. 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s

1 21,1 20,7 20,5 20,2 19,4 18,9

2 20,9 20,6 20,0 19,6 19,1 18,8

3 20,6 20,3 19,4 18,8 18,2 17,9

4 20,7 20,4 19,8 19,2 18,9 18,6

5 20,8 20,4 19,8 19,1 18,6 18,3

Media 20,8 20,5 19,9 19,4 19,0 18,7

Tabelul 6.3

Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe peretele lateral vertical la acţiunea frontală a

curentului de aer

Viteza


1 21,4 22,6 23,2 24,9 25,8 26,9

2 21,5 22,7 23,4 24,8 26,1 27,3

3 21,6 22,5 23,3 25,8 26,9 27,9

4 21,3 22,5 23,2 24,6 25,9 27,1

5 21,2 22,7 23,4 23,7 25,0 26,3

Media 21,4 22,6 23,3 24,7 26,0 27,2


_______________________________________________________________________________________________


Tabelul 6.4

Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe acoperişul lateral la acţiunea frontală a

curentului de aer

Viteza


1 21,5 21,9 22,6 23,6 24,5 25,3

2 21,6 21,8 22,8 23,5 24,0 24,5

3 21,3 21,7 22,9 23,3 23,8 24,2

4 21,2 21,5 22,6 23,3 23,8 24,3

5 21,4 21,4 22,3 23,3 23,7 24,1

Media 21,4 21,7 22,7 23,4 23,9 24,4

Fig.6. 27. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M1, la acţiunea frontală a

curentului de aer

Din tabelele 6.2, 6.3 şi 6.4, precum şi din reprezentarea grafică a lor în figura 6.27 se constată:

curentul de aer provoacă apăsare (presiune) numai pe peretele frontal vertical, în timp ce pe

peretele vertical lateral şi pe acoperiş se produce depresiune (sucţiune);

pentru o creştere a vitezei curentului de aer până la 30 m/s presiunea exercitată pe peretele frontal

vertical a crescut cu 23 mm col H2O, în timp ce depresiunea de pe peretele lateral vertical a avut valoarea

de - 62 mm col H2O, iar pe panta laterală a acoperişului a scăzut la -34 mm col H2O.

În tabelele 6.5, 6.6 şi 6.7 sunt prezentate variaţiile de presiune pe cei trei pereţi ai modelului nr.1,

atunci când direcţia curentului de aer este laterală faţă de macheta respectivă, iar în figura 6.28 sunt

trasate graficele variaţiilor presiunilor şi depresiunilor în funcţie de viteza curentului de aer.

Tabelul 6.5

Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe peretele lateral vertical la acţiunea laterală a

curentului de aer

Viteza


1 20,9 20,8 20,7 20,6 20,5 20,4

2 20,8 20,6 20,2 19,6 20,1 19,0

3 21,0 20,6 20,0 19,3 19,1 19,0

4 20,9 20,4 19,8 19,2 18,9 18,8

5 20,8 20,1 19,3 18,1 17,9 17,8

Media 20,8 20,5 20,0 19,4 19,1 18,9


_______________________________________________________________________________________________


Tabelul 6.6

Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe acoperişul lateral la acţiunea laterală a

curentului de aer

Viteza


1 21,0 21,2 21,5 21,6 21,9 22,2

2 21,2 21,3 21,7 22,1 22,3 22,4

3 21,4 21,8 22,3 22,8 23,4 24,1

4 21,0 21,1 21,7 22,3 22,5 22,6

5 21,1 21,3 21,3 22,2 22,3 22,3

Media 21,1 21,4 21,6 22,2 22,4 22,5

Tabelul 6.7

Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe peretele frontal vertical la acţiunea laterală a

curentului de aer

Viteza


1 21,8 23,0 24,2 25,0 26,4 27,8

2 22,2 23,1 24,3 25,2 26,6 28,3

3 22,0 23,2 23,8 25,2 26,8 28,2

4 21,8 22,9 24,0 24,9 26,4 28,1

5 22,2 22,8 24,1 24,9 26,1 28,4

Media 22,0 23,0 24,2 25,1 26,5 28,2

Fig.6.28. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M1, la acţiunea laterală a curentului de aer

Se constată că de data aceasta se exercită presiune numai pe peretele lateral vertical (21 mm col

H2O), în timp ce pe peretele frontal vertical şi pe panta acoperişului expusă curentului de aer se

manifestă depresiuni. Cea mai pronunţată depresiune se constată pe peretele frontal vertical, adică

la viteza curentului de aer de 30 m/s, depresiunea a fost de -72 mmcolH2O. Pe acoperişul lateral

depresiunea a fost de -15 mm col. H2O.


La macheta nr.2 s-au utilizat tot câte 5 tuburi pe fiecare dintre cei doi pereţi verticali şi pe una

dintre cele două pante simetrice ale acoperişului. De asemenea, cercetările experimentale s-au făcut

pentru direcţiile frontală şi laterală a curentului de aer faţă de arhitectura machetei, la vitezele


_______________________________________________________________________________________________


prestabilite ale acestuia. Deosebirile dintre cele două machete se referă la unghiurile pe care le

formează pantele acoperişului, care determină modificări ale suprafeţelor expuse curentului de aer

şi ale volumului interior al serei, conform datelor precizate în tabelul 6.1.

În tabelele prezentate în lucrarea de doctorat sunt specificate valorile presiunilor/depresiunilor

înregistrate la fiecare tub de măsurare de pe pereții verticali sau de pe panta acoperișului, în cazurile

în care poziția machetelor este frontală sau laterală față de direcția curentului de aer, la cele șase

valori ale vitezei acestuia.

În figura 6.29 se reprezintă grafic variaţiile presiunilor în funcţie de viteza aerului, la acțiunea

frontală a acestuia.

Fig.6.29. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M2, la acţiunea frontală a curentului de

aer

Rezultatele sunt similare cu cele de la modelul nr. 1, în sensul că presiunea se exercită numai pe

peretele frontal vertical, în timp ce pe peretele lateral vertical şi pe panta acoperişului lateral se

manifestă depresiuni. La valoarea maximă a curentului de aer (30 m/s), presiunea maximă pe

peretele frontal vertical a fost de 23 mm col H2O, iar depresiunile au fost de -59 mm col H2O pe

peretele lateral vertical şi de -35 mm col H2O pe acoperişul lateral.

În figura 6.30 reprezintă grafic variaţiile presiunilor în funcţie de viteza aerului, la acțiunea

laterală a acestuia.


Valoarea maximă a presiunii pe peretele lateral vertical a fost de 23 mm col H2O, iar depresiunile

maxime au fost de -23 mm col H2O pe acoperişul lateral şi de -60 mm col H2O pe peretele frontal vertical.


_______________________________________________________________________________________________



Forma machetei nr. 3 este asemănătoare cu a machetelor nr. 2 şi nr. 1, deosebindu-se prin

unghiurile pantelor acoperişului, dimensiunile pereţilor şi acoperişului expuse curentului de aer şi

volumul intern al serei. Ca şi în celelalte situaţii, s-a respectat programul de cercetare

experimentală, în sensul că pe cei doi pereţi verticali şi pe o pantă a acoperişului s-au amplasat câte

5 tuburi Prandtl, direcţia curentului de aer a fost frontală şi laterală faţă de machetă, iar viteza

acestuia a luat valorile stabilite iniţial.


înregistrate la fiecare tub de măsurare de pe pereții verticali sau de pe panta acoperișului, în cazurile

în care poziția machetelor este frontală sau laterală față de direcția curentului de aer, la cele șase

valori ale vitezei acestuia.



Fig.6.31. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M3, la acţiunea frontală a

curentului de aer

Se constată şi în acest caz că numai pe peretele frontal vertical se exercită presiune (22 mm col

H2O), în timp ce pe peretele vertical lateral (-56 mm col H2O) şi pe panta acoperişului ( -33 mm col

H2O) se manifestă depresiune.


laterală a acestuia

Fig.6.32. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M3, la acţiunea laterală a curentului

de aer


_______________________________________________________________________________________________


Se constată că cea mai mare valoare a presiunii de pe peretele lateral vertical a fost la viteza

maximă a curentului de aer, adică a avut valoarea de 19 mm col H2O, iar depresiunile au avut valori

de -19 mm col H2O pe acoperişul lateral şi de -85 mm col H2O pe peretele frontal vertical.


Macheta nr. 4 se deosebeşte semnificativ de primele trei machete , prin aceea că are acoperişul

format din patru pante, două câte două simetrice. În acest caz sunt expuşi acţiunii frontale sau

laterale a curentului de aer doi pereţi verticali, unul frontal şi unul lateral, respectiv două pante de

acoperiş, una frontală şi alta laterală.

Această situaţie a impus ca la fiecare din cele patru suprafeţe să se ataşeze numai câte 4 tuburi

Prandtl, din cele 16 ale manometrului multitub, astfel încât să se poată observa simultan efectul

acţiunii curentului de aer asupra suprastructurii viitoarei sere amplasată pe acoperişul unei clădiri.

Şi în acest caz s-a respectat programul stabilit pentru cercetările experimentale, adică direcţia

curentului de aer a fost mai întâi frontală şi apoi laterală faţă de structura machetei.


înregistrate la fiecare tub de măsurare de pe pereții verticali sau de pe pantele acoperișului, în

cazurile în care poziția machetelor este frontală sau laterală față de direcția curentului de aer, la cele

șase valori ale vitezei acestuia.



Fig.6.33. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M4, la acţiunea frontală a

curentului de aer

Şi de data aceasta se remarcă faptul că se exercită presiune numai pe peretele frontal vertical

(valoarea maximă 20 mm col H2O), în vreme ce pe peretele lateral vertical (-62 mm col H2O), pe

acoperişul frontal (-18 mm col H2O) şi pe acoperişul lateral (-33 mm col H2O) se manifestă

depresiuni (sucţiuni).

Din figura 6.33 se constată că până la viteze ale curentului de aer de 15 m/s efectul presiunii /

depresiunii asupra machetelor este nesemnificativ, dar se face tot mai vizibil pe măsură ce creşte

viteza curentului de aer.


laterală a acestuia


_______________________________________________________________________________________________


Se constată că presiunea maximă pe peretele vertical lateral a fost de 31 mm col H2O , în timp ce

pe peretele frontal vertical (-30 mm col H2O), pe acoperişul lateral (-17 mm col H2O) şi pe

acoperişul frontal (-36 mm col H2O) s-au manifestat depresiuni cu valorile specificate


Din figura 6.34 se reţin creşterile relativ ponderate ale presiunilor/depresiunilor pe suprastructura

acestui model de machetă, ceea ce o recomandă să fie folosită în zone expuse unor vânturi cu viteze

mai mari.


Modelul nr. 5 de machetă are caracteristic faptul că este o construcţie simetrică faţă de mai multe

planuri, în acest caz direcţiile frontală şi laterală ale curentului de aer fiind similare.

Şi în acest caz au fost disponibile câte 4 tuburi Prandtl la fiecare suprafaţă, iar dispunerea lor s-a

făcut în aşa fel încât să se surprindă şi cele mai particulare zone ale acestora. De fapt, variaţiile

rezultatelor pentru aceeaşi suprafaţă, în aceleaşi condiţii de experimentare, se explică numai prin

poziţiile tuburilor respective faţă de marginea, colţul sau baza suprafeţei.


înregistrate la fiecare tub de măsurare de pe pereții verticali sau de pe pantele acoperișului, la cele

șase valori ale vitezei curentului de aer.


frontală/laterală a acestuia.

Fig.6.35. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M5, la acţiunea frontală (laterală) a

curentului de aer


_______________________________________________________________________________________________


În cazul modelului nr. 5 se constată o situaţie similară cu cea întâlnită la celelalte modele, adică

se exercită presiune la deplasarea curentului de aer pe direcţie frontală/laterală pe o singură

suprafaţă (peretele vertical frontal 31 mm col H2O),iar pe celelalte suprafeţe se produce depresiune

(peretele vertical lateral – 30 mm col H2O; acoperişul frontal – 17 mm col H2O; acoperişul lateral -

36 mm col H2O).

Rezultatele măsurării forţei exercitată de vânt pe suprastructura serelor. Pentru fiecare

model (machetă) şi pentru fiecare viteză prestabilită a curentului de aer din tunelul aerodinamic s-au

înregistrat forţele de împingere înscrise în tabelul 6.32 la acţiunea frontală, respectiv în tabelul 6.33,

la acţiunea laterală acestuia.

Tabelul 6.32

Valorile forţelor de împingere asupra machetelor, înregistrate la acţiunea frontală a vântului, N

Model\Viteza

vântului 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s

1 2.0 4.5 5.8 6.6 7.2 8,0

2 2,0 4.3 5.7 6.6 7.2 7.9

3 1.8 3.9 5.9 6.5 6.9 7.6

4 0.7 2.5 5.1 6.3 6.5 7.2

5 1.7 3.7 5.6 6.4 6.8 7.6 Tabelul 6.33

Valorile forţelor de împingere asupra machetelor, înregistrate la acţiunea laterală a vântului, N

Model\Viteza


1 2.5 5.5 6.3 7.5 8.1 8.9

2 2.6 5.3 6.2 7.3 7.9 8.8

3 1.8 4.3 5.9 6.9 7.6 8.5

4 2.0 4.3 5.7 6.7 7.2 8.0

5 1.7 3.7 5.6 6.4 6.8 7.6

Deoarece forţele de împingere exercitate de vânt în tunelul aerodinamic asupra machetelor ar fi

cele reale numai dacă punctul de contact al acestora cu tija etalonată a sistemului de măsurare se

află la înălţimea de 302 mm [93], a fost necesară corecţia acestora, specificată de furnizorul

echipamentului , prin care să se ţină seama de faptul că la toate machetele contactele cu tijele

etalonate s-a făcut la înălţimea de 150 mm, adică:

150

302FmFcor , (6.1)

în care Fm este valoarea forţei măsurată şi citită la echipamentul specializat 9 al tunelului

aerodinamic (fig. 6.11), iar Fcor este valoarea corectată (reală) a forţei de împingere a machetelor

de către curentul de aer din tunelul aerodinamic.

Valorile corectate ale acestor forţe de împingere sunt înscrise în tabelele 6. 34 şi 6. 35

Tabelul 6. 34

Valorile corectate ale forţelor de împingere a machetelor, la acţiunea frontală a vântului, N

Model\ Viteza


1 4.0 9.0 11.6 13.2 14.4 15,9

2 4,0 8.6 11.4 13.2 14.2 15.8

3 3.6 7.8 11.8 13.0 14.8 16,o

4 3.4 7.0 10.2 12.6 13.0 14.4

5 3.4 7.4 11.2 12.8 13.6 15.2


_______________________________________________________________________________________________


Tabelul 6. 35

Valorile corectate ale forţelor de împingere a machetelor, la acţiunea laterală a vântului, N

Model\ Viteza


1 5.0 11.0 12,6 15.0 16.2 17.8

2 5.2 10.6 12,4 14.6 15.8 17.6

3 4.6 10.0 11,8 13.8 15.2 17.0

4 4.0 8.6 11,4 13.4 14.4 16.0

5 3.4 7.4 11,2 12.8 13.6 15.2

Se constată că la acţiunea frontală a curentului de aer machetele nr. 1, nr. 2 şi nr.3 opun forţe de

rezistenţă destul de apropiate, în special la vitezele mari ale vântului.

Cea mai redusă forţă de rezistenţă la împingere s-a înregistrat, în cazul acţiunii frontale a

vântului , la macheta nr. 4, care a fost cu circa 12% mai mică decât la macheta nr. 3.

La macheta nr. 5 forţa de împingere a curentului frontal de aer s-a situat la o valoare medie între

forţele de împingere ale primelor trei machete şi forţa de împingere a machetei nr. 4.

În cazul acţiunii laterale a curentului de aer se constată o creştere cu 10…13% a forţelor de

împingere la machetele nr. 1, nr. 2 şi nr. 3, cea mai mare valoare înregistrându-se la macheta nr. 1.

Creşterea forţei de împingere se manifestă şi la macheta nr. 4, dar şi la acţiunea laterală a curentului

de aer aceasta este mai mică faţă de forţele înregistrate la primele trei machete cu peste 10%.

Aspectul deosebit se constată în cazul acţiunii laterale a curentului de aer la macheta nr. 5, la

care forţele de rezistenţă la împingere sunt identice cu cele constatate la acţiunea frontală a acestui

curent şi sunt cu 15…18% mai mici decât forţele măsurate la primele trei forme de machete.

Valorile coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică la acţiunea de împingere a vântului.

Pentru calculul coeficientului aerodinamic de rezistenţă la acţiunea de împingere a vântului a-a

utilizat relaţia (4.1), adică:

2

2

1vAcF dd , (6.2)

unde: ρ este densitatea aerului, kg/m3; A – aria suprafeţei machetei expusă vântului, m

2; cd –

coeficientul de rezistenţă aerodinamică a machetelor la acţiunea curentului de aer; v – viteza

curentului de aer (vântului), m/s.

Pentru o temperatură a aerului T = 18°C, presiunea barometrică p = 1026 mbar şi umiditatea

relativă a aerului 60%, densitatea aerului are valoarea de 1225 kg/m3.

Coeficienţii de rezistenţă aerodinamică cd, calculaţi cu relaţia (6.2), recomandată şi de furnizorul

tunelului aerodinamic [93], şi cu forţele de împingere corectate din tabelele 6.34 şi 6. 35 sunt

înscrişi în tabelul 6.36 pentru fiecare model de machetă şi viteză prestabilită a vântului la acţiunea

frontală , respectiv în tabelul 6.37 la acţiunea laterală a acestuia, iar în figurile 6.36 şi 6.37 se

reprezintă grafic variaţiile acestor coeficienţi în funcţie de viteza curentului de aer.

Tabelul 6. 36 Valorile coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală a vântului

Model\

Viteza

vântului

10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s Valoare

medie

1 1.98 1.98 1.44 1.05 0.94 0.88 1.38

2 1.87 1.78 1.33 0.99 0.89 0.82 1.28

3 1.96 1.89 1.60 1.13 0.99 0.92 1,41

4 1.68 1.54 1.26 1.00 0.85 0.79 1.19

5 1.50 1.45 1.24 0.90 0.79 0.75 1.10


_______________________________________________________________________________________________


Fig. 6.36. Variaţia coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ai machetelor la acţiunea frontală a

curentului de aer

În tabelele 6.36 şi 6.37 s-au făcut şi mediile valorilor coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică pentru

fiecare model de machetă, care oferă o imagine globală a performanţelor diferitelor soluţii constructive de

sere amplasabile pe acoperişurile clădirilor, referitoare la comportamentul lor la acţiunea vântului.

Tabelul 6.37

Valorile coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică la acţiunea laterală a vântului

Model\

Viteza

vântului

10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s

Valoare

medie

1 1.63 1.60 0.98 0.78 0.70 0.65 1.05

2 1.63 1.48 0.97 0.74 0.66 0.62 1.02

3 1.56 1.51 1.00 0.75 0.68 0.64 1.03

4 1.51 1.45 1.08 0.81 0.72 0.68 1.04

5 1.50 1.45 1.24 0.90 0.79 0.75 1.10

Fig. 6.37. Variaţia coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ai machetelor la acţiunea laterală a

curentului de aer


_______________________________________________________________________________________________


Se constată că la valori diferite ale vitezelor vântului coeficienţii de rezistenţă aerodinamică au

valori diferite. Totuşi, formele relativ apropiate ale celor 5 machete de sere supuse cercetărilor

experimentale conduc la gruparea sensibilă a valorilor coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică, atât

la acţiunea frontală, cât şi la acţiunea laterală a vântului, pentru o viteză precizată a acestuia.

Această situaţie se explică şi prin folosirea în calcule a relaţiei simplificate (6.2) şi nu a relaţiei

(4.2), în care se au în vedere şi forţele de frecare dintre curentul de aer şi suprastructura machetelor.

De fapt, pentru aplicaţii practice cercetările experimentale ar trebui să se facă doar pentru

vitezele maxime ale vântului din zona de amplasare clădirii pe care urmează să se construiască o

seră pentru legume sau flori,adică să se determine câte un coeficient de rezistenţă aerodinamică

pe direcţiile frontală şi laterală de acţiune a curentului de aer.

Din analiza rezultatelor înscrise în tabelele 6.36 şi 6.37 şi din reprezentările grafice din figurile

6.36 şi 6.37 se constată următoarele:

coeficienţii de rezistenţă aerodinamică ai machetelor supuse cercetărilor experimentale se

încadrează între limitele înscrise în tabelele 4.2, 4,4 a, b şi 4.5 din Codul de Proiectare Evaluare a

Acţiunii Vântului Asupra Construcţiilor indicativ CR 1-1-4/2012, referitoare la valorile

recomandate pentru acoperişuri cu două pante (1,98…0,75pe machete, 1,5…0,6 în tabele), respectiv

cu patru pante ( - 1,51.. 0,63 pe machete; -1,2..-0,5 în tabele);

pentru toate machetele cercetate, coeficienţii de rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală a

curentului de aer sunt mai mari cu 20..25% comparativ cu cei calculaţi la acţiunea laterală a

curentului de aer. Face excepţie macheta nr. 5, la care acoperişul din patru pante este simetric, astfel

că, indiferent de direcţia vântului coeficientul de rezistenţă aerodinamică are aceeaşi valoare; în cazul machetelor nr. 1, nr.2, şi nr.3, cu acoperişurile în două pante, cei mai mici coeficienţi de

rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală a vântului se manifestă la macheta nr. 2, la care unghiul

format de pantele acoperişului este cel mai mare (1200). În ordine crescătoare se situează machetele

nr.1 şi nr.3, la care unghiurile pantelor sunt de 1100, respectiv de 90

0;

la acţiunea laterală a curentului de aer valorile cele mai mici ale coeficienţilor de rezistenţă

aerodinamică le prezintă macheta nr. 2. la care pantele acoperişului sunt mai puţin înclinate faţă de

verticală, comparativ cu înclinările acoperişurilor celorlalte machete;

la machetele nr. 4 şi nr. 5, cu acoperişurile în patru pante coeficienţii de rezistenţă aerodinamică

la acţiunea frontală vântului sunt mai mici cu 15..20% decât la machetele cu acoperişurile în două

pante; în schimb, la acţiunea laterală a vântului coeficienţii de rezistenţă aerodinamică ai acestor

forme de sere au fost mai mari decât la cele cu acoperişurile în două pante;

la acţiunea frontală a vântului, macheta nr. 5, cu acoperişul format din patru pante simetrice prezintă

coeficienţi de rezistenţă aerodinamică mai reduşi cu până la 10% comparativ cu cei ai machetei nr. 4, la

care pantele sunt simetrice două câte două; în schimb, la acţiunea laterală a vântului coeficienţii de

rezistenţă aerodinamică sunt mai mici la macheta nr. 4 cu 5…10% decât la macheta nr. 5.

Comparaţie între rezultatele cercetărilor teoretice şi experimentale. Pentru compararea

rezultatelor cercetărilor teoretice cu cele ale cercetărilor experimentale s-au considerat

reprezentative variaţiile forţelor de împingere cu care curentul de aer acţionează asupra celor 5

machete de sere, pe direcţiile frontale şi laterale ale acestora.

În cazul simulărilor teoretice la acţiunea frontală a curentului de aer (fig. 6.38), se constată că

la vitezele mici ale acestuia forţele de împingere sunt grupate puternic, deosebirile constructive

dintre machete fiind nesemnificative. În schimb, la viteze ale curentului de aer de peste 20 m/s apar

diferenţe sesizabile, forţa frontală de împingere asupra machetei cu acoperişul din 4 pante şi unghiul

dintre pante de 90o fiind cu circa 75% mai mică decât forţa de împingere asupra machetei cu 2 pante

şi unghiul de 120o.

În cazul cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic la acţiunea frontală a curentului de

aer (fig. 6.39) se observă o diferenţă între forţele de împingere asupra diferitelor machete, începând

de la viteze ale vântului de peste 15 m/s.


_______________________________________________________________________________________________


Fig.6.38. Variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea frontală a vântului,

rezultate în urma simulărilor teoretice

Cele mai bune rezultate se constată la macheta nr. 4, cu acoperişul din 4 pante inegale şi

unghiul pantelor principale de 115o, la care forţa frontală de împingere este cu circa 12% mai mică

decât la macheta nr.1, cu acoperişul din 2 pante egale şi unghiul pantelor de 110o.

Fig.6.39. Variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea frontală a vântului,

rezultate în urma cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic

În figura 6.40 se prezintă variaţia forţei de împingere obţinută prin simulare teoretică, la

acţiunea laterală a curentului de aer asupra modelelor de sere cercetate. Şi în acest caz forţa

laterală de împingere asupra modelului cu acoperişul din 4 pante şi unghiul dintre pante de 90o este

cu circa 100% mai mică decât forţa de împingere asupra modelului cu 2 pante şi unghiul de 100o.


_______________________________________________________________________________________________


Fig.6.40. Variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea laterală a vântului,

rezultate în urma simulărilor teoretice

În figura 6.41 se prezintă variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea laterală a

curentului de aer , rezultate în urma cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic. În acest caz

cele mai bune rezultate le oferă macheta nr. 5, cu acoperişul din 4 pante egale, care formează un vârf.

De fapt, la această machetă forţa de împingere este identică pentru cele două direcţii de acţiune ale

curentului de aer, ceea ce înseamnă că la acţiunea curentului de aer pe direcţie laterală forţa respectivă

este mai mare pentru celelalte machete, în special pentru cele cu acoperişul din 2 pante.

Fig.6.41. Variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea laterală a vântului,

rezultate în urma cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic


_______________________________________________________________________________________________


7. CONCLUZII FINALE

7.1. Concluzii generale

1. Faţă de multele binefaceri ale urbanizării nu trebuie trecut cu vederea efectul negativ al

acesteia asupra degradării mediului înconjurător şi încălzirii globale. Se constată că prin urbanizarea

forţată şi haotică s-au provocat uneori asemenea daune mediului înconjurător, încât cheltuielile

pentru înlăturarea acestora sunt uriaşe sau chiar imposibile pentru generaţia actuală.

2. Noţiunea de oraş verde este tot mai des vehiculată în contextul accentuării efectului de seră şi

a creşterii continue a gradului de poluare pe întreaga planetă. Oraşele verzi folosesc pe scară largă

energiile regenerabile, încurajează firmele care utilizează tehnologii nepoluante, promovează un

mod de viaţă ecologic şi au adoptat atât reguli de protecţie a mediului, cât şi strategii inovatoare

pentru a promova noi preocupări ecologice.

3. Oraşul verde reprezintă o contribuţie semnificativă la diminuarea procesului de încălzire

globală prin absorbţia sau filtrarea de către vegetaţie a gazelor cu efect de seră şi reducerea

temperaturii în exces pe care o degajă oraşul modern.

4. O componentă importantă a conceptului de „oraş verde” se referă la cultivarea de plante pe

acoperişurile şi în balcoanele clădirilor din marile oraşe, menite să îmbunătăţească calitatea aerului

şi să confere un aspect mai uman acestor oraşe. Printre preocupările care suscită un interes tot mai

crescut se află şi crearea de acoperişuri verzi, respectiv clădiri pe care să se poată cultiva atât gazon,

cât şi flori, legume sau arbuşti.

5. Acoperişurile ecologice pot reduce costurile de încălzire sau condiţionare a aerului din

locuinţe cu până la 26%, asigurând o izolare termică optimă la nivelul întregului an. Un alt avantaj

al acestui tip de învelitori este reprezentat de capacitatea plantelor din care este alcătuit de a absorbi

poluarea din atmosferă şi de a diminua cantitatea emisiilor de gaze cu efect de seră. În prezent,

gradul de promovare si implementare a acoperişurilor verzi este foarte înalt în Europa de Vest,

SUA şi Japonia, şi în creştere la nivel mondial.

6. Principalul dezavantaj al acoperişurilor verzi îl reprezintă, în zonele temperate, limitarea

perioadei de vegetaţie a plantelor la 6…8 luni pe an. Prin comparaţie, în serele amplasate pe aceste

acoperişuri vegetaţia plantelor se menţine la parametrii normali pe toată durata anului calendaristic.

7. În prezent ideea amplasării de sere pe acoperişurile blocurilor de locuinţe, unităţilor industriale

sau clădirilor publice are un asemenea succes încât, firmele consacrate în construcţia de sere clasice,

dar şi alte firme noi şi-au orientat o parte din activitate spre proiectarea şi realizarea acestui tip de

sere. Probabil acesta este motivul principal pentru care cele mai multe dintre serele de pe

acoperişuri seamănă foarte mult cu cele de pe sol.

8. Pentru a proiecta şi realiza o seră care să se amplaseze pe un acoperiş trebuie să se cunoască

totul despre serele amplasate pe sol, la care trebuie să se adauge cerinţele arhitecţilor urbanişti,

folosirea unor materiale foarte uşoare, alegerea unor echipamente speciale pentru asigurarea

factorilor de mediu etc. Practic în serele de pe acoperişuri se utilizează numai varianta hidroponică

de cultivare, deci vor trebui selectate plante care să se adapteze cât mai uşor acestei situaţii.

9. Cultivarea intensivă a plantelor horticole în interiorul spaţiilor protejate este posibilă deoarece

construcţia este acoperită cu un înveliş transparent radiaţiilor solare. Radiaţiile solare de unde scurte

pătrund în interiorul spaţiilor prin înveliş, ajung pe suprafaţa plantelor sau pe sol, de unde se

reflectă sub formă de unde lungi. Undele lungi, infraroşii, nu reuşesc să pătrundă prin înveliş şi se

reflectă către interiorul spaţiului protejat, încălzind aerul din interior. Acest fenomen este efectul de

seră.

10. Indiferent dacă plantele se află pe sol, pe acoperişurile clădirilor sau în spaţii protejate

amenajate pe aceste acoperişuri, pentru a exista ele au nevoie de o serie de condiţii, cunoscute sub

denumirea de factori de vegetaţie sau factori de mediu, respectiv elemente care participă direct la


_______________________________________________________________________________________________


fenomenele care se desfăşoară în plante (respiraţia, fotosinteza, transpiraţia, absorbţia elementelor

nutritive şi transportul lor) şi care sunt indispensabile vieţii lor. Aceştia sunt: lumina, căldura, apa,

aerul şi elementele nutritive. Dintre alţi factori care influenţează pozitiv creşterea şi dezvoltarea

plantelor se mai pot reţine electricitatea şi radioactivitatea.

11. Pentru creşterea şi dezvoltarea lor, plantele au nevoie de prezenţa simultană a factorilor de

vegetaţie, astfel încât nici unul dintre aceştia nu poate fi înlocuit prin altul. Toţi factorii de vegetaţie

au importanţă egală, egalitate care se referă la rolul lor fiziologic, calitativ, în sensul că dacă unul

dintre factori lipseşte, viaţa plantelor nu este posibilă, chiar dacă ceilalţi factori sunt în cantităţi

suficiente.

12. Diferitele specii şi genuri de plante au nevoi cantitative diferite faţă de factorii de mediu. Pe

de altă parte, în diferite faze de vegetaţie fiecare plantă are necesităţi diferite faţă de factorii de

mediu. Aceste aspecte trebuie cunoscute în amănunţime de către cei implicaţi în înfiinţarea şi

exploatarea unei sere amplasată pe acoperiş, dacă se doreşte obţinerea performanţelor dorite.

13. Cele mai importante plante legumicole cultivate în mod frecvent în sere, inclusiv în cele de

pe acoperişuri, prezentate în această lucrare, cu specificarea unor caracteristici biologice şi a

cerinţelor faţă de factorii de vegetaţie (mediu), pe care aceste construcţii trebuie să le asigure sunt:

tomatele, ardeii, vinetele, salata, varza, ceapa verde, dovleceii etc. Dintre plantele floricole se

prezintă genurile Cyclamen, Cineraria, Primula, Gerbera şi garoafa, considerate dintre cele mai

răspândite pe plan mondial.

14. Spre deosebire de serele de pe sol, la care lucrările specifice tehnologiilor de cultură sunt, în

cea mai mare parte mecanizate, în cazul serelor de pe acoperişuri aceste activităţi şi sunt, de regulă,

automatizate. Automatizarea lucrărilor tehnologice impune restricţii suplimentare pentru serele

respective, cum ar fi monocultura, apelarea la plante perene care să vegeteze convenabil cât mai

mulţi ani, folosirea substraturilor hidroponice accesibile şi uşor dezinfectabile etc.

15. Materialelor utilizate pentru închiderea pereţilor laterali şi acoperişurilor spaţiilor protejate,

inclusiv a celor amplasate pe acoperişurile clădirilor, trebuie să satisfacă o serie de cerinţe impuse

de necesitatea asigurării factorilor de mediu ai plantelor cultivate dar şi de cerinţele de urbanism şi

de solicitările mecanice exercitate de vânt, zăpadă, ploi, cutremure etc. Materialele care îndeplinesc

în proporţii acceptabile aceste cerinţe sunt: sticla, acrilul, policarbonul, panourile de poliester cu

fibră de sticlă, panourile de polietilenă şi polivinilul.

16. Instalaţiile şi echipamentele specifice cultivării plantelor în sere, asupra cărora se insistă în

această lucrare se referă la cele pentru asigurarea şi controlul temperaturii, umidităţii solului şi

aerului, ventilaţiei aerului, dioxidului de carbon şi intensităţii luminoase. Alegerea echipamentelor

care să rezolve aceste activităţi trebuie să se facă simultan cu proiectarea serei, dar şi cu luarea în

considerare a factorului fiabilitate/cost.

17. Cercetările teoretice şi practica au validat câteva forme constructive de sere amplasate pe

sol, care s-au dovedit cele mai eficiente. Prima realizare notabilă sub aspectul unificărilor

construcţiei serelor o reprezintă reducerea la un număr minim a distanţelor dintre rândurile de stâlpi,

adică a lăţimii tronsoanelor, stabilindu-se prin Standardul European EN 13031-1 Forma şi

Construcţia Serelor. Partea I: Producţia comercială de sere, CEN-European Comitee For

Standardization (2001) Bruxelles, câteva valori de bază.

18. În România se utilizează la proiectarea clădirilor cu forme diferite ale acoperişurilor, dar şi a

altor structuri cu utilizări diverse Codul de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra

Construcţiilor Indicativ CR 1-1-4/2012. Acest act normativ este, la rândul său pus în permanenţă în

concordanţă cu legislaţia europeană şi cu alte standarde pe care proiectanţii si constructorii de sere

pe acoperişuri trebuie să le urmeze.

19. La punctul 1.4 Proiectarea asistată de încercări (pag. 8) din Codul CR-1-1-4/2012 se

precizează că „Pentru evaluarea acţiunii vântului asupra construcţiei şi a răspunsului acesteia se

pot utiliza şi rezultate ale încercărilor în tunelul aerodinamic şi/sau ale metodelor numerice,

utilizând modele adecvate ale construcţiei şi ale acţiunii vântului. Pentru efectuarea de încercări


_______________________________________________________________________________________________


experimentale în tunelul aerodinamic, acţiunea vântului trebuie modelată astfel încât să fie

respectate(i) profilul vitezei medii a vântului şi caracteristicile turbulenţei în amplasamentul

construcţiei”.

20. Serele amplasate pe acoperişurile clădirilor nu pot fi confundate cu acoperişurile obişnuite,

chiar dacă, în unele cazuri, formele lor sunt apropiate de acestea. Cerinţele pe care plantele cultivate

le impun acestor sere transformă aceste construcţii în elemente vulnerabile la solicitările provocate

de vânt, depunerile de zăpadă, cutremure sau acţiuni combinate ale acestora.

21. Cercetările teoretice prin simulare cu metoda elementelor finite şi cercetările experimentale

în tunelul aerodinamic, pe modele de sere cu forme asemănătoare celor considerate clădiri cu

acoperişuri tipice, respectiv cu două şi cu patru pante şi cu unghiuri de înclinare între limitele

incluse în Codul specificat, au urmărit să pună la dispoziţia proiectanţilor valorile presiunilor /

sucţiunilor vântului care acţionează pe suprafeţele rigide exterioare, ale forţelor de împingere şi

momentelor de răsturnare precum ale coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune şi de

forţă pentru acoperişuri de sere cu două şi patru pante.

22. În conformitate cu prevederile Codului CR-1-1-4/2012, construcţiile sunt împărţite în clase

de importanţă-expunere, în funcţie de consecinţele umane şi economice care pot fi provocate de un

hazard natural sau/şi antropic major, precum şi de rolul acestora în activităţile de răspuns post-

hazard ale societăţii. Clădirile prevăzute cu sere pe acoperişuri trebuie să fie incluse în clase de

importanţă-expunere imediat superioară clădirii normale, deoarece distrugerea serelor sub acţiunea

vânturilor poate provoca daune importante, inclusiv accidentarea gravă a populaţiei.

23.Coeficienţii aerodinamici de forţă sunt folosiţi pentru determinarea forţei globale din vânt pe

structură (de exemplu, pe o seră), element structural sau componentă, incluzând în acest efect şi

frecarea, dacă aceasta nu este exclusă în mod explicit. În această lucrare s-a determinat

experimental forţa globală cu care serele de diferite forme sunt împinse de curenţii de aer care au

viteze diferite şi s-au calculat coeficienţii aerodinamici de forţă care caracterizează o seră de o

anumită formă.

24. Cercetările teoretice şi experimentale s-au făcut pe modele de sere asemănătoare celor

exemplificate în Codul CR-1-1-4/2012, la care acoperişurile au două sau patru pante, cu unghiuri de

înclinare diferite, astfel încât rezultatele să poată fi comparate, pentru a fi utilizate la proiectarea

serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor.

25. Vântul induce în structuri vibraţii cu o anumită frecvenţă, materializate prin deplasări ale

nodurilor acestora. Monitorizarea şi verificarea performanţelor unei sere amplasată pe acoperişul

unei clădiri presupune măsurări în timp real a modificărilor de poziţie ale punctelor critice alea

cesteia. În ultimii ani au fost realizate tot mai multe studii referitoare la utilizarea de diferite tehnici

în acest scop, cea mai cunoscută fiind probabil măsurarea acceleraţiilor pe cele trei direcţii (x, y, z)

folosind accelerometre. O tehnică deosebit de actuală si considerată ca fiind promiţătoare este cea

bazată pe informaţiile primite de la sistemele de poziţionare globală (GPS, Glonass, Galileo) .

26. Utilizarea teoriei similitudinii în scopul stabilirii corelațiilor dintre parametrii evidențiați prin

cercetările experimentale în tunelul aerodinamic și cei specifici serelor amplasate pe acoperișurile

clădirilor conferă credibilitate suplimentară valorilor luate în considerare la calculul și proiectarea

acestora.

27. Pe baza cercetărilor din această lucrare se recomandă utilizarea criteriului Froude la studiul

prin similitudine al comportării serelor amplasate pe acoperișurile clădirilor.

7.2. Concluzii privind cercetările teoretice şi experimentale

1. Cercetările teorerice și experimentale din această lucrare au avut drept scop principal

evidențierea, prin compararea forțelor de presiune/sucțiune, de împingere și ridicare și a

momentelor de răsturnare a avantajelor și dezavantajelor pe care le oferă cinci modele de sere cu

acoperișurile din două sau patru pante, dispuse sub unghiuri diferite, supuse acelorași solicitări. În


_______________________________________________________________________________________________


plus, modelele studiate au forme asemănătoare celor recomandate în Codul CR-1-1-4/2012 , pentru

care acest document precizează valorile coeficienților aerodinamici de forță utilizabili la calculul și

proiectarea structurilor respective.

2.Modelarea teoretică și analiza CFD (Computational Fluid Dynamics) a curgerii aerului pe sere

are drept obiectiv determinarea forțelor și momentelor care acționează asupra serei, forțe și

momente generate de către acțiunea vântului, precum și vizualizarea formelor de curgere a

aerului pe suprafețele exterioare ale serei. Pentru îndeplinirea acestui obiectiv, se utilizează soft-ul

ANSYS 15.0, care are la bază metoda elementului finit.

3. Modelările și analizele se referă la două tipuri de sere, la care acoperișul are 2 sau 4 pante

dispuse simetric sub unghiuri de 110o, 120

o, 115

o, 100

o şi 90

o una faţă de cealaltă, situaţie urmărită

ulterior şi la cercetările experimentale. Trebuie precizat că practica a validat modelele constructive

respective, care sunt aproape generalizate pentru culturile de legume şi flori. S-au făcut două serii

de cercetări, una în care vântul acționează frontal și alta în care acesta acționează lateral faţă de

poziţia convenţională a serelor, stabilită prin Codul CR-1-1-4/2012.

4. În modelul geometric sera este înglobată într-un domeniu de tip paralelipiped dreptunghic,

domeniu în care se consideră că există aer care curge cu viteze de 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s,

27,5 m/s şi 30 m/s, adică aceleaşi viteze la care s-au făcut cercetările experimentale în tunelul

aerodinamic.

5. Pentru modelare se consideră elemente finite de tip tetraedru, în urma discretizării obținându-

se 257826 elemente finite și 48559 noduri. Condițiile de frontieră se referă, pe de o parte, la

impunerea unei viteze constante, în curgere laminară, la intrarea în domeniul de curgere a aerului,

precum și impunerea presiunii atmosferice normale de 101325 Pa în zona respectivă; a doua

condiție de frontieră se referă la impunerea presiunii atmosferice normale de 101325 Pa la ieșirea

din domeniul de curgere al aerului.

6. Rezolvarea modelului cu elemente finite presupune alegerea unui număr de iterații de calcul

necesar pentru stabilizarea erorii reziduale. În acest caz numărul de 50 de iteraţii s-a dovedit

suficient pentru a se obține stabilizarea erorii reziduale în curentului de aer (frontală şi laterală) în

ambele cazuri de acţiune a acestuia.

7. Unui acoperiş tip seră i se solicită în toate cazurile să exercite asupra plafonului clădirii o

apăsare minimă. Dacă la serele de pe sol, la care materialul transparent este acrilul sau folia din

material plastic se acceptă o apăsare de circa 15 daN/m2, pentru sera de pe acoperiş această apăsare

trebuie redusă substanţial. Serele la care materialul transparent este sticla cu grosimea de 3…5 mm

vor exercita o presiune mult mai mare asupra plafonului clădirii.

8. La aceeaşi suprafaţă a bazei şi aceeaşi înălţime, cel mai convenabil din punct de vedere

teoretic sub aspectul forţei de împingere la acţiunea frontală a vântului este modelul cu acoperişul

cu patru pante simetrice, dispuse la 900. Având o construcţie simetrică, această variantă este la fel

de avantajoasă şi în cazul acţiunii laterale a curentului de aer. Pe de altă parte, cea mai

dezavantajoasă sub aspectul forţei de împingere la acţiunea laterală a vântului este varianta cu

unghiul dintre pantele acoperişului de 1000.

9. Dacă în cazul serelor amplasate pe sol orientarea recomandată este E-V, din considerente de

captare a maximului de intensitate luminoasă provenită de la soare, la serele amplasate pe

acoperişuri arhitecţii urbanişti pot impune alte orientări, pentru care cunoaşterea direcţiei vântului

dominant şi a forţei de împingere exercitată de acesta pot contribui decisiv la alegerea şi realizarea

unei construcţii performante din toate punctele de vedere.

10. În cazul serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor înalte, pe o diferenţă de nivel de câteva

zeci de metri se pot regăsi straturi de aer care se deplasează cu viteze diferite şi care pot provoca

fenomene extreme, inclusiv forţe importante de ridicare a suprastructurilor serelor de pe temeliile

lor. Cunoaşterea comportamentelor diferitelor forme şi dimensiuni de sere la acţiunea de ridicare a

lor de către curenţii de aer care se deplasează cu diferite viteze, se poate asigura prin simulare

teoretică cu metoda elementelor finite.


_______________________________________________________________________________________________


11. Din sinteza reprezentării grafice a variaţiilor cu viteza a forţelor de ridicare exercitate de

curenţii de aer la deplasarea pe direcţie frontală faţă de cele 5 modele de sere studiate teoretic, se

constată că modelul de seră cu acoperişul din 2 pante care formează un unghi de 1100 are cea mai

dezavantajoasă expunere, în timp ce modelul cu acoperişul din 4 pante şi unghiul pantelor de 900

are situaţia cea mai favorabilă, între cele două modele diferenţa fiind de circa 22 %.

12. În cazul variaţiilor cu viteza a forţelor de ridicare exercitate de curenţii de aer asupra celor 5

modele de sere la deplasarea pe direcţia laterală a acestora, situaţia cea mai avantajoasă o are sera

cu acoperişul din 4 pante şi unghiul dintre acestea de 900, la care forţa de ridicare este cu circa

125% mai mică decât forţa de ridicare ce se exercită asupra serei cu acoperişul din 2 pante şi

unghiul de 1150.

13. Momentul de răsturnare pe care vântul îl exercită asupra acoperişurilor clădirilor este

deosebit de periculos prin urmările pe care le poate provoca. Mansardările neprofesioniste ale unor

blocuri vechi de locuinţe s-au soldat cu smulgerea lor de pe fundaţii şi prăvălirea peste alte

construcţii, autovehicule sau chiar peste populaţie, atunci când vânturile au avut intensităţi sau

direcţii pe care improvizatorii nu le-au prevăzut.

14. Se constată că la acţiunea frontală a curentului de aer comportamentul celor 5 sere este

practic asemănător, respectiv momentul de răsturnare creşte de cinci ori, pentru creşterea vitezei

aerului de la 10 m/s la 30 m/s. Şi în acest caz modelul de seră cu acoperişul din 4 pante simetrice,

dispuse la 900 are o situaţie mai bună decât celelalte modele, evidenţiată numai la vitezele cele mai

mari ale vântului frontal (la peste 26 m/s).

15. În cazul deplasării curentului de aer din direcţie laterală faţă de cele 5 modele de sere, cu

viteze de până la 30 m/s, se observă o diferenţiere a comportamentelor serelor începând de la viteze

ale curentului de aer de 15 m/s, astfel că la vitezele maxime luate în studiu în această lucrare sera cu

acoperişul din 2 pante la 1000 este expusă unui moment de răsturnare cu 33% mai mare decât sera

cu acoperişul din 4 pante simetrice, dispuse la 900.

16. Multiplele facilităţi pe care le oferă soft-ul ANSYS 15.0, care are la bază metoda

elementului finit, utilizat la simularea efectelor curenţilor de aer asupra unor modele de sere în

această lucrare, a permis vizualizarea şi compararea modului de curgere şi intensitatea

presiunilor/depresiunilor pe pereţii verticali frontali şi laterali, pe pantele acoperişurilor, dar şi în

planurile orizontale şi verticale mediane ale obiectelor supuse cercetărilor, pentru direcţiile

frontală şi laterală faţă de poziţia serelor, a curgerii curenţilor de aer cu diferite viteze.

17. La curgerea frontală a curentului de aer se constată că pe pereţii verticali frontali se

manifestă la toate modelele de sere şi la toate vitezele vântului apăsări maxime (culoarea roşie), în

timp ce pe pereţii verticali laterali şi pe acoperiş se manifestă depresiuni (sucţiuni). Apăsările de

pe pereţii verticali frontali nu sunt uniforme, adică sunt mai intense în zonele centrale ale acestora şi

se diminuează către margini. În cazul curgerii frontale a aerului chiar şi la acoperişuri apar unele

pete de culoare uşor gălbuie, pe lângă dominantele de albastru şi verde, care arată că pe acestea se

manifestă cu precădere depresiuni, dar şi mici apăsări în anumite zone, în special pe pantele frontale

ale serei cu acoperişul din 4 pante simetrice.

18. La curgerea laterală a curentului de aer se constată că pe pereţii verticali laterali se

manifestă la toate modelele de sere şi la toate vitezele vântului apăsări maxime (culoarea roşie), în

timp ce pe pereţii verticali frontalişi pe acoperiş se manifestă depresiuni (sucţiuni). Apăsările de pe

pereţii verticali laterali sunt mai intense în zonele centrale şi mai slabe către marginile pereţilor

respectivi. În schimb, suprafeţele de acoperişuri afectate de presiuni uşoare sunt mai vizibile

comparativ cu situaţia direcţiei frontale a curentului de aer, deşi depresiunile sunt fenomenele

predominante asupra pantelor respective şi în acest caz.

19.Vizualizarea în plan orizontal a efectelor curgerii curentului de aer pe direcţia frontală faţă

de modelele de sere evidenţiază apăsările de pe pereţii verticali frontali cu presiuni care scad spre

marginile domeniului şi existenţa fenomenelor de sucţiune pe ceilalţi pereţi verticali şi pe pantele


_______________________________________________________________________________________________


acoperişurilor, confirmându-se concluziile anterioare referitoare la solicitările pe care curenţii de

aer le provoacă pe suprastructurile serelor.

20. La analiza efectelor în plan orizontal ale curgerii curentului de aer pe direcţia laterală faţă

de modelele de sere studiate se constată că pe pereţii verticali laterali se exercită presiuni care se

reduc spre margini, iar pe pereţii verticali frontali se manifestă numai depresiuni. Pe pantele

acoperişurilor predomină fenomenele de sucţiune cu intensităţi diferite, în funcţie de numărul şi

înclinarea pantelor.

21. Vizualizările efectelor în plan median vertical ale curgerii aerului cu diferite viteze pe

direcţia frontală faţă de poziţiile de referinţă ale modelelor de sere evidenţiază existenţa unui

curent de aer cu o presiune importantă mai sus de coama acoperişului, ceea ce înseamnă că prin

forma acoperişului se poate controla fenomenul curgerii aerului peste acoperiş.

22. O situaţie deosebită se observă în planul median vertical al modelelor specificate în cazul

curgerii laterale a curentului de aer, constatându-se existenţa unei uşoare apăsări pe panta expusă

a acoperişului, dar şi manifestarea unei tulburenţe în curentul de aer care părăseşte acoperişul, cu

direcţia imprimată de unghiul pantei.

23. În cazul serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor se pot adopta şi forme diferite de cele

supuse analizei în prima parte a acestui capitol. O asemenea formă poate fi asemănătoare cu cea a

domurilor geodezice, la proiectarea şi realizarea unor asemenea construcţii participând şi un

colectiv complex de specialişti de la Universitatea Transilvania din Braşov.

24. La baza structurii serei de tip dom geodezic se află un poliedru regulat convex, care, din

raţiuni structurale ar putea fi un icosaedru, adică un poliedru cu 20 de feţe (care sunt triunghiuri

echilaterale), 30 de muchii şi 12 vârfuri. Vârfurile icosaedrului se află pe o sferă. Pentru o mai bună

aproximare a sferei, muchiile (laturile triunghiurilor) se divizează în 2 sau 3 părţi egale, iar punctele

de divizare se proiectează pe sfera care încadrează icosaedrul. Procesul de divizare mai este numit şi

triangulaţie.

25. Obiectivul principal al cercetărilor experimentale din această lucrare a constat în măsurarea

în tunelul aerodinamic a presiunilor/depresiunilor şi forţelor de împingere care se exercită pe

suprafeţele frontale, laterale şi pe acoperişurile unor machete de sere amplasabile pe

acoperişurile clădirilor, la acţiunea frontală şi laterală a vântului, care suflă cu viteze diferite. Pentru rezolvarea obiectivului principal a fost necesară parcurgerea secvenţială şi rezolvarea unui

număr de 7 obiective subsidiare.

26. Obiectele cercetărilor experimentale sunt reprezentate de cinci machete de sere, realizate din

material plastic cu grosimea de 2,5 mm. Pentru a se putea compara rezultatele cercetărilor

experimentale, între ele, dar şi cu cele ale cercetărilor teoretice, s-a stabilit ca suprafeţele bazelor şi

înălţimile tuturor machetelor să fie identice, deosebirile dintre ele constând în numărul de pante ale

acoperişurilor, unghiurile de înclinare ale acestora şi volumele lor utile.

27. Machetele cu numerele 1, 2, şi 3 au acoperişurile alcătuite din câte două pante (conforme cu

figura 4.5 din CR 1-1-4/2012 ); macheta nr.4 are acoperişul format din patru pante (conformă cu

figura 4.9 din CR 1-1-4/2012 ), care formează o coamă, iar macheta nr. 5 are acoperişul format din

patru pante identice, care formează un vârf. Pentru a se conferi machetelor suficientă rigiditate la

acţiunea vântului, panourile din material plastic au fost fixate cu şuruburi pe profile modelate din

tablă cu grosimea de 1,5 mm.

28. În pereţii verticali frontali şi laterali, precum şi pe pantele acoperişurilor au fost practicate, în

poziţii considerate reprezentative, mai multe orificii cu diametrele de 3 mm. Orificiile care nu au

fost utilizate la măsurarea presiunilor au fost obturate. De asemenea, la măsurarea forţelor de

împingere exercitate de vânt asupra machetelor toate orificiile au fost acoperite. La toate machetele

s-a executat în placa de bază câte un orificiu cu diametrul de 30 mm prin care s-au introdus în

interiorul machetelor şi s-au fixat în orificiile practicate în pereţi şi acoperişuri tuburile pentru

măsurarea presiunii/depresiunii provocată de curenţii de aer.


_______________________________________________________________________________________________


29. Principalul echipament utilizat la cercetările experimentale a fost tunelul aerodinamic

HM170 Educational Wind Tunnel. G.U.N.T. Gerätebau GmBH. Barsbüttel, Germany, aflat în

Laboratorul pentru studierea energiei vântului din cadrul Departamentului de Design de Produs,

Mecatronică şi Mediu de la Universitatea Transilvania din Braşov. Viteza maximă care poate fi

imprimată curentului de aer în tunelul aerodinamic disponibil pentru cercetările experimentale este

de 30 m/s, satisfăcătoare pentru condiţiile climatice din România, dar insuficientă pentru condiţiile

din alte ţări. Anemometrul termic face parte din aparatura necesară utilizării tunelului

aerodinamic,servind la reglarea şi verificarea vitezei curentului de aer din secţiunea tunelului

aerodinamic în care se amplasează machetele supuse cercetărilor experimentale.

30. HM170 este un tunel subsonic (viteza aerului ajunge până la 0,1 Mach), cu circuit deschis

(aerul este preluat din exterior şi expulzat tot în exterior, cu viteză mărită). Zona de măsurare are

secţiunea de 287x287 mm şi lungimea de 365 mm, este confecţionată din plexiglas transparent, iar

suprastructura se deplasează longitudinal pentru introducerea şi scoaterea obiectelor supuse

cercetărilor experimentale. În interiorul tunelului se pot realiza măsurări (după două direcţii –

împingere şi portanţă) referitoare la: forţe, viteze, presiuni, coeficientul aerodinamic de împingere

(drag) şi de portanţă (lift).

31. Echipamentul pentru măsurarea forţelor constă dintr-un traductor de forţă care este solidar

cu modelul experimental, iar echipamentul pentru măsurarea presiunilor este reprezentat de un

manometru multitub care conţine 16 tuburi Prandtl de tip manometru cu scală gradată, montate pe

un panou rabatabil. Fiecare tub manometric este prevăzut, în partea superioară, cu o duză de

conexiune cu diametrul de 3 mm.

32. Deoarece echipamentul de testare dispune numai de 16 tuburi pentru măsurarea presiunii a

fost necesară o repartizare judicioasă a acestora pe suprafeţele expuse acţiunii vântului. La modelele

nr. 1, 2 şi 3 s-au montat câte 5 tuburi pe peretele vertical frontal, pe un perete vertical lateral şi pe o

pantă a acoperişului. La machetele nr. 4 şi 5 au fost urmărite presiunile de pe patru suprafeţe, adică

de pe doi pereţi verticali şi de pe două pante de acoperiş, pe care s-au montat câte 4 tuburi. Celelalte

orificii de pe pereţii şi acoperişul machetelor au fost obturate cu bandă adezivă.

33. Adaptarea machetelor la măsurarea forţelor cu care sunt împinse de curentul de aer cu viteze

de 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s, 27,5 m/s şi 30 m/s a pornit de la forma şi dimensiunile

traductorului de forţă, pe care se solidarizează machetele pentru cercetarea experimentală. În acest

scop s-a conceput şi realizat suportul special pentru machete şi pentru tija etalonată furnizată de

firma producătoare a tunelului aerodinamic.

34. Din tabelele cu datele înregistrate la măsurarea presiunilor/depresiunilor de pe pereţii

verticali şi de pe pantele acoperişurilor fiecărei machete, la acţiunea frontală sau laterală a

curentului de aer, precum şi din reprezentarea grafică a acestora se constată că vântul provoacă

apăsare (presiune) numai pe peretele vertical de pe direcţia respectivă, în timp ce pe peretele

vertical de pe cealaltă direcţie şi pe acoperiş se produce depresiune (sucţiune). 35. De exemplu, în cazul machetei nr. 1, la acţiunea frontală a curentului de aer, pentru o

creştere a vitezei curentului de aer până la 30 m/s, presiunea exercitată pe peretele frontal vertical a

crescut la 23 mm col H2O (față de valoarea de referință de 21 mm col H2O), în timp ce

depresiunea de pe peretele lateral vertical a avut valoarea de -62 mm col H2O, iar pe panta laterală

a acoperişului a scăzut la -34 mm col H2O. În mod similar se prezintă situaţia şi în cazul celorlalte

machete, deosebirile fiind numai de ordin cantitativ.

36. Referitor la forţa de împingere exercitată de curentul de aer asupra machetelor se constată că

la acţiunea frontală a curentului de aer machetele nr. 1, nr. 2 şi nr.3 opun forţe de rezistenţă destul

de apropiate, în special la vitezele mari ale vântului. Cea mai redusă forţă de rezistenţă la împingere

s-a înregistrat, în cazul acţiunii frontale a vântului, la macheta nr. 4, care a fost cu circa 12% mai

mică decât la macheta nr.3. La macheta nr. 5 forţa de împingere a curentului frontal de aer s-a

situat la o valoare medie între forţele de împingere ale primelor trei machete şi forţa de împingere a

machetei nr. 4.


_______________________________________________________________________________________________


37. În cazul acţiunii laterale a curentului de aer se constată o creştere cu 10…13% a forţelor de

împingere la machetele nr. 1, nr. 2 şi nr. 3, cea mai mare valoare înregistrându-se la macheta nr. 1.

Creşterea forţei de împingere se manifestă şi la macheta nr. 4, dar atât la acţiunea frontală, cât şi la

acţiunea laterală a curentului de aer aceasta este mai mică faţă de forţele înregistrate la primele trei

machete cu peste 10%. Aspectul deosebit se constată în cazul acţiunii laterale a curentului de aer la

macheta nr. 5, la care forţele de rezistenţă la împingere sunt identice cu cele constatate la acţiunea

frontală a acestui curent şi sunt cu 15…18% mai mici decât forţele măsurate la primele trei forme

de machete.

38. Pentru calculul coeficienţilor aerodinamici de rezistenţă la acţiunea de împingere a vântului

s-a utilizat relaţia recomandată de furnizorul tunelului aerodinamic, unde pentru o temperatură a

aerului T = 18°C, presiunea barometrică p = 1026 mbar şi umiditatea relativă a aerului 60%,

densitatea aerului are valoarea de 1225 kg/m3. Aceşti coeficienţi s-au calculat pentru fiecare

model de machetă şi viteză prestabilită a vântului la acţiunea frontală, respectiv la acţiunea laterală

a acestuia.

39. Se constată că la valori diferite ale vitezelor vântului coeficienţii de rezistenţă aerodinamică

au valori ușor diferite. Formele relativ apropiate ale celor 5 machete de sere supuse cercetărilor

experimentale conduc la gruparea sensibilă a valorilor coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică, atât

la acţiunea frontală, cât şi la acţiunea laterală a vântului, pentru o viteză precizată a acestuia. De

fapt, pentru aplicaţii practice cercetările experimentale ar trebui să se facă doar pentru vitezele

maxime ale vântului din zona de amplasare clădirii pe care urmează să se construiască o seră

pentru legume sau flori, adică să se determine câte un coeficient de rezistenţă aerodinamică pe

direcţiile frontală şi laterală de acţiune a curentului de aer, pentru macheta de forma şi

dimensiunile considerate..

40 Din analiza rezultatelor înscrise în tabele şi din reprezentările grafice, coeficienţii de

rezistenţă aerodinamică ai machetelor supuse cercetărilor experimentale se încadrează între limitele

înscrise în tabelele 4.4,a,b şi 4.5 din Codul de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra

Construcţiilor indicativ CR 1-1-4/2012, respectiv tabelele 4.4, 4.6,a, 4.6,b şi 4.7 din această lucrare,

referitoare la valorile recomandate pentru pereţii verticali şi acoperişuri cu două, respectiv cu patru

pante.

41 Pentru toate machetele cercetate, coeficienţii de rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală

curentului de aer sunt mai mari cu 20..25% comparativ cu cei calculaţi la acţiunea laterală a

curentului de aer. Face excepţie macheta nr. 5, la care acoperişul din patru pante este simetric, astfel

că, indiferent de direcţia vântului coeficientul de rezistenţă aerodinamică are aceeaşi valoare.

42. În cazul machetelor nr. 1, nr.2, şi nr.3, cu acoperişurile în două pante, cei mai mici coeficienţi

de rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală a vântului se manifestă la macheta nr. 2, la care

unghiul format de pantele acoperişului este cel mai mare (120o). În odine crescătoare se situează

machetele nr.2 şi nr.3, la care unghiurile pantelor sunt de 110o, respectiv de 90

o.

43. La acţiunea laterală a curentului de aer valorile cele mai mici ale coeficienţilor de rezistenţă

aerodinamică le prezintă macheta nr. 2. la care pantele acoperişului sunt mai puţin înclinate faţă de

verticală, comparativ cu înclinările acoperişurilor celorlalte machete;

44. La machetele nr. 4 şi nr. 5, cu acoperişurile în patru pante coeficienţii de rezistenţă

aerodinamică la acţiunea frontală vântului sunt mai mici cu 15..20% decât la machetele cu

acoperişurile în două pante; în schimb, la acţiunea laterală a vântului coeficienţii de rezistenţă

aerodinamică ai acestor forme de sere au fost mai mari decât la cele cu acoperişurile în două pante.

45. La acţiunea frontală a vântului, macheta nr. 5, cu acoperişul format din patru pante simetrice

prezintă coeficienţi de rezistenţă aerodinamică mai reduşi cu până la 10% comparativ cu cei ai

machetei nr. 4, la care pantele sunt simetrice două câte două; în schimb, la acţiunea laterală a

vântului coeficienţii de rezistenţă aerodinamică sunt mai mici la macheta nr. 4 cu 5…10% decât la

macheta nr. 5.


_______________________________________________________________________________________________


46. Pentru compararea rezultatelor cercetărilor teoretice cu cele ale cercetărilor experimentale

s-au considerat reprezentative variaţiile forţelor de împingere cu care curentul de aer acţionează

asupra celor 5 modele (machete) de sere, pe direcţiile frontale şi laterale ale acestora.

47. În cazul simulărilor teoretice la acţiunea frontală a curentului de aer, se constată că la

vitezele mici ale acestuia forţele de împingere sunt grupate puternic, deosebirile constructive dintre

machete fiind nesemnificative. În schimb, la viteze ale curentului de aer de peste 20 m/s apar

diferenţe sesizabile, forţa frontală de împingere asupra machetei cu acoperişul din 4 pante şi unghiul

dintre pante de 900 fiind cu circa 75% mai mică decât forţa de împingere asupra machetei cu 2 pante

şi unghiul de 1200.

48. În cazul cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic la acţiunea frontală a

curentului de aer se observă o diferenţă între forţele de împingere asupra diferitelor machete,

începând de la viteze ale vântului de peste 15 m/s. Cele mai bune rezultate se constată la macheta

nr. 4, cu acoperişul din 4 pante inegale şi unghiul pantelor principale de 1150, la care forţa frontală

de împingere este cu circa 12% mai mică decât la macheta nr.1, cu acoperişul din 2 pante egale şi

unghiul pantelor de 1100.

49. Din analiza forţei de împingere obţinută prin simulare teoretică, la acţiunea laterală a

curentului de aer asupra modelelor de sere cercetate se constată că asupra modelului cu acoperişul

din 4 pante şi unghiul dintre pante de 900 se exercită o forţă de împingere cu circa 100% mai mică

decât cea care împinge modelul cu 2 pante şi unghiul de 1000.

50. Analiza forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea laterală a curentului de aer,

rezultate în urma cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic, arată că cele mai bune

rezultate le oferă macheta nr. 5, cu acoperişul din 4 pante egale, care formează un vârf. De fapt, la

această machetă forţa de împingere este identică pentru cele două direcţii de acţiune ale curentului

de aer, ceea ce înseamnă că la acţiunea curentului de aer pe direcţie laterală forţa respectivă este mai

mare pentru celelalte machete, în special pentru cele cu acoperişul din 2 pante.

7.3. Contribuţii personale

Cele mai importante contribuţii personale la realizarea acestei lucrări se referă la:

evidenţierea actualităţii, oportunităţii şi importanţei tezei de doctorat,precizându-se că obiectivul

principal al lucrării constă în stabilirea prin simulare teoretică şi prin cercetări experimentale în

tunelul aerodinamic a presiunilor, forţelor şi momentelor de răsturnare pe care vântul care suflă cu

diferite viteze le exercită asupra serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor şi determinarea

coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ale diferitelor forme de astfel de sere;

stabilirea obiectivelor subsidiare, prin a căror rezolvare să se asigure îndeplinirea obiectivului

principal, precum şi a unei metodici generale de cercetare (defalcată ulterior pe secvenţe), care să

conducă la rezultatele preconizate;

efectuarea unei sinteze asupra apariţiei, evoluţiei şi importanţei conceptelor de oraş verde,

acoperiş verde (vegetal) şi seră pe acoperiş, cu evidenţierea contribuţiei acestora la diminuarea

efectelor negative produse populaţiei din marile aglomerări urbane de fenomenele de încălzire

globală, creştere explozivă a populaţiei şi urbanizare necontrolată;

analiza stadiului actual şi tendinţelor în domeniul construcţiei de sere amplasate pe sol şi pe

acoperişurile clădirilor, cu precizarea aspectelor asemănătoare şi a celor care le deosebesc;

analiza cerinţelor/restricţiilor pe care plantele cultivate le impun serelor, referitoare la asigurarea

factorilor de mediu şi a consecinţelor asupra formelor, poziţiilor,materialelor de construcţie,

instalaţiilor şi echipamentelor, sistemelor de cultură etc. serelor de pe sol şi, comparativ, a celor de

pe acoperişurile clădirilor;

analiza stadiului actual privind solicitările mecanice pe care vântul le exercită asupra serelor, a

standardizării şi tipizării formelor constructive şi principiilor de calcul referitoare la serele de pe sol

şi evidenţierea lipsei acestor facilităţi în cazul serelor de pe acoperişuri;


_______________________________________________________________________________________________


evidenţierea posibilităţii de utilizare a Codului CR-1-1-4/2012 la calculul şi proiectarea serelor

amplasate pe acoperişuri, dar şi a indicaţiilor acestuia referitoare la completarea cunoştinţelor în

acest domeniu prin simulări teoretice, folosind metode numerice adecvate şi prin cercetări

experimentale pe machete, folosind tunelul aerodinamic;

analiza posibilităţii de monitorizare/verificare a comportamentului structurilor de rezistenţă ale

serelor amplasate pe acoperişuri prin folosirea unor principii şi aparate moderne, precum

accelerometrele sau sistemul RTK-GPS;

evidențierea necesității și utilității folosirii unor aspecte ale teoriei similitudinii pentru

valorificarea rezultatelor obținute la cercetările experimentale în tunelul aerodinamic la calculul și

proiectarea serelor amplasate pe acoperișurile clădirilor;

simularea teoretică prin modelare și analiză CFD (Computational Fluid Dynamics) prin soft-ul

ANSYS 15.0, care are la bază metoda elementului finit, a curgerii aerului pe sere pentru

determinarea forțelor și momentelor care acționează asupra serei, forțe și momente generate de

către acțiunea vântului, precum și vizualizarea formelor de curgere a aerului pe suprafețele

exterioare ale serei;

analiza teoretică a comportamentului a cinci modele de sere amplasabile pe clădiri, cu

acoperişurile cu două şi patru pante, cu unghiuri diferite între pante, asemănătoare principial cu cele

incluse în Codul CR-1-1-4/2012, expuse curenţilor de aer frontali şi laterali, care se deplasează cu

viteze de până la 30 m/s;

realizarea practică a cinci modele de sere cu suprafeţele bazelor şi înălţimile identice, cu

acoperişurile cu două sau patru pante şi cu unghiuri diferite între pante, similare celor simulate

teoretic, care au fost supuse cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic HM170 Educational

Wind Tunnel. G.U.N.T. Gerätebau GmBH. Barsbüttel, Germany;

realizarea dispozitivelor necesare montării machetelor în tunelul aerodinamic, în vederea

măsurării simultane a presiunilor în 16 orificii de pe pereţii verticali frontali şi laterali şi de pe

pantele acoperişurilor şi pentru măsurarea forţei de împingere exercitată de curentul de aer pe

direcţia frontală şi laterală a machetelor;

pe baza cercetărilor din această lucrare se recomandă utilizarea criteriului Froude la studiul prin

similitudine al vitezei curentului de aer care solicită machetele din tunelul aerodinamic, respectiv

serele amplasate pe acoperișurile clădirilor.

analiza şi compararea rezultatelor cercetărilor teoretice cu cele experimentale şi compararea

acestora cu cele prevăzute în Codul CR-1-1-4/2012 şi evidenţierea valabilităţii metodicii de

cercetare stabilită iniţial.

7.4. Direcţii viitoare de cercetare

În urma încheierii cercetărilor din această lucrare prin atingerea obiectivului principal, se degajă

mai multe direcţii viitoare de cercetare, precum:

cercetarea teoretică şi experimentală a unor noi forme constructive de sere amplasabile pe

clădiri, ca de exemplu cele cu acoperişurile sub formă de boltă semicilindrică sau semisferică

(experimental), care se pot încadra cu succes în peisajul urbanistic;

simularea teoretică şi cercetarea experimentală a comportamentului diferitelor modele de sere

amplasabile pe acoperişuri la acţiunea unor curenţi de aer cu viteze mai mari decât cele avute în

vedere în lucrare,dar şi la acţiunea combinată a intemperiilor, turbulenţelor etc.;

studierea executării serelor de pe acoperişuri din cele mai noi şi mai performante materiale şi

colaborarea cu producătorii de asemenea materiale, în vederea obţinerii siguranţei maxime în

exploatare, simultan cu satisfacerea pe deplin a factorilor de mediu solicitaţi de plante;

studierea folosirii unor echipamente necesare echipării serelor, care să satisfacă atât cerinţele

funcţionale şi de automatizare, dar să fie şi suficient de uşoare, astfel ca apăsarea serelor pe

acoperişurile clădirilor să fie minimă.


_______________________________________________________________________________________________


BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

[1] Alexandri, Al., Lemeni, V.: Dezinfectarea şi dezinsectizarea solului, Editura Agro-Silvică,

Bucuresti, 1968.

[2] Badiu, E., Brătucu, Gh.: Researches Regarding the Causes of Degradation of Roof Systems, in

The 5th

International Conference Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC

2013 24-25 October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1, pag. 353-356, ISBN 978-606-19-0225-5.

[3] Badiu, E., Brătucu, Gh.: Research on Degradation by Corrosion of Some Components of

Buildings Roofs, in The 5th

International Conference Computational Mechanics and Virtual

Engineering COMEC 2013 24 - 25 October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1, pag. 357-360, ISBN

978-606-19-0225-5.

[4] Badiu, E., Brătucu, Gh: The Effects of Wind on Roof Systems for Buildings , în Bulletin of the

Transilvania University of Brasov, VOL. 7 (56) No. 1 – 2014, Series II – Forestry • Wood Industry

• Agricultural Food Engineering, pag. 67 – 72, ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143(CD-

ROM).

[5] Badiu E.C., Brătucu Gh,: Research on the Construction on the Greenhouses Located on the

Roofs of Buildings , in The 5th

International Conference COMAT 2014, Brasov, 2014, Vol. 2, p.

237-242, ISBN 978-606-19-0411-2.

[6] Badiu, E.C., Brătucu, Gh., Păunescu, D.D: Types of Infrastructure Used for Crowing Plants in

Greenhouses Located on the Roofs of Buildings , in The 5th

International Conference COMAT

2014, Brasov, 2014, Vol. 2, pag. 243-246, ISBN 978-606-19-0411-2.

[7] Badiu, E.C., Lateş, M.T., Brătucu, Gh.: “Simulation of the Solicitations to which Greenhouses

Located on Rooftops are Subjected Based on Modeling with Finite Element Method”, în Bulletin of

the Transilvania University of Brasov, VOL. 8 (57) No. 2– 2015, Series II – Forestry • Wood

Industry • Agricultural Food Engineering, pag. 61-68, ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143

(CD-ROM).

[9] Badiu, E.C., Brătucu, Gh., Păunescu, D.D.: Reducing the Effect of Urbanization on Global

Warming by Putting of Greenhouses on Rooftops, in The 6th

International Conference

Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15- 16 October 2015, Braşov,

Romania, pag. 496-504, ISSN 2457-8541.

[10] Badiu, E.C., Lateş, M.T., Brătucu, Gh.: Experimental Research on Determination of Drag

Coefficient of the Greenhouses Located on Roofsof Buildings, in Bulletin of the Transilvania

University of Braşov • Series II • Vol. 9 (58) No. 1. 2016. p 43-50, ISSN 2065-2135 (Print), ISSN

2065-2143 (CD-ROM).

[11] Badiu, E.C.: Opinion: Cat Losses and when Building Codes, Design Fail, in

PROPERTUCASUALTY 360 DAILY ENEWS 28.08.2012, ALM Media Corporate

HEADQUARTERS 120 Broadway 5th Floor New York, NY 10271, USA. (4.).

[12] Bodolan, C., Brătucu, Gh.: Current Issues Regarding Growing Plants in Romanian

Greenhouses, in The 4th

International Conference COMAT 2012, Brasov, 2012, Vol. 3, pag. 691-

695, ISBN 978-973-131-162-3.

[13] Bodolan, C., Brătucu, Gh.: Heat and Light Requirements of Vegetable Plants, in The 5th

International Conference Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2013, 24- 25

October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1, pag. 361-364, ISBN 978-606-19-0225-5.

[18] Bodolan, C., Costiuc, L., Brătucu, Gh.: Greenhouse Energy Management Simulation Model,

in. Bulletin of the Transilvania University of Braşov • Series II • Vol. 9 (58) No. 1, 2016, pag. 51-

58 ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143 (CD-ROM).

[19] Brătucu, Gh., Păunescu, C.G., Păunescu, D.D., Badiu, C.E.: Establishing Configuration

and Mathematical Model of System by Automatically Adjustment for Humidity and Airflaw in


_______________________________________________________________________________________________


Greenhouses for Vegetables and Flowers, in The 6th

International Conference Computational

Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15-16 October 2015, Braşov, Romania,

pag. 527-535, ISSN 2457-8541.

[20] Brătucu, Gh., Gruia, R., Gaceu, L., Pirnă, I., Aspecte actuale ale economiei şi

managementului fermelor agricole, Editura Universităţii Transilvania Braşov, 2002.

[21] Brătucu, Gh., Tehnologie agricolă, Editura Universităţii “Transilvania” Braşov, 1999.

[22] Brătucu, Gh., Management agricol, Editura Universităţii “Transilvania” Braşov, 1999.

[23] Brătucu, Gh., Păunescu, C.G.: Contribution to Perfecting Automatic Adjustment of

Temperature Vegetables and Fruits Warehouses, International Symposium „Trends in the

European Agriculture Development”, 20-21 mai 2010, Timişoara, România, 7th

Session „Power

Resurces and Agricultural Machinery”, Vol. 42 (1) 1-688(2010), pag. 571-577, ISSN 2066-

1843.

[24] Brătucu, Gh., Căpăţână, I.: Cercetări privind utilizarea surselor regenerabile pentru

eficientizarea energetică a fermelor si pensiunilor agroturistice, Simpozion Agricultura

durabilă. Soluţii si perspective, INMATEH 2007-II, Bucuresti, România, pag. 89-99, 2007.

[25] Casciati, F., Fuggini, C.: Engineering vibration monitoring by GPS: long duration records.

Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 8.3 (2009): 459-467.

[26] Castelano, S.: Loads Interaction Domains Methodology for the Design Of Steel

Greenhouse Structures, Journal of Agricultural Engineering, 2007, nr. 1, pag. 21-29.

[28] Ceauşescu, I.: Legumicultură generală şi specială, Editura Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti, 1984.

[29] Ceauşescu, I.: Cultura legumelor, Editura Ceres, Bucureşti, 1979.

[30] Celebi, M.: GPS in dynamic monitoring of long-period structures. Soil Dynamics and

Earthquake Engineering, 20.5 (2000): 477-483.

[34] Drunek, J. Cercetări privind optimizarea energetică a lucrărilor de pregătire a patului

germinativ în sere, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, 2009, Conducător

ştiinţific Brătucu, Gh.

[35] Duţă, A.: Ingineria sistemelor legumicole, Editura Universitaria, Craiova, 2004.

[37] Florea, C., Brătucu, Gh., Păunescu, D.D.: Research on Using the GPS to Improve the

Works on Herbs' Acreage, in The 4th

International Conference COMAT 2012, Brasov, 2012,

Vol. 3, pag. 801-804, ISBN 978-973-131-162-3.

[38] Ghimbăsan, R.: Bazele agrobiologice ale mecanizării agriculturii, Universitatea

Transilvania din Brasov, 1992.

[40] Greavu, V., Covaciu, D., ş.a.: Eco-adăposturi modulare, dezvoltare de produs, Raport final

privind efectul vântului, Contract nr.464/17.04.2013, Operaţiunea 0233-2011-1.

[44] Kószó, J.: Télikertek, Editura Szukits, Szeged, 1999.

[45] Labowsky, H.: Termesztőházak jellemzői, típusai, Kertészet és szőlészet, nr. 52-53/ 1998,

pag. 26-27.

[46] Láng, Z., ş.a.: A zöldség-, dísznövény- és szaporítóanyag – termesztés berendezései és

gépei, Editura Mezőgazda, Budapesta, 1999 (3.1.2.-7).

[48] Li, Xiaojing, et al.: Full-scale structural monitoring using an integrated GPS and

accelerometer system. GPS solutions 10.4 (2006): 233-247.

[50] Marinescu, A.: Mecanizarea lucrărilor din sere, solarii şi ciupercării, Editura Ceres,

Bucureşti, 1986.

[52] Mihăilescu, T.: Athos. Arhitectură şi spaţiu sacru. Editura Libris Braşov, Cod LIB978-606-

19-0354-2, 2014.

[53] Mihăilescu, T.: Braşov: Atmosfera, Arhitectură şi Spaţiu Urban, Editura Libris Braşov,

Cod LIB978-606-19-0400-6, 2014.


_______________________________________________________________________________________________


[56] Mitroi, A., Epure, D.G.: Diminuarea emisiilor de CO2 la folosirea energiei de către

utilajele agricole. Lucrările celei de a 8-a Conferinţe Naţionale pentru protecţia mediului prin

biotehnologii şi a celei de a 5-a Conferinţe Naţionale de ecosanogeneză, Braşov, 2007.

[61] Pasztor, J., Brătucu, Gh.: Aspecte actuale ale cultivării plantelor în serele din România,

Simpozion Tehnologii de mecanizare şi echipamente tehnice pentru agricultură şi industria alimentară,

armonizate la practica U.E., INMATEH 2007-III, Bucureşti, România, pag. 173-182, 2007.

[62 ]Păunescu, D.D., Brătucu, Gh.: Aspects Regarding the GPS Using for Fuctional Indices

Monitoring of the Seeders Machines, în Journal of EcoAgriTourism, Vol.6 (2010), nr. 3 (20),

pag. 176-179, ISSN 1844-8577 ( BIOATLAS 2010-International Conference New Research in

Food and Tourism- 28-30 mai 2010- Braşov-Romania).

[64] Păunescu C., Brătucu, Gh: Research Regarding Temperature Determination in Different

Zones of Warehouses for Fruits and Vegetables, in Buletinul Conferintei COMAT 2010

(International Conference Research and Innovation in Engineering), 27-29 oct. 2010, vol III, p

188-191, Braşov, Romania, (sub egida FISITA) ISSN: 1844-9336.

[65] Păunescu, D.D., Brătucu, Gh., Păunescu, S., Atanasov, A.: Research Regarding the Use of

the GPS in Monitoring Agricultural Sowing, in INMATEH Agricultural Engineering, Vol. 31,

No2/2010, pag. 75-82 ,ISSN: 2068-4215, Bucureşti, Romania.

[66] Păunescu C.G., Brătucu, Gh: Equipments Used for Humidity Control in Warehouses for

Fruits and Vegetables, in Proceedings of the Third International Conference, vol. 2, pag. 159-

163, Lozenec, Bulgaria, 2011, ISSN: 1313-7735.

[67] Păunescu, C.G., Brătucu, Gh.: Climatic Factors Measurement in a Warehouse without

Automatic Control Systems in Bulletin of the Transilvania University of Brasov • Vol. 4 (53)

No.1 – 2011 Series II- Forestry • Wood Industry • Agricultural Food Engineering, pag. 115-122,

ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143 (CD-ROM).

[69] Păunescu. G.C.: Contribuţii la perfecţionarea proiectării sistemelor de reglare automată a

factorilor climatici în depozitele de legume şi fructe Teză de doctorat,Universitatea Transilvania

Braşov, 2010, Conducător ştiinţific Brătucu, Gh.

[70] Popescu, S., Ghinea, T.: Automatizarea maşinilor şi instalaţiilor folosite în agricultură,

Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1986.

[71] Pricop, Gh., ş.a.: Irigaţii, Editura Ceres, Bucuresti, 1989.

[73] Robertson, A.PAG., Hoxey, R.PAG.: Structural Design of Greenhouses with an Emphasis on

Wind Loading. Paper Workshop European Greenhouse Standards (1991), Barcelona, Spain, 49-57.

[75] Rus, F.: Utilizarea criteriilor de similitudine în modelarea proceselor. Universitatea

George Bariţiu Braşov, Economia Orizont 2000 pag.411-417, ISBN 973-97692-1-7.

[81] Velasquez, R. ş.a.: Vegetated Roof Design and Construction, HalfMoon Education Inc.

LLC, PAG.O.Box 278, Altoona, WI 54720-0278, http://www.halfmoonseminars.com/ 2012.

[90] Yi, Ting‐H., Hong‐Nan L., and Ming G.: Recent research and applications of

GPS‐based monitoring technology for high‐rise structures, Structural Control and Health

Monitoring, 20.5 (2013): 649-670.

[94] http://www.academia.edu/.../SPAŢIILE, acces. 25.04.2016.

[95] http://www.acoperismagazin.ro, acces. 02.04.2016.

[96] http://artagradinilor.ro, acces. 08.04.2016.

[100] http://www.bauder.ro, acces. 02.10.2015.

[102] http://www.climatesmartplanning.org/../practical-evaluation, acces. 22. 04. 2016.

[103] http://www.conceptualdevices.com, acces. 23.06.2015.

[105] http://www.dreptonline.ro/legislatie/lege_spatii_verzi.php, acces. 02.04.2016.

[108] http://www.ecomagazin.ro, acces. 25.04.2016.

[112] https://en.wikipedia.org/wiki/Drag _coefficient, acces. 15.10.2015.

[113] https://www.flickr.com/photos/imuttoo, acces. 28.04.2016.

[114] http://floridegradina-pomi-arbusti.com, acces. 07.03.2016.


_______________________________________________________________________________________________


[116] http://www.farmtek.com, acces. 03.04.2014.

[117] http://www.gazetadeagricultura.info/.../16188-sa-transforma, acces. 20.04.2016.

[120] http://gothamgreens.com, acces.18.03.2015.

[126] http://www.gradinamea.ro/Cultura_hidroponica /.._3475_537_1.html, acces. 09.06.2016.

[127] http:/www.gunt.de, acces 15.06.2016.

[128] https://ipcc- wg2.gov/njlite_download2.php?id=9237, acces. 24.04.2015.

[129] http://www.legalis.ro/.../legea-24_2007_reglementare_admi., acces. 03.04.2016.

[130] http://www1.toronto.ca, acces. 02.04.2016.

[131] http://lufa.com/fr/, acces. 25.10.2015.

[132] http://www.marcoser.ro, acces.10.06.2016.

[133] http://www.nexuscorpag.com/, acces. 21.04.2015.

[134] http://www.nccrs.com, acces. 09.06.2016.

[135] http://www.primariatm.ro/.../cap%20I%20strategie%20sp_v , acces. 02.03. 2016.

[137] http://posdru.afiprofamilia.ro acces. 15.05.2016.

[138] http://www.revistacalitateavietii.ro/2009/ CV-3-4.../03.pdf, acces. 15.04 2016.

[139] http://www.rasunetul.ro/mirela-parker-sa-transformam, acces. 21.04.2016.

[142] http://stirileprotv.ro/stiri/social/programul-casa-verde, acces. 03.04.2016.

[146] https://www.scribd.com/doc/.../CR-1-1-4-2012-Normativ-vant, acces. 20.03.2014.

[147] http://www.tucsonnewsnow.com, acces. 22.09.2015.

[149] http://www.uq.edu.au/uqabroad/nanyang-technological-university, acces. 28.04.2016.

[152] https://www.york.ac.uk/media/chp/documents/2008/greenspace2008.pdf, acces. 24.04.2016.


_______________________________________________________________________________________________


ANEXE


_______________________________________________________________________________________________



_______________________________________________________________________________________________


Anexa 1

Curriculum vitae

Informaţii personale

Nume şi prenume BADIU, Eduard Cătălin

Adresă Str. Teiului, bl.54B, sc.B, ap.5, Făgăraş, România

Telefon 0368-811-311 sau 0760-335-475

E-mail [email protected]

Naţionalitate Română

Data naşterii 29.07.1968

Educaţie şi formare

Perioada 2012-prezent

Calificarea/diploma

obţinută

Doctorand

Numele instituţiei de

învăţământ

Universitatea Transilvania din Braşov

Perioada 1987-1993

Calificarea/diploma

obţinută

Inginer Diplomat

Numele instituţiei de

învăţământ

Institutul Politehnic „Traian Vuia” din Timişoara

Facultatea de Construcţii

Limba(i) străină(e)

cunoscută(e)

Engleză, Germană

Competenţe şi

aptitudini tehnice

Windows OS, Microsoft Office, MathCAD

Informaţii

suplimentare

Prim autor sau co-autor la 11 articole ştiinţifice publicate în

reviste de specialitate din România şi străinătate;

Speaker la diverse Seminarii şi Simpozioane din SUA;

Inginer Licenţiat în 16 State in SUA;

Antreprenor General Certificat în Statul Florida (2007);

Antreprenor Certificat pentru acoperişuri în Statul Florida

(2006);

Martor Expert în materie cu Departamentul de acordare a

Licenţelor in industria construcţiilor în Statul Florida (FL

CILB);

Martor Expert în materie cu Consiliul National al

Examinatorilor în Inginerie şi Topografie (NCEES) din

Clemson, Carolina de Sud, SUA;

Specialist Structural în Căutare şi Salvare Urbană cu

Agenţia Federală de Management in situaţii de Urgenţă

(FEMA) şi Corpul de Ingineri ai Armatei Statelor Unite

(USACE);


_______________________________________________________________________________________________


Curriculum vitae

Personal information

Name BADIU, Eduard Catalin

Address Str. Teiului, bl.54B, sc.B, ap.5, Făgăraş, Romania

Telephone 0368-811-311 or 0760-335-475

E-mail [email protected]

Nationality Romanian

Birth date 29.07.1968

Education and

formation

Period 2012-present

Qualification Ph.D. Student

Education institution Transilvania University of Braşov

Period 1987-1993

Qualification Diplomat Engineer

Education institution „Traian Vuia” Polytechnik Institute Timişoara

Civil Engineering Faculty

Foreign languages English, German

Technical competences Windows OS, Microsoft Office, MathCAD

Supplementary

information

First author or co-author at 11 scientifically papers

published in specialized magazines in Romania and

abroad;

Speaker at various Seminars and Symposiums;

Professional Engineer in 16 states in USA;

Certified General Contractor in Florida, USA (2007);

Certified Roofing Contractor in Florida, USA (2006);

Subject Matter Expert with Florida Construction

Industry Licensing Board (FL CILB);

Subject Matter Expert with National Council of

Examiners in Engineering and Surveying (NCEES);

Urban Search & Rescue Structural Specialist with

Federal Emergency Management Agency (FEMA) and

US Army Corps of Engineers (USACE);


_______________________________________________________________________________________________


Anexa 2

Lucrări elaborate de autor în domeniul tezei de doctorat

A. Lucrări ştiinţifice publicate

1. Badiu, E., Brătucu, Gh.: Researches Regarding the Causes of Degradation of Roof

Systems, in The 5th

International Conference Computational Mechanics and Virtual

Engineering COMEC 2013 24- 25 October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1, pag. 353-

356, ISBN 978-606-19-0225-5.

http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/414/1/353%20-

%20356%2c%20Badiu%201.pdf

2. Badiu, E., Brătucu, Gh.: Research on Degradation by Corrosion of Some Components

of Buildings Roofs, in The 5th

International Conference Computational Mechanics and

Virtual Engineering COMEC 2013 24- 25 October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1,

pag. 357-360, ISBN 978-606-19-0225-5.


%20360%2c%20Badiu%202.pdf

3. Badiu, E., Bratucu, Gh: The Effects of Wind on Roof Systems for Buildings, în Bulletin

of the Transilvania University of Brasov, VOL. 7 (56) No. 1 – 2014, Series II – Forestry

• Wood Industry • Agricultural Food Engineering, pag. 67 – 72, ISSN 2065-2135

(Print), ISSN 2065-2143(CD-ROM).

http://webbut.unitbv.ro/BU2014/Series%20II/BULETIN%20II%20PDF/10_BADIU%2

0Bratucu_07.04.pdf

4. Badiu E.C., Brătucu Gh,: Research on the Construction on the Greenhouses Located on

the Roofs of Buildings , in The 5th

International Conference COMAT 2014, Brasov,

2014, Vol. 2, p. 237-242, ISBN 978-606-19-0411-2.

http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/728/1/45_Badiu-Bratucu_1.pdf

5. Badiu E.C., Brătucu, Gh. Păunescu D.D: Types of Infrastructure Used for Crowing

Plants in Greenhouses Located on the Roofs of Buildings , in The 5th

International

Conference COMAT 2014, Brasov, 2014, Vol. 2, p. 243-246, ISBN 978-606-19-0411-2.


495%20Art.%201%20COMEC%202015%20Badiu.pdf

6. Badiu, E.C., Lateş, M.T., Bratucu Gh.: “Simulation of the Solicitations to which

Greenhouses Located on Rooftops are Subjected Based on Modeling with Finite

Element Method”, în Bulletin of the Transilvania University of Brasov, VOL. 8 (57) No.

2– 2015, Series II – Forestry • Wood Industry • Agricultural Food Engineering, pag. 61-

68, ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143(CD-ROM)

http://webbut.unitbv.ro/BU2015/Series%20II/BULETIN%20I/AFT_01-Badiu.pdf

7. Brătucu, Gh., Păunescu, C.G.,Păunescu, D.D., Badiu, C.E.: Establishing Configuration

and Mathematical Model of System by Automatically Adjustment for Humidity and

Airflaw in Greenhouses for Vegetables and Flowers, in The 6th

International Conference

Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15- 16 October

2015, Braşov, Romania, pag. 527-535, ISSN 2457-8541. http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/handle/123456789/1935

8. Badiu, E.C., Lateş, M., Bratucu Gh., Păunescu, D.D., Covaciu, D.: Experimental

Research on the Mechanical Solicitations of the Greenhouses of Vegetables and

Flowers Located on Rooftops, in The 6th

International Conference Computational

http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/414/1/353%20-%20356%2c%20Badiu%201.pdf




http://webbut.unitbv.ro/Bulletin/2014/Series_II/BULETIN%20II%20PDF/10_BADIU%20Bratucu_07.04.pdf

http://webbut.unitbv.ro/BU2014/Series%20II/BULETIN%20II%20PDF/10_BADIU%20Bratucu_07.04.pdf

http://webbut.unitbv.ro/BU2014/Series%20II/BULETIN%20II%20PDF/10_BADIU%20Bratucu_07.04.pdf

http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/728/1/45_Badiu-Bratucu_1.pdf

http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/1941/1/87%20488-495%20Art.%201%20COMEC%202015%20Badiu.pdf


http://webbut.unitbv.ro/BU2015/Series%20II/BULETIN%20I/AFT_01-Badiu.pdf

http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/handle/123456789/1935


_______________________________________________________________________________________________


Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15- 16 October 2015, Braşov,

Romania, pag. 488-495, ISSN 2457-8541.


495%20Art.%201%20COMEC%202015%20Badiu.pdf

9. Badiu, E.C., Bratucu Gh., Păunescu, D.D.: Reducing the Effect of Urbanization on

Global Warming by Putting of Greenhouses on Rooftops, in The 6th

International

Conference Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15- 16

October 2015, Braşov, Romania, pag. 496-504, ISSN 2457-8541. http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/handle/123456789/1940

10. Badiu, E.C., Lateş, M.T., Brătucu, Gh.: Experimental Research on Determination of

Drag Coefficient of the Greenhouses Located on Roofsof Buildings, in Bulletin of the

Transilvania University of Braşov • Series II • Vol. 9 (58) No. 1. 2016. p 43-50, ISSN

2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143(CD-ROM).

http://webbut.unitbv.ro/Bulletin/Series%20II/2016/BULETIN%20I%20PDF/01_BADIU

.pdf

11. Badiu, E.C.: Opinion: Cat Losses and when Building Codes, Design Fail, in

PROPERTY & CASUALTY 360O 28.08.2012, ALM Media Corporate

HEADQUARTERS 120 Broadway 5th Floor New York, NY 10271, USA

http://www.propertycasualty360.com/2012/08/28/opinion-cat-losses-and-when-building-

codes-design?page=4&page_all=1

B. Lucrări prezentate în cadrul pregătirii la Şcoala Doctorală

1. Badiu, E.C.:Cerinţe impuse serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor din mediul urban

construit, Raport de cercetare ştiinţificădin cadrul Programului individual de doctorat, Universitatea

Transilvania din Braşov, 2015.

2. Badiu, E.C.: Cercetări teoretice privind solicitările structurilor de rezistenţă ale serelor

amplasate pe acoperişurile clădurilor din mediul urban construit, Raport de cercetare ştiinţifică din

cadrul Programului individual de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, 2015.

3. Badiu, E.C.: Cercetarea solicitărilor serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor prin

simulări teoretice şi cercetări experimentale, Raport de cercetare ştiinţifică din cadrul Programului

individual de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, 2015.



http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/handle/123456789/1940

http://webbut.unitbv.ro/Bulletin/Series%20II/2016/BULETIN%20I%20PDF/01_BADIU.pdf

http://webbut.unitbv.ro/Bulletin/Series%20II/2016/BULETIN%20I%20PDF/01_BADIU.pdf

http://www.propertycasualty360.com/2012/08/28/opinion-cat-losses-and-when-building-codes-design?page=4&page_all=1

http://www.propertycasualty360.com/2012/08/28/opinion-cat-losses-and-when-building-codes-design?page=4&page_all=1


_______________________________________________________________________________________________


Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori


Rezumat

Conducător ştiinţific, Doctorand,

Prof. univ. dr. ing. Gheorghe BRĂTUCU Ing. Euard Cătălin BADIU

Una dintre soluţiile pe care societatea contemporană le propune pentru diminuarea efectelor

negative ale fenomenelor de încălzire globală, creştere explozivă a populaţiei sau urbanizare haotică

o reprezintă „oraşul verde”,concept materializat prin protejarea spaţiilor verzi de pe sol,

„înverzirea” acoperişurilor şi teraselor clădirilor, iar mai nou prin amplasarea de sere pe

acoperişurile clădirilor din mediul urban. În comparaţie cu serele amplasate pe sol, care se bucură

de o anumită tradiţie şi standardizare, serele de pe acoperişuri trebuie să satisfacă restricţii

suplimentare impuse de arhitecţii urbanişti, să exercite asupra plafoanelor apăsări minime, să

promoveze cultivarea plantelor în sistem hidroponic, să folosească echipamente şi instalaţii

automatizate etc. Problema evitată oarecum de către constructorii de sere pe acoperişuri o reprezintă

cunoaşterea cât mai aprofundată a solicitărilor mecanice la care sunt expuse aceste construcţii , în

special din partea acţiunii vântului. Pornind de la recomandările Codului CR-1-1-4/2012, în această

lucrare se studiază teoretic prin simulare cu metoda elementului finit şi practic cu ajutorul tunelului

aerodinamic, comportamentul la acţiunea vântului cu viteze de până la 30 m/s, a cinci

modele(machete) de sere cu acoperişurile cu două sau patru pante şi cu unghiuri diferite între ele.

Valorile comparative ale presiunilor/sucţiunilor, forţelor de împingere şi coeficienţilor aerodinamici

obţinuţi validează metodele de cercetare din lucrare, recomandându-le pentru utilizarea practică.

-

Research regarding the Mechanical Solicitations of Greenhouses for Vegetables

and Flowers Located on Rooftops

Abstract

Scientific coordinator, Ph.D. Student,

Professor PH.D.Eng. Gheorghe BRĂTUCU Eng. Eduard Cătălin BADIU

One of the solutions that contemporary society proposes to reduce the negative effects of the

phenomena of global warming, explosive growth of population and chaotic urbanization is the

"green city", concept materialized by protecting green spaces on the ground, "greening" of roofs

and terraces of buildings and more recently by putting greenhouses on rooftops in urban areas.

Compared to greenhouses located on the ground which enjoys a certain tradition and

standardization, greenhouses on roofs must meet additional restrictions imposed by architects

planners, exercise on ceilings presses minimum, to promote the cultivation of plants in hydroponic

system, use automated machinery and installation etc. The problem somehow avoided by

manufacturers of greenhouses on roofs is to know that more thorough mechanical stress they are

exposed to these constructions, especially from the wind. Code recommendations from CR-1-1-4 /

2012 in this paper is studied theoretically by finite element simulation and experimental in wind

tunnel to the action of wind with speeds up to 30m/s, five models (machets) of greenhouses roofs

with two or four slopes with different angles between them. Comparative amounts of

pressure/suction, thrust forces and aerodynamic coefficients obtained validate the research methods

of work, recommending them for practical use.

universitatea transilvania din brasov - old.unitbv.roold.unitbv.ro/portals/31/sustineri de...

Documents