Monitorizarea evolutiva a starii structurilor din beton armat prin metode nedistructive – abordare integrata si exemple din practica INCD URBAN-INCERC

Evaluarea starii tehnice a structurilor existente este esentiala pentru asigurarea sigurantei si durabilitatii constructiilor. Metodele nedistructive (NDT ‒ Non-Destructive Testing) faciliteaza diagnosticarea integritatii materialelor fara afectarea elementelor investigate si pot fi aplicate repetitiv pentru monitorizarea evolutiei in timp. In acest articol vom sintetiza tehnicile utilizate in cadrul INCD URBAN-INCERC ‒ determinarea vitezei de propagare a undelor ultrasonice (UPV), evaluarea adancimii fisurilor prin ultrasunete, sclerometria, metoda combinata SONREB, determinarea electromagnetica a armaturilor (pahometrie) si investigatiile cu Ground Penetrating Radar (GPR) ‒ precum si integrarea acestora intr-un sistem de monitorizare evolutiva a sanatatii structurale (SHM), aliniat reglementarilor nationale si europene actuale.

INTRODUCERE

Structurile din beton armat aflate in exploatare sunt supuse, in timp, actiunilor mecanice si agentilor de mediu (inghet-dezghet, carbonatare, patrunderea apei), procese care pot conduce la diminuarea proprietatilor mecanice, aparitia fisurilor si scaderea capacitatii portante.

In Romania, evaluarea tehnica periodica se desfasoara in baza unui cadru legislativ si normativ consolidat, orientat spre reducerea riscului seismic si asigurarea stabilitatii structurale. In acest context, metodele de investigare nedistructiva (NDT) s-au impus drept instrumente complementare esentiale pentru expertizarea tehnica si evaluarea structurala, furnizand date obiective privind integritatea si performanta elementelor din beton armat.

Monitorizarea evolutiva presupune colectarea si analiza sistematica a datelor, in etape succesive de exploatare, utilizand metode acustice, electromagnetice sau seismice. Aceasta abordare integrata furnizeaza o caracterizare coerenta si reproductibila a comportarii materialului, structurii si ansamblului constructiv.

CADRUL NORMATIV APLICABIL

Evaluarea starii structurale si expertizarea tehnica a constructiilor din Romania se realizeaza in conformitate cu un set de reglementari tehnice si legislative care stabilesc proceduri, responsabilitati si criterii de performanta structurala. Acestea definesc, de asemenea, obligatiile autoritatilor si ale proprietarilor privind expertizarea si reducerea riscului seismic al cladirilor publice si private.

Principalele documente de referinta sunt:

• P 100-3/2019 ‒ Cod de proiectare seismica, Partea a III-a: stabileste metodele si criteriile de analiza structurala si de incadrare in clase de risc, fiind principalul document utilizat pentru expertizarea tehnica structurala;
• OUG nr. 49/2023 si Ordinul MDLPA nr. 1322/2023: instituie Programul national de expertizare a cladirilor publice cu risc seismic din sistemele de sanatate si invatamant;
• C 254-2022 ‒ Indrumator privind cazuri particulare de expertizare tehnica a cladirilor: defineste metodologia aplicabila pentru situatiile complexe, completand prevederile generale din P 100-3/2019;
• Ordinul nr. 3.231/2022 ‒ RTC 10-2022: reglementeaza metodologia de evaluare vizuala rapida, ca etapa preliminara in procesul de expertizare detaliata;
• Strategia Nationala de Reducere a Riscului Seismic (2022): document strategic guvernamental care promoveaza modernizarea cadrului legislativ si extinderea expertizarilor sistematice ale fondului construit;
• P 130-2025 ‒ Normativ privind urmarirea comportarii in exploatare a constructiilor: actualizeaza cadrul privind urmarirea comportarii constructiilor, atat curenta, cat si speciala, prin masurarea, inregistrarea si interpretarea sistematica a parametrilor fizici si mecanici.

„Urmarirea speciala este o activitate de monitorizare a comportarii constructiilor care implica masurarea, inregistrarea, prelucrarea si interpretarea sistematica a valorilor parametrilor ce definesc masura in care constructiile isi mentin cerintele fundamentale stabilite prin proiecte, folosind mijloace de observare si masurare complexe si specializate: teste nedistructive, monitorizare structurala bazata pe senzori si analiza structurala avansata.” (P 130-2025, Capitolul 6)

Prin urmare, cadrul normativ actual legitimeaza integrarea metodelor NDT in activitatile de urmarire speciala si expertizare, consolidand o abordare unitara intre evaluarea vizuala, expertizarea detaliata si monitorizarea comportarii in timp.

Fig. 1: Schema simplificata a relatiei dintre etapele de evaluare: evaluare vizuala → expertizare detaliata → monitorizare NDT / urmarire speciala

METODE DE INVESTIGARE NEDISTRUCTIVA UTILIZATE IN ACTIVITATEA LABORATORULUI

Activitatea INCD URBAN-INCERC, prin laboratoarele autorizate, include o gama completa de metode aplicate pentru diagnosticarea elementelor structurale din beton armat, realizate conform standardelor europene actuale si normativelor romanesti complementare.

1. Determinarea vitezei de propagare a undelor ultrasonice (UPV)

Metoda UPV (Ultrasonic Pulse Velocity) se bazeaza pe determinarea vitezei de propagare a undelor ultrasonice prin beton, oferind informatii privind densitatea aparenta, gradul de compactare si continuitatea interna. Investigatiile sunt realizate cu echipamentul Proceq Pundit 250, cu frecventa de lucru de 54 kHz, calibrat conform SR EN 12504-4:2021.

Masuratorile se efectueaza in trei configuratii:

• directa – traductoarele amplasate fata in fata, pe fete opuse;
• semi-directa – traductoare pe fete adiacente;
• indirecta – ambele pe aceeasi suprafata – folosita la elemente masive sau greu accesibile.

Vitezele determinate (3.600 – 4.500 m/s) corespund, orientativ, betoanelor cu rezistente intre 20 MPa si 40 MPa. Metoda permite identificarea zonelor neomogene, detectarea fisurilor ascunse, compararea uniformitatii si, prin corelare SONREB, estimarea rezistentei la compresiune.

Fig. 2: Determinarea vitezei de propagare a undelor ultrasonice – UPV

2. Determinarea adancimii fisurilor prin ultrasunete

Metoda de determinare a adancimii fisurilor reprezinta o extensie a tehnicii UPV si permite evaluarea defectelor locale fara afectarea suplimentara a structurii. Principiul consta in masurarea timpului de propagare al undelor reflectate la baza fisurii si compararea cu timpul de tranzit in zone neafectate.

Adancimea fisurii se calculeaza pe baza relatiei standardizate conform SR EN 12504-4:2021:

unde:

h_f – adancimea fisurii;

t₀, t₁ – timpii de propagare corespunzatori;

l – distanta dintre punctele de aplicare.

Masuratorile se realizeaza cu Proceq Pundit 250, cu traductoare de 54 kHz, iar prelucrarea se face automat prin software dedicat. Metoda permite determinarea adancimilor intre 10–80 mm, cu o precizie de ±2 mm.

Fig. 3: Schema conceptuala pentru masurarea adancimii fisurilor prin metoda UPV

3. Sclerometria

Metoda sclerometrica determina duritatea superficiala a betonului prin indicele de revenire al ciocanului Silver Schmidt PC. Este o metoda rapida si reproductibila, folosita pentru evaluarea uniformitatii si, in corelare cu UPV, pentru determinarea rezistentei la compresiune prin relatiile SONREB.

Fig. 4: Aparatura utilizata in activitatea de sclerometrie

4. Determinarea rezistentei prin metoda combinata SONREB

Metoda combinata SONREB (SONic + REBound) coreleaza viteza undelor ultrasonice cu indicele de recul pentru estimarea rezistentei la compresiune, conform NP 137:2014. Avantajul metodei consta in reducerea influentelor de umiditate, densitate neuniforma si segregari, oferind o evaluare mai stabila statistic.

Fig. 5: Grafic de corelatie SONREB intre UPV si rezistenta estimata

5. Determinarea electromagnetica a armaturilor (pahometrie)

Metoda pahometrica utilizeaza inductia electromagnetica pentru identificarea si masurarea adancimii de acoperire a armaturilor. Cu echipamentul Profometer 650 AI, se determina acoperirea, diametrul barelor si distantele intre acestea, informatii esentiale pentru verificarea conformitatii stratului de protectie.

Fig. 6: Harta de distributie a armaturilor obtinuta prin metoda pahometrica

6. Investigatii cu radarul de penetrare a solului (GPR)

Metoda Ground Penetrating Radar (GPR), utilizand echipamentul Proceq GPR Live (frecventa 1,6 GHz), permite obtinerea de imagini stratigrafice ale structurilor din beton. Prin analizarea reflexiilor undelor electromagnetice, se pot identifica discontinuitati interne, goluri, conducte, zone de umiditate sau diferente de material.

Rezultatele sunt prezentate sub forma de radargrame 2D si modele 3D reconstituite, interpretate prin software dedicat.

Fig. 7: Radargrama obtinuta pe un planseu din beton armat

7. Integrarea metodelor NDT in conceptul de sanatate structurala (SHM) si monitorizarea seismica

Metodele NDT pot fi integrate intr-un sistem de Structural Health Monitoring (SHM), care presupune masuratori periodice sau continue ale parametrilor fizici si mecanici ai constructiei. Sistemul utilizeaza senzori de vibratie, deplasare, temperatura si umiditate, conectati la platforme de achizitie si analiza de date.

Etapele principale ale monitorizarii dinamice:

1. Determinarea caracteristicilor dinamice initiale (pre-seism), prin masuratori de vibratii ambientale (frecvente proprii, forme modale);
2. Monitorizarea seismica permanenta, cu statii seismice multicanal si accelerometre triaxiale amplasate strategic;
3. Determinarea caracteristicilor post-seism, prin compararea datelor pentru identificarea modificarilor de rigiditate si amortizare.

Corelarea rezultatelor statice (NDT) cu cele dinamice (monitorizare seismica) ofera o imagine completa a sanatatii structurale evolutive, conform cerintelor Normativului P 130-2025 privind urmarirea comportarii in exploatare.

Fig. 8: Managementul integrat al fluxului de date in cadrul RNMPSPC (Reteaua Nationala de Monitorizare si Protectie Seismica a Patrimoniului Construit) [11]

DIRECTII VIITOARE SI RECOMANDARI

Progresele recente in domeniul monitorizarii nedistructive a structurilor din beton armat au consolidat rolul acestor metode in evaluarea starii tehnice si a sanatatii structurale. Dezvoltarea continua a tehnologiilor si adaptarea la cerintele actuale impun directii clare de cercetare si modernizare.

Implementarea acestor directii va contribui la dezvoltarea unui sistem integrat de monitorizare si diagnosticare a constructiilor, bazat pe date reale, interpretare asistata de inteligenta artificiala si infrastructuri de senzori distribuiti, in acord cu tendintele europene actuale.

Fig. 9: Sinteza grafica a directiilor de dezvoltare ale monitorizarii nedistructive si integrate a constructiilor din beton armat

BIBLIOGRAFIE

[1] P 100-3/2019 ‒ Cod de proiectare seismica, Partea a III-a: Evaluarea seismica a cladirilor existente;

[2] C 254-2022 ‒ Indrumator privind cazuri particulare de expertizare tehnica a cladirilor;

[3] Ordinul MDLPA nr. 3.231/2022 ‒ RTC 10-2022;

[4] OUG nr. 49/2023 ‒ privind unele masuri pentru reducerea riscului seismic;

[5] Normativ P 130-2025 ‒ privind urmarirea comportarii in exploatare a constructiilor;

[6] Strategia Nationala de Reducere a Riscului Seismic (2022);

[7] Cismaru, A. et al. (2024). Integrating AI, Digitalization, and the European Product Passport for Sustainable Trade and Circular Economy. MDPI;

[8] Guruge, E., & Adasooriya, N. D. (2023). Environment-Assisted Cracking of Pipeline Steel in Hydrogen-Prone Environment. Engineering Failure Analysis;

[9] Sousa, H., et al. (2022). Non-destructive testing techniques for the evaluation of existing concrete structures. Construction and Building Materials;

[10] Bianchi, G. et al. (2023). Recent Advances in Non-Destructive Testing and Monitoring of Reinforced Concrete Structures. *Sensors, 23;

[11] Dragomir, C. S., Craifaleanu, I.-G., Meita, V., Georgescu, E. S., Dobre, D., Sandu, M., Cismelaru, A. (2021). Insights from the management of a large research infrastructure in Romania: the National Network for the Seismic Monitoring and Protection of the Building Stock at NIRD URBAN-INCERC. International Conference Civil Engineering and Building Services (CIBv 2020), 5^th-6^th November 2020, Brasov, Romania. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1138(1), 012021. doi:10.1088/1757-899x/1138/1/012021.

Autori:

CS III drd. ing. Aurelian GRUIN¹

CS I dr. ing. Iolanda CRAIFALEANU^2,1

CS I dr. ing. Claudiu-Sorin DRAGOMIR¹

___________

¹ Institutul National de Cercetare-Dezvoltare in Constructii, Urbanism si Dezvoltare Teritoriala Durabila URBAN-INCERC

² Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 230 – noiembrie 2025, pag. 55-59