Sisteme de consolidare si de reparare post-seism (II)

(Urmare din numarul anterior)

Cladiri cu structuri in cadre din beton armat, realizate in perioada 1950-1977

In situatiile curente cand nu au intervenit si greseli majore specifice de proiectare sau de executie, principalele lor deficiente  in raport cu cerintele actuale de protectie antiseismica sunt generate de gradul insuficient de asigurare oferit de prescriptiile dupa care au fost proiectate (normativele din 1963 si 1970), si anume:

• valorile prea mici ale fortelor orizontale seismice de cod (de ordinul a 2-3% din incarcarea gravitatio­nala a constructiei), rezultate in principal din subevaluarea marimii coeficientului de amplificare dinamica b;

• lipsa unor conditii de limitare a deplasarilor relative de nivel, care a permis adoptarea de structuri prea flexibile.

Sub amandoua aceste aspecte, o ameliorare a comportarii la soli­citari seismice s-a realizat in multe cazuri prin aportul peretilor structurali, mai ales la constructiile proiectate in prima parte a perioadei 1950-1977, cand acesti pereti s-au prevazut in cea mai mare parte din zidarie de caramida.

Solutiile de consolidare pentru structurile in cadre din beton armat sunt de doua categorii:

• consolidari cu mentinerea schemei constructive in cadre si cu intarirea prin camasuire a stalpilor si riglelor de cadru;

• consolidari cu modificarea schemei constructive, introdu­cand elemente de contravantuire (pereti structurali din beton armat care sa inglobeze stalpii cadrelor existente, panouri de forfecare din zidarie, contravantuiri metalice cu zabrele).

A) Consolidari cu mentinerea schemei constructive in cadre

Camasuirea stalpilor si riglelor de cadru reprezinta de cele mai multe ori o solutie nesatisfacatoare sub numeroase aspecte:

• necesita, in general, interventii la toate cadrele care alcatuiesc structura, atat dupa directia longitudinala, cat si dupa cea transversala, astfel ca lucrarile de consolidare se extind practic la intreaga structura.

• Se ajunge la majorari conside­rabile ale dimensiunilor vizibile ale sectiunilor stalpilor si grinzilor, la o solutie greoaie care deranjeaza functionalitatea cladirii. La construc­tiile cu coridor central longitudinal, camasuirile stalpilor invecinati coridorului intra in gabaritul acestuia, care poate astfel deveni insuficient pentru circulatie (fig. 8.a). Aceeasi situatie intervine si pe perimetrul caselor de scari.

• In cazul frecvent intalnit al constructiilor cu ferestre din stalp in stalp pe liniile fatadelor principale, chiar daca se limiteaza camasuirea la 3 din cele 4 laturi ale stalpilor (fig. 8.b), devine necesara schimbarea completa a tamplariei feres­trelor, iar in situatiile in care cladirea are si o importanta arhitecturala, schimbarea fatadelor prin micso­rarea golurilor de ferestre poate fi prohibita de forurile de urbanism.

• La blocurile de locuinte, majorarile de sectiuni ale stalpilor prin camasuire pot perturba si interioarele apartamentelor, in special grupurile sanitare, care au dimensiuni reduse si, in consecinta, orice micsorare a suprafetei lor utile poate fi inacceptabila.

• Cu aceste majorari de sectiuni, daca ele nu depasesc limitele rezo­nabile, de cele mai multe ori nu se pot rezolva in conditii satisfacatoare cerintele de rigiditate a structurii (inscrierea deplasarilor relative de nivel in limitele admise).

B) Consolidari cu modificarea schemei constructive prin introducerea de elemente de contravantuire

Este solutia cea mai indicata pentru consolidarea structurilor in cadre etajate si consta in transformarea unora din cadrele existente in pereti structurali, prin introducerea in planul lor a unor panouri de contravantuire.

• O varianta de realizare consta in umplerea spatiului dintre stalpii din beton armat cu zidarie de caramida ca in fig. 9, prevazandu-se in rosturile zidariei, la cateva asize distanta, armaturi orizontale care se leaga prin innadire cu mustati introduse in stalpi prin impuscare.

Datorita faptului ca peretii cu inima plina astfel obtinuti prezinta rigiditati evident mai mici decat cele ale unor pereti structurali obisnuiti realizati integral din beton armat, sistemul poarta si denumirea de pereti – diafragma „moi“.

O analogie intre modul de lucru al unui asemenea perete si cel al unui sistem echivalent cu zabrele determina solicitarea elementelor lui componente dupa cum urmeaza:

• stalpii de beton armat existenti corespund talpilor (intinsa si comprimata) din sistemul cu zabrele, din actiunea fortelor orizontale primesc eforturi axiale ± DN ca in fig. 9, care reprezinta efectul „indirect“ al fortelor orizontale.

• Panourile de zidarie corespund diagonalelor din sistemul cu zabrele, daca se conteaza numai pe rezistenta la compresiune a zidariei, lucreaza ca diagonale comprimate. Intrucat indeplinesc o functie echivalenta unor diagonale, deci preiau eforturile produse de fortele taie­toare, poarta si denumirea de panouri de forfecare.

• Riglele de cadru existente indeplinesc functia de montanti (orizontali) ai sistemului cu zabrele, astfel incat, daca diagonalele sunt comprimate, riglele lucreaza ca montanti solicitati la intindere.

Un aspect important al acestei solutii de consolidare este modul de lucru al stalpilor sub actiunea efectului indirect al fortelor orizontale.

La o structura in cadre etajate, fortele orizontale seismice se distribuie la toate cadrele, astfel ca si efectele indirecte sunt distribuite, afectand toti stalpii, in special stalpii marginali. Suplimentul de efort axial DN care rezulta in stalpi nu depaseste 10-20% din valoarea efortului axial N_g produs de incarcarile gravitationale.

Daca structura se consolideaza prin introducerea de panouri de forfecare (fig. 9), cadrele consolidate capata rigiditati substantial sporite in raport cu restul cadrelor, astfel ca fortele orizontale se concentreaza in cea mai mare parte la aceste cadre ai caror stalpi vor primi eforturi axiale DN mult mai mari decat in structura initiala neconsolidata, putand ajunge si la (0,8–1,0) N_g. Este posibil ca stalpii in cauza sa devina suprasoli­citati la compresiune, pier­zandu-si complet ductilitatea si fiind in pericol sa cedeze la compresiune. Aceasta limiteaza domeniul de utilizare a solutiei cu panouri de forfecare dispuse intre stalpi.

Prezentarea solutiei s-a axat numai pe sistemul cel mai obisnuit de realizare a contravantuirii prin pano­uri de forfecare din zidarie armata. Exista si alte variante posibile, cum ar fi panourile de forfecare prefabricate din beton armat.

Sistemul de consolidare a structurilor in cadre etajate de beton armat, prin introducerea de elemente de contravantuire care nu include prin camasuire si stalpii existenti, desi prezinta avantajul simplitatii de executie si al economicitatii, prin faptul ca structura in cadre existenta nu este practic atinsa, are totusi un domeniu de aplicare limitat, pe considerentele aratate mai sus.

• O a doua varianta de consolidare pentru structurile in cadre etajate de beton armat consta in crearea pe liniile unora din cadre a unor pereti structurali din beton armat care sa inglobeze prin camasuire si stalpii existenti. Aceasta solutie este mai complicata ca executie si mai costisitoare, dar este si cel mai frecvent folosita, intrucat  reprezinta sistemul cel mai eficient si mai sigur de consolidare a acestei categorii de structuri.

In fig.10  sunt aratate doua moduri de dispunere a peretilor structurali de consolidare in raport cu stalpii existenti. Solutia din fig.10.a., cu peretele dispus in axul stalpului, se prezinta dezavantajoasa deoarece:

• armaturile orizontale ale pere­telui nu se pot ancora in mod satisfacator in camasuiala stalpului;

• pentru executia peretelui de consolidare este necesar sa se demoleze riglele de cadru existente pe care le traverseaza.

Din acest motiv este preferata dispunerea peretilor de consolidare langa liniile de stalpi, in grosimea camasuirii lor, marita in mod cores­punzator, ca in fig.10.b.

Demolari ale riglelor existente si returnarea lor odata cu executarea peretilor de consolidare nu pot fi evitate complet, dar au un caracter local (portiunile hasurate din fig. 10.b.).

Detalii de armare a bulbilor care se formeaza din includerea prin camasuire a stalpilor existenti in peretii de consolidare sunt aratate in fig. 11, pentru un stalp de la extre­mitatea peretelui (fig. 11.a) si unul intermediar (fig. 11.b).

Stalpii de fatada si cei de langa rosturile de dilatatie nu pot fi camasuiti decat pe 3 laturi, iar cei de colt numai pe 2 laturi. Exemplele sunt date in fig 12.

La asigurarea unei conlucrari eficiente intre stalpii existenti si camasuirile lor se mentioneaza urmatoarele:

• inainte de executarea cama­suirii, suprafata stalpului se buceardeaza pentru a deveni rugoasa. Totodata, se curata si se rebetoneaza eventualele portiuni cu betonul segregat si, daca stalpul prezinta fisuri, acestea se repara prin injectare. Se curata apoi suprafata stalpului prin suflare cu aer comprimat si spalare cu jet de apa, dupa care se vopseste cu lapte de ciment cu adaos de aracet;

• daca stalpul se camasuieste pe toate cele 4 laturi, nu sunt necesare alte masuri de conectare intre stalpul existent si betonul camasuirii, fiind suficienta aderenta intre cele doua betoane, imbunatatita si prin contractia betonului de camasuire in jurul stalpului. Un rol de conectare il au si riglele de cadru existente, care, la nivelul fiecarui planseu, impiedica lunecarile relative pe verticala intre stalpul existent si camasuire.

Daca nu se poate realiza camasuirea decat pe doua sau trei laturi (fig.12), atunci nu se mai bene­ficiaza de efectul favorabil al contractiei betonului din camasuire, asupra aderentei cu stalpul, astfel ca devine necesara prevederea unor legaturi prin conectori. Acestia se realizeaza ca in fig. 13, din bare de otel beton sudate de armaturile stalpului existent si de cele ale camasuirii. Inainte de pregatirea suprafetei stalpului in modul aratat mai sus, trebuie sa fie decopertate armaturile de care urmeaza sa se sudeze conectorii, indepartandu-se stratul de acoperire cu beton.

Continuitatea pe verticala a armaturilor din peretele structural de consolidare se obtine practicand din loc in loc in placile planseelor orificii ca in fig. 14, prin care se trec armaturi verticale locale de continuitate.

• Indiferent de sistemul de reali­zare a elementelor de contravantuire, schimbarea distributiei in plan a rigiditatilor elementelor portante, prin concentrarea lor la cadrele consolidare, necesita si o verificare in consecinta a fundatiilor si a presiunilor pe teren in noua situatie. Crearea unor pereti structurali pe liniile unora din cadre implica si prevederea unor fundatii continue pentru acesti pereti, deci o suplimentare a suprafetelor de fundare.

Cladiri cu structuri din grinzi si stalpi din beton armat, realizate in perioada 1920-1940

Sistemul constructiv cu grinzi si stalpi din beton armat, aplicat la cladirile multietajate, sunt conside­rate cazuri rare si cu caracter intamplator, capabile sa preia fortele orizontale seismice de cod actuale.  Marea majoritate a acestor constructii care au rezistat la cutremurele din 1940 si 1977 au fost salvate de la prabusire in special prin aportul peretilor nestructurali din zidarie, care, in cazurile respective, au avut, tot cu caracter intamplator, o dispo­zitie in plan favorabila si dimensiuni suficiente.

Pentru constructiile respective, o conceptie realista in stabilirea masurilor de interventie necesare pentru ridicarea gradului lor de asigu­rare trebuie sa mentina si sa intareasca structura reala care a preluat si pana in prezent soli­citarile seismice; deci consolidarile nu trebuie sa se refere in principal la scheletul din beton armat format din grinzi si stalpi, ci la peretii nestructurali de zidarie, care sa fie intariti, transformati sau completati, pentru a-si indeplini pe viitor, la un nivel de asigurare majorat si controlat, functia de elemente de contravantuire (pereti structurali).

Aceasta se realizeaza prin placarea peretilor de zidarie cu beton armat sau inlocuirea (completarea) lor cu pereti structurali din beton armat.

(Continuare in numarul viitor)

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 27 – iunie 2007

Autor:
ing. Fanel-Eduard IORGA