«

»

URETEK: Restaurare si consolidare cu fibre compozite

Share

Adaptarea structurala cu FRP (Fiber Reinforced Polymers) se bazeaza pe doua aspecte incontestabile, in ciuda subiectivitatii teoriilor cu privire la restaurare.

a) În restaurarea structurala o interventie are loc doar in cazul in care se pastreaza comportamentul structural de serviciu (utilizare). De fapt, o constructie care, in urma interventiei, poarta sarcinile de serviciu in mod diferit decat la inceput, inseamna ca este o alta constructie. În acest caz, operatiunea a fost anulata, pe langa faptul ca structura arhitectonica ramane nealterata iar exteriorul este conservat;

Un prim criteriu al adaptarii structurale este, deci, urmatorul: proiectarea unei interventii astfel incat sa sporeasca portanta ultima, aceasta reflectandu-se direct in cresterea sigurantei, dar, in acelasi timp, sa fie inerta in serviciu, conditie care nu influenteaza siguranta.

Cine studiaza o constructie care a fost supusa unei interventii de restaurare structurala, o vede lucrand in modalitatile originare, cu exceptia circumstantelor care se repeta mai rar decat la o suta de ani. Aceste circumstante sunt, in esenta, reprezentate de incarcaturi extreme sau de miscari seismice puternice. Numai in aceste situatii, la nivelul structurii se impune o interventie, care ii va consimti apoi sa tolereze actiuni de exceptie. În momentul in care interventia se face simtita, structura se comporta intr-un mod nenatural. De altfel, acele comportamente care sunt straine de conceptia de la origini, ii permit constructiei sa supravietuiasca.

Dupa cum s-a mai precizat, constructia lucreaza in mod nenatural doar in perioade scurte de timp din viata sa, si anume, in urma unei interventii de restaurare structurala. Acest criteriu este pe deplin respectat de consolidarea in compozit, intrucat consolidarile din FRP sunt inerte in serviciu, intrand in actiune doar in situatiile extreme. În schimb, exemple in care starea de serviciu este alterata sunt inserarile de structuri din C.A. sau din otel in masa peretilor. Uneori, aceste interventii se reduc la golirea edificiului, cu pastrarea doar a fatadelor, fiind insa sprijiniti cu structuri ex-novo, cum, de altfel, va fi si intreaga parte interioara. Sau, placarea peretilor, caz in care zidurile (cortine) de acoperire tind sa substituie peretele placat. La fel si invelitorile din beton armat pe bolti, care redau calotei peretelui rolul de plafon. Sau, mai rau, sistemele de suspendare a boltilor, care sunt nereusite din punct de vedere mecanic.

b) O interventie in adaptarea structurala are loc doar daca pastreaza tehnicile de constructie. De fapt, o constructie care, in urma interventiei, nu prezinta tehnicile de constructie originare, este, in realitate, o alta constructie. În acest caz, lucrarea a fost anulata, pe langa faptul ca straturile exterioare de tencuiala, frizele, consolele, invelisul componentelor au fost conservate.

Un al doilea criteriu de adaptare structurala este deci: proiectarea unei interventii de asa maniera incat sa mentina abilitatile constructive originare si, totodata, sa implice noi aporturi de materie care sa nu o compromita pe cea existenta. Acest criteriu este, din nou, pe deplin respectat de consolidarea in compozit, intrucat consolidarile din FRP se configureaza ca aporturi aditionale, care permit pastrarea componentelor originare in forma intacta.

Exemple in care tehnicile de constructie se anuleaza, sunt golirile structurilor de la extradosul boltilor, pentru a face loc noilor aporturi, ca de altfel substituirea suprafetelor peretilor cu structuri ex-novo. Restaurarea structurala isi propune, deci, sa salveze atat ideea, cat si materia. Exceptii de la aceasta propunere le constituie atat imbatranirea naturala a cladirii, cat si efectele alterarii antropogene. Pot constitui exceptie eventualele interventii din contextul istoriei. Restaurarea structurala reteaza de la radacina dihotomia intre siguranta structurala si conservarea arhitectonica: urmarirea sigurantei, conform celor doua criterii expuse mai sus, garanteaza in mod automat conservarea, fara a fi necesara o alta punere in acord.

Domeniul in care materialele compozite FRP au avut un rol major este reabilitarea si consolidarea structurilor din beton armat si din beton armat precomprimat. Pana acum cativa ani, utilizarea profilelor FRP era raspandita in primul rand in SUA si Japonia, care au inceput sa experimenteze primele aplicatii din necesitatea de a gasi solutii mai performante la atenuarea seismica comparativ cu tehnologiile traditionale care erau utilizate pana la acea data.

Folosirea profilelor FRP permite, de fapt, asigurarea urmatoarelor avantaje:

• Rezistenta majora si rigiditate (de 10 ori mai rezistente decat otelul);

• Nici un surplus de greutate pe structura existenta, deoarece cantaresc extrem de putin (300 gr/m2 ÷ 500 gr/m2, in functie de materialele utilizate);

• Posibilitatea de a executa interventia cu foarte mare rapiditate, fara intreruperea serviciului structurii (permite, deci, reducerea drastica a costurilor sociale ale interventiei);

• Durabilitate marita chiar si in medii extrem de agresive;

• Conservarea geometriei originare a elementului consolidat (nu strica estetica si, in special, nu se maresc volumele si formele lucrarilor).

Utilizarea profilelor FRP in vederea consolidarii si recuperarii structurilor in beton armat si in beton armat precomprimat raspunde in mod eficient urmatoarelor problematici:

• Cresterea capacitatii portante datorita variatiei destinatiei de utilizare sau adaptarii la norme;

• Recuperarea structurilor deteriorate sau aflate intr-o evidenta stare de degradare, in vederea refacerii integritatii structurale si a durabilitatii sale;

• Adaptarea si/sau reparatiile in urma unei miscari seismice;

• Erori de proiectare si/sau de realizare.

Unul dintre avantajele principale ale acestei tehnologii este posibilitatea de proiectare a interventiei prin gasirea unor solutii viabile care le pot si eluda pe acelea mentionate in documentul de reglementare, atata timp cat eficienta lor poate fi dovedita prin rezultate experimentale satisfacatoare. Datorita faptului ca toate sistemele de consolidare isi bazeaza principiul lor pe transferarea eforturilor prin aderenta, sau mai bine zis prin lipirea „colajului“ placa-tesaturi (a se vedea tehnologia Pultrusi si FRP) de betonul elementului care urmeaza a fi consolidat, este fundamental sa se acorde o deosebita atentie acestui tip de ruptura. Mecanismul de rupere prin de-laminare este, de fapt, un mecanism fragil si astfel trebuie evitat sau, oricum, sa nu-l preceada pe acela de rupere prin indoire sau prin taierea elementului consolidat.

Principalele domenii de utilizare a profilelor FRP, in vederea consolidarii elementelor din CA si CAP, sunt:

Consolidarea la deformare: se realizeaza lipind una sau mai multe placi; cu alte cuvinte, unul sau mai multe straturi de tesaturi, la marginea aflata sub tensiune a elementului ce urmeaza a fi consolidat. Daca acest lucru nu este suficient, este permisa instalarea lor si pe partile laterale, astfel incat tensiunea de lucru a FRP sa fie calculata la fiecare punct si nu doar la marginea cea mai solicitata (i.e. mai indepartat de axa neutra). Pentru zonele supuse unui moment negativ al fortei este foarte raspandita si tehnologia NSM.

• Consolidarea cu FRP permite cresteri ale rezistentei cu pana la 40% – 50% din rezistenta nominala a sectiunii de pornire. Pe de alta parte, reduce vectorii si ductilitatea sectiunii;

• Vorbim de eficienta interventiei doar in termeni de comportament in starile limita ultime. În starea de exercitiu, fibrele prezinta, in majoritatea cazurilor, rate de solicitare aproape neglijabile;

• Pentru a garanta eficienta unei interventii de conso­lidare FRP, chiar si in exercitiu, se impune prezenta fibrelor, fie prin sisteme corespunzatoare de tensionare, (care, insa, se dovedesc a fi destul de costisitoare si incomode, ocupand prea mult spatiu), fie incercand ridicarea structurii, cu ajutorul unor pistoane hidraulice, urmand a fi descarcata odata cu incheierea lucrarilor. Astfel consolidarea este eficienta si in conditii de exercitiu;

• Pentru realizarea unui proiect bun, este esential sa va asigurati ca sectiunea consolidata atinge starea limita ultima in urma apasarii cls si nu in urma ruperii profilelor FRP (mecanism considerat fragil fata de cel al apasarii cls). În orice caz, orice mecanism de de-laminare prematura trebuie inlaturat prin utilizarea unor lungimi corespunzatoare de ancorare sau a unor sisteme pentru ancorarea placilor (ancorarile mecanice nu sunt utilizabile), ca de exemplu infasurarile in forma de „U” aplicate la extremi­tatile consolidarii.

Consolidarea la taiere: se realizeaza lipind unul sau mai multe straturi de tesatura pe lateralele elementului care urmeaza a fi consolidat, sau utilizand profile de bara montate la suprafata, cu ajutorul tehnologiei NSM. Experimentele au demonstrat eficienta mai mare a consolidarii prin taiere cu NSM fata de wet-lay-up, datorita unei suprafete mai mari de aderenta si usurintei mai mari de a inclina barele fata de tesaturi.

• Fasiile (benzile) pot fi aplicate in mod asemanator cu cadrele de fixare (staffe), discontinuu sau continuu, cu fasii adiacente una alteia;

• Eficienta consolidarii este cu atat mai mare cu cat mai multe fasii rezulta perpendiculare pe fisurile taierii; din motive practice insa, aplicarea fasiilor FRP se face in paralel cu cadrele de fixare. Uneori, pentru a spori eficienta consolidarii, acestea sunt instalate inclinate, rezultand costuri mai mari de instalare;

• Aplicarea fasiilor se poate face doar pe laterale, in forma de „U” sau poate fi o infasurare completa;

• Consolidarea la taiere este utilizata, de multe ori, pentru ancorarea consolidarii la indoire;

• În consolidarea la taiere se acorda o deosebita atentie efectuarii calculului lungimii de ancorare. Daca din diferite motive de constructie, lungimea calculata nu poate fi garantata este necesar sa se adopte solutii de ancorare a fasiilor fara, insa, a recurge la sisteme de ancorare mecanica ce ar putea compromite eficacitatea consolidarii.

Izolarea (prin placare) stalpilor: are loc infasurand stalpul cu unul sau mai multe straturi de FRP. Aceasta izolare are avantajul de a spori atat rezistenta ultima la deformare sub presiune cat si ductilitatea elementului.

• Pentru a obtine o placare eficienta, fibrele vor fi aplicate perpendicular pe axul elementului;

• Eficacitatea izolarii este mai mare in cazul sectiunilor circulare si scade pe masura ce se trece de la o sectiune patrata la una dreptunghiulara. În cazul sectiunilor dreptunghiulare, cu raportul laturilor mai mare de 1:2, eficacitatea consolidarii nu este dovedita.

• La aplicarea fasiilor pe sectiunile patrate sau dreptunghiulare, muchiile vor fi rotunjite, pentru a reduce concentratia de efort in acele zone si totodata, pentru a evita posibilele rupturi premature ale fibrelor FRP;

• Placarea poate fi realizata in mod continuu pe intreaga coloana sau in mod discontinuu. În acest ultim caz eficienta izolarii pe sectiune este mai redusa.

Avantajele tehnologiei consolidarii structurale pe baza de FRP sunt:

• Timp scurt de aplicare. Consolidarea cu FRP (Fiber Reinforced Polimers) reduce timpul de lucru in maniera drastica in comparatie cu tehnicile traditionale;

• Costurile globale inferioare in comparatie cu tehnicile traditionale, datorate, in special, timpului de realizare a lucrarii;

• În general, nu este necesara abandonarea edificiului de catre cei care il ocupa (decat daca starea constructiei reprezinta un pericol). Este un aspect important, atat pentru clientii publici, cat si pentru cei privati, care nu trebuie sa se confrunte cu incomoditatea si costurile unei eventuale mutari! Un alt exemplu poate fi cel al traficului automobilistic sau feroviar pe un pod, trafic ce nu trebuie intrerupt sau, unde este cazul, intrerupt doar pentru un timp scurt;

• FRP au o greutate mica, oferind aceleasi proprietati structurale ca si fierul, otelul si betonul, doar cu mai putine probleme de proiectare, realizare si transport.

Aceste materiale, construite dintr-o matrita polime­rica intarita cu fibra continua de carbon, sticla sau caramida, constituie o perfecta uniune intre inalta caracteristica mecanica si un volum mic de utilizare.

Avantajele oferite de folosirea benzilor din fibra de carbon sunt caracterizate prin:

• Tenacitate ridicata;

• Rezistenta foarte mare la tractiune;

• Înalta durabilitate;

• Adaptabilitate la forme complexe si neregulate;

• Rezistenta la umiditate si la atacul substantelor alcaline.

Aceasta reprezinta o veritabila si inovativa tehnologie pentru consolidarea structurala de:

• Grinzi de rezistenta din beton armat;

• Îmbracarea sau incercuirea stalpilor de rezistenta;

• Cresterea rezistentei la arcuri, bolti si panouri.

Una dintre cele mai importante lucrari de consolidare cu fibre compozite din Romania a fost realizata la Spitalul Judetean de Urgenta din Brasov, o cladire cu 6 etaje si o suprafata de 3.500 mp.

Firma ECT (www.ect.ro) a proiectat si a executat lucrarea al carei scop final a fost adaptarea cladirii la normativa seismica. Lucrarea a durat 6 luni si a avut in vedere mai multe elemente structurale ale edificiului:

Adaptarea diafragmelor care constituiau elemente importante. (A fost vorba de marirea armaturilor prezente in diafragma). Operatiunea a constat in dispunerea unei tesaturi unidirectionale avand o latime 20 de cm, cu un numar de straturi ce au rezultat din calcule. Distanta inter-axiala intre benzi a fost mai mica sau egala cu un metru. Interventia trebuia efectuata pe cele doua laturi ale diafragmei, astfel incat sa aiba capacitatea de sustinere in momentul seismic, in diferite directii. Tesaturile au fost prinse cu ajutorul unor ancoraje (pentru a se evita problemele de de-laminare) care au fost introduse la extremitati prin tehnica tesaturii rasucite.

Consolidarea extremitatilor diafragmelor (bulbi). La extremitatile diafragmelor erau prezente elemente mai rigide, numite bulbi. Acestea fiind armate cu bare din otel tip sept, s-a impus o alta armatura aditionala, care s-a realizat prin aplicarea straturilor de tesatura din CFRP (Carbonium Fiber Reinforced Polimers) pe locul respectiv, urmarindu-se geometria prezenta. Numarul de straturi a fost individualizat prin calcul, cu scopul de a imbunatati distribuirea mai omogena de tensiuni tangentiale si torsionarea intre extremitatile diafragmei si bulbii perimetrului exterior. În concluzie, s-a placat o tesatura cuadri-axiala cu un gramaj de 600 g/mp care sa inveleasca mai bine geometriile prezente. Pentru a evita problemele de de-laminare, tesaturile au fost ancorate cu ajutorul unor cuie batute la extremitati, prin tehnica tesaturii rasucite.

Adaptarea grinzilor perimetrale la solicitarile seismice. Grinzile perimetrale supuse actiunii seismice au evidentiat necesitatea de a mari armaturile prezente, atat in zona de sustinere, cat si in cea de mijloc. Interventia a fost diferita din motive geometrice de localizare prin realizarea unei placi la intrados, care s-a pregatit in laborator, avand o latime 12,5 cm si un numar de 4 tesaturi. La extrados, s-au aplicat pe locul respectiv o serie de tesaturi laminate cu o latime de 20 cm, ancorate la extremitati printr-o nituire diagonala, introdusa in bulbul perimetral.

Adaptarea si reducerea deformarii placilor dintre etaje. Delimitarile dintre etaje au fost realizate din placi, cu o dimensiune preponderenta una fata de cealalta. O astfel de geometrie determina, in functie de sarcinile seismice, un vector considerabil si la deformare. Armatura de consolidare a placii se realizeaza dintr-o serie de fasii de tesaturi aplicate unidirectional, avand o latime de 20 cm si, totodata, un numar de straturi determinat prin calcul. Distanta inter-axiala dintre fasii este mai mica sau egala cu un metru.

ECT este o societate comerciala cu capital romanesc care executa, printre altele, lucrari de consolidare cu fibre compozite (carbon, sticla, kevlar).

Consolidarea structurii de rezistenta pe baza de fibre compozite se adreseaza cladirilor rezidentiale, administrative, spitalelor, scolilor, monumentelor istorice si lacaselor de cult.

Lucrarile sunt executate conform tehnicii moderne utilizate in intreaga Europa, iar personalul companiei a urmat stagii de scolarizare externa.

Sistemul ECT a fost agrementat in Romania de Ministerul Dezvoltarii Regionale si Locuintei.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 53 – octombrie 2009

 

Autori:
ing. Stefano SABBATINI,
ing. Ludovico FAGIOLI – ECT Brasov



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2009/10/05/restaurare-si-consolidare-cu-fibre-compozite/

1 comentariu

  1. liviu a spus:

    O oferta de preturi?

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.