Consolidarea cladirii Primariei Municipiului Bucuresti prin metoda izolarii bazei

Se spune ca timpul le rezolva pe toate. Poate si in cazul de fata cand s-a pus problema consolidarii si modernizarii uneia dintre cele mai reprezentative cladiri care gazduieste de ani buni Primaria Capitalei noastre.

Afectata si ea in timp de uzura fizica, de cutremure si intemperii, cladirea amintita trebuie salvata de la urmari grave.

Este si motivul care i-a determinat pe specialistii in materie sa studieze si sa propuna solutiile cele mai eficiente de mentinere in „viata“ si functiune a unui edificiu emblematic pentru Romania.

Iata despre ce este vorba.

Cladirea in care functioneaza Primaria Generala a Municipiului Bucuresti a fost construita in perioada 1906-1911 pe terenul din fata Gradinii Cismigiu, fiind proiectata de catre arhitectul Petre Antonescu. Proiectul  structurii de rezistenta a fost intocmit de catre ing. Elie Radu si ing. Gogu Constantinescu.

Constructia este aliniata cu fatada principala la Bulevardul Regina Elisabeta, avand in plan forma de «E» cu deschiderea catre Splaiul Dambovitei. Intrarea principala se face prin corpul central, iar in corpurile laterale exista cate o intrare separata de intrarea secundara. Intrarea principala este tratata mai amplu in plan si intr-o arhi­tectura mai bogata si expresiva in fatada.

Cladirea figureaza pe lista monumentelor istorice din municipiul Bucuresti (foto 1).

Dimensiunile in plan ale constructiei sunt:

• lungime: 89,18 m pe Bulevardul Regina Elisabeta;

• lungime: 65,00 m pe aripa str. Elie Radu si str. Anghel Saligny;

• inaltimea: 20,80 m si local 25,80 m peste sala de festivitati;

• suprafata construita desfasurata A_cd = 21.992 m2;

• suprafata construita la sol A_c = 3.814 m2.

Constructia este executata din zidarie de caramida si cu plansee din beton armat, cu chesoane intoarse, avand latimea de 1,00 m.

Dimensiunile zidariei de caramida sunt importante, astfel:

• demisolul are zidarie cu grosimea de 112 cm la exterior si 70 cm la interior;

• parterul are zidarie cu grosimea de 70 cm la exterior si 56 cm la interior;

• etajele 1, 2 si 3 au zidarie cu grosimea de 56 cm la exterior si 42 cm la interior;

• etajul 4 – mansarda si acoperis.

Constructia a fost fundata pe un radier general din beton simplu, avand inaltimea de h_r = 1,30 m, turnat pe o perna de nisip compactat natural prin inundare timp de un an. Materialele folosite sunt cele obis­nuite din acea perioada.

Evenimentele deosebite la care a fost supusa constructia sunt:

• cutremurul din 10.11.1940 cu M = 7,4 Richter;

• supraetajarea cu etajul 3 reali­zata in anul 1948;

• modificari la interior prin amenajarea salii de consiliu la etajul 1 in anul 1968;

• cutremurul din 04.03.1977 cu M = 7,2 Richter;

• cutremurul din 30.08.1986 cu M = 7,0 Richter;

• cutremurul din 30.05.1990 cu M = 6,7 Richter.

Cladirea a fost expertizata in anul 1995 si a fost elaborat un proiect de consolidare in solutie clasica. Concluzia care se desprinde din solutia preconizata pentru consolidarea clasica a cladirii este ca executarea acestui ansamblu de lucrari nu se poate efectua concomitent cu functionarea activitatii in Primarie – institutie care are o stransa legatura cu populatia, deoarece lucrarile de consolidare se desfasoara in toate spatiile de birouri. Prin zgomotul produs de utilaje, prin praful si molozul rezultat, din cauza operatiilor de montare de armaturi, cofrare si betonare, lucrarile de consolidare nu se pot efectua concomitent cu func­tionarea activitatii in Primarie.

Rezulta astfel necesitatea intreruperii activitatii Primariei si mutarea provizorie a acesteia pentru cinci ani in alta cladire.

Solutia de consolidare prin aplicarea metodei izolarii bazei

Calculul structurii izolate pentru cladirea Primariei Municipiului Bucuresti a fost realizat automat, utilizand programul ETABS NON-LINEAR v.8.4.5 (licenta 7915/2005).

La nivelul interfetei izolate, a fost modelat un sistem bidirectional de grinzi din beton armat, care sa reflecte comportarea cadrului purtator.

Pentru modelarea sistemului izolator, s-au utilizat mai multe variante de legi constitutive, printre care mentionam:

• sistem izolator cu comportare liniar elastica;

• sistem izolator cu comportare biaxial-histeretica;

Analiza cladirii izolate a implicat desfasurarea de calcule dinamic liniare, respectiv neliniare de tip time-history, cu integrarea directa a ecuatiilor diferentiale de miscare, pe baza unor accelerograme inregistrate pe amplasamentul INCERC la cutremurele din 1977, 1986 si 1990 (cu conditii de teren similare cu cele de pe amplasamentul cladirii Primariei Municipiului Bucuresti), cu acceleratia maxima scalata, astfel incat sa respecte valoarea a_g = 0,24 g in amplasament.

Pentru reducerea corespunzatoare a eforturilor in elementele structurale, ca si pentru reducerea valorilor deplasarilor relative de nivel, au fost considerate, pe rand, mai multe variante de dispunere a reazemelor izolatoare, si anume:

VARIANTA I: 223 reazeme izolatoare cu rigiditatea efectiva de 840 kN/m, rezultand valori ale peri­oadei de vibratie de:

T_izolat = 3,35; 3,22; 3,19 sec.;

VARIANTA II: 305 reazeme izolatoare cu rigiditatea efectiva de 600 kN/m, rezultand valori ale peri­oadei de vibratie de:

T_izolat = 3,27; 3,25; 3,20 sec. (fig. 1).

Pentru reducerea eforturilor de 4 ori pentru directia de actiune seismica paralela cu Bulevardul Elisabeta, respectiv de aproximativ 3 ori pentru directia de actiune seismica perpendiculara pe Bulevardul Elisabeta, in conditiile unei perioade de vibratie izolata T = 3,3 sec., se poate consi­dera cresterea valorilor gradului de asigurare de la R_transv = 0,27 la 0,81 pe directie transversala, respectiv de la R_long = 0,22 la 0,88 pe directie longitudinala.

In aceste conditii, potrivit Normativului P100/1992 cu modificarile si completarile din anul 1996 refe­ritoare la capitolele 11 si 12, dupa consolidare, cladirea Primariei Municipiului Bucuresti se incadreaza intre clasele de risc seismic RsIII si RsIV.

Clasa de risc seismic RsIII cores­punde constructiilor la care sunt asteptate degradari structurale care nu afecteaza semnificativ siguranta structurala, dar la care degradarile elementelor nestructurale pot fi importante, la cutremure avand intensitati corespunzatoare zonelor seismice de calcul (cutremurul de proiectare). Clasa de risc seismic RsIV corespunde constructiilor noi.

Valorile deplasarilor relative de nivel scad aproximativ de 11-12 ori pentru directia de actiune seismica paralela cu Bulevardul Elisabeta, respectiv de 7-8 ori pentru directia de actiune seismica perpendiculara pe Bulevardul Elisabeta, in conditiile unei perioade de vibratie izolata T = 3,3 sec., ajungand sa se inscrie in limitele prevazute de Codul P100/2006.

Distributia deplasarilor relative de nivel pe verticala arata o miscare generala de solid-rigid, cu o deplasare generala la nivelul interfetei izolate de 20-22 cm pe directia paralela cu Bulevardul Elisabeta, respectiv de 28-30 cm pentru directia de actiune seismica perpendiculara pe Bulevardul Elisabeta, in conditiile unei acce­le­ratii de varf a terenului de a_teren = 0,24 g, conform Codului P100-2006, si ale utilizarii sistemelor de amortizare vascoase sau a reazemelor izolatoare de tip HDRB.

Se mentioneaza ca sistemul izolator a fost dimensionat la un nivel sporit de asigurare, si anume, 10% probabilitate de depasire a valorii a_teren = 0,24 g in 50 ani, ajungandu-se astfel la un nivel echivalent al acce­leratiei de varf a terenului de a_g = 0,36 g.

Calculul cadrului purtator Si tehnologia executarii izolarii bazei

Pentru constructiile existente, separarea suprastructurii construc­tiei de legatura cu terenul trebuie sa indeplineasca mai multe conditii:

• nedeformabilitatea practica a suprastructurii constructiei sau, mai exact, pastrarea deformabilitatii in limite acceptabile;

• mentinerea sectiunii orizontale de la baza constructiei, in toate fazele de lucru, intr-un plan orizontal (fig. 2).

Pentru indeplinirea primei conditii de nedeformabilitate a structurii, se realizeaza, dupa o tehnologie speciala, un element nou din beton armat in zona in care se taie legatura constructiei cu fundatia, denumit „cadru purtator“ si care, de fapt, reprezinta o retea de grinzi plane solicitate la incarcari normale pe planul lor (foto 2).

Alegerea solutiei pentru alcatuirea cadrului purtator depinde de doi factori:

• modul de conformare si natura materialelor din care este alcatuita suprastructura cladirii;

• modul de rezemare a constructiei prin intermediul cadrului purtator pe elementele izolatoare.

Pentru cladirea Primariei Munici­piului Bucuresti care este o constructie realizata din zidarie portanta la exterior, ziduri interioare de compartimentare si partial structura din beton armat, s-a ales o solutie pentru cadrul purtator care sa inglobeze zidaria intr-o retea de grinzi, capabila sa asigure nedeformabilita­tea suprastructurii cladirii.

In vederea determinarii eforturilor in cadrul purtator,  s-au stabilit doua ipoteze de transmitere a incarcarilor:

• cadrul purtator solicitat de incarcarea statica provenita din suprastructura cladirii rezemata rigid;

• cadrul purtator solicitat de aceeasi incarcare, in ipoteza reze­marii elastice pe izolatori seismici.

Evaluarea incarcarilor s-a reali­zat in functie de structura si natura materialelor din care este construita cladirea. S-au evaluat greutatea totala si apoi incarcarile ce revin fiecarei grinzi a cadrului purtator, pe zone din toata suprafata desfasurata a constructiei. Incarcarile pot fi distribuite sau foarte concentrate.

Ipotezele de calcul pentru determinarea eforturilor in cadrul purtator sunt:

• cadrul purtator rezemat pe toti izolatorii seismici – elastic;

• cadrul purtator rezemat cu ipoteze de avarie:

• cedarea unui izolator seismic;

• cedarea a doi izolatori seismici, succesivi;

• alte ipoteze de avarie in functie de incarcari si de modul de conformare a cadrului purtator;

Calculul cadrului purtator s-a realizat cu un program  performant: ETABS 8.4.5. Pe baza acestui program, s-au calculat starea de eforturi (momente incovoietoare, momente de torsiune, forte taietoare), starea de deformatii si intensitatea reactiunilor pe izolatorii seismici, precum si tasarea reazemelor.

Pentru fiecare ipoteza de rezemare, s-au calculat mai multe variante si s-au exclus variantele care au condus la valori mult prea dife­rentiate pentru reactiuni sau pentru eforturile din bare.

Pentru constructiile existente, este necesara o proiectare speciala pentru realizarea cadrului superior (Cs) si a cadrului inferior (Ci) in scopul obtinerii separarii celor doua corpuri, necesitand studierea mai multor variante, deoarece trebuie avute in vedere conditiile particulare ale cladirii existente. Procedeul a fost brevetat sub nr. 120009/2005, autor conf. dr. ing. Adrian IORDACHESCU.

Dimensiunile si armarile grinzilor cadrului purtator au rezultat in urma calculului spatial realizat automat cu programul ETABS v.8.4.5. Astfel, au rezultat elemente din beton armat de clasa C30/35, cu dimensiuni cuprinse intre 70 x 120 cm si 150 x 120 cm, respectiv cu dimensiuni cuprinse intre 70 x 90 cm si 150 x 90 cm. Procentele de armare longitudinale ale acestor elemente se inscriu in gama de valori p = 1,04% – 1,18%, iar procentele de armare transversale ale acestor elemente se inscriu in gama de valori p = 0,28% – 0,5%.

Dimensiunile grinzilor cadrului purtator superior sunt corelate cu cerintele functionale, astfel incat circulatia in subsol nu este stanjenita, acesta pastrandu-si destinatia de subsol tehnic si spatii de depozitare. Calculul armaturii de rezistenta a luat in considerare o serie de ipoteze de lucru, si anume cadrul purtator rezemat pe toti izolatorii seismici, respectiv cedarea unui izolator seismic, sau cedarea a doi izolatori succesivi, in anumite cazuri.

Concluzii

Solutia de consolidare propusa de catre SC PROESCOM SRL pentru cladirea Primariei Municipiului Bucuresti aplica principiul izolarii bazei.

Reducerea eforturilor este de 4-5 ori pentru directia de actiune seismica paralela cu Bulevardul Elisabeta, respectiv de aproximativ trei ori pentru directia de actiune seis­mica perpendiculara pe Bulevardul Elisabeta, putandu-se considera urmatoarele valori ale gradului de asigurare:

R_transv = 0,81

R_long = 0,90

Distributia deplasarilor relative de nivel pe verticala arata o miscare generala de solid-rigid, cu o deplasare generala la nivelul interfetei izolate de 20 cm pe directia paralela cu Bulevardul Elisabeta, respectiv de 30 cm pentru directia de actiune seismica perpendiculara pe Bulevardul Elisabeta. Prin montarea de dispozitive de amortizare cuplate cu reazemele izolatoare, valorile deplasarilor la nivelul interfetei izolate pot fi reduse cores­punzator.

Din analiza valorilor deplasarilor relative de nivel se poate concluziona ca acestea respecta chiar si prevederile Codului de pro­iectare P100-2006, pentru starea limita de serviciu, pentru care D_rel x n 0,005 h_nivel, in conditiile in care noul cod de proiectare aduce modificari importante.

Interventiile asupra instalatiilor (termice, sanitare, electrice), liftului si chiar asupra arhitecturii intregului subsol apar necesare si ca urmare a solutiei constructive privind izolarea bazei cladirii, nu numai din cauza vechimii echipamentelor. Aceste probleme vor trebui rezolvate pentru a fi asigurate conditiile de functiona­litate a cladirii, atat pe perioada lucrarilor provizorii, cat si in faza finala, dupa realizarea izolarii bazei cladirii.

Dupa efectuarea lucrarilor de izolare a bazei constructiei, pentru partea de suprastructura se va efectua o analiza atenta a eventualelor avarii, cu ocazia decopertarii tencuielilor, si se vor aplica solutii noi de consolidare utilizand rasini sintetice, fibre de carbon sau grile polimerice etc., evitand executia cu tehnologii clasice.

Solutia de consolidare prin „metoda izolarii bazei“ prezinta o serie de avantaje importante fata de varianta de consolidare clasica, printre care:

• institutia nu-si intrerupe activitatea cu publicul, deoarece lucrarile se desfasoara de la cota terenului in jos, in subsolul cladirii;

• pastrarea configuratiei arhitecturale initiale, privind plastica fata­delor si volumetria ei (fara schimbarea dimen­siunilor elementelor structurale, implicit a constructiei in ansamblu), cladirea fiind declarata monument istoric si de arhitectura;

• durata de executie a lucrarilor de consolidare este mult redusa, deoarece constructorul isi poate desfasura activitatea in subsolul cladirii fara a avea dificultati din partea beneficiarului cu eliberarea frontului de lucru.

BIBLIOGRAFIE

1. ATC, 1997, Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, prepared by Applied Technology Council, for Building Seismic Safety Council and Federal Emergency Management Agency (Report No. FEMA 273), Washington, D.C.

2. Kelly, J.M.: “Earthquake – Resistant Design with Rubber”, Springer-Verlag, 1997.

3. Iordachescu, A.: „Constructii inteligente“, Reg. Arcadia, 2001.

4. Iordachescu, E.: „Translatia constructiilor“, Ed. Tehnica, 1986.

5. Park, R.; Tanaka, H.: „Flexural Strength and Ductility of High-Strength Concrete Columns“, ACI SP-176.

6. Skinner, R.I.; Robinson, W.H.; McVerry, G.H.: „An introduction to Seismic Isolation“, J. Wiley, 1993.

7. Structural Engineers Association of California (SEAOC), 1996, General Requirements of the Design and Construction of Seismic – Isolated Structures.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 32 – noiembrie 2007

Autori:
conf. dr. ing. Adrian IORDACHESCU – Universitatea de Arhitectura si Urbanism „Ion MINCU“ Bucuresti
dr. ing. Eugeniu IORDACHESCU – SC PROESCOM SRL