CISC: Punerea in siguranta a unei constructii speciale

Nu este o noutate faptul ca, pentru majoritatea constructiilor existente, urmarirea comportarii in timp a ramas numai o reglementare inscrisa in prevederi legislative si prescriptii tehnice, despre care consi­deram ca s-a discutat adesea, dar pentru care, in mod concret, eficient, se face inca (de catre factorii responsabili) atat de putin.

Si in cazul constructiei speciale pe care o prezentam, lipsa cartii tehnice care sa cuprinda detalierea modului de manifestare a transformarilor inregistrate in timp (in cadrul procesului de interactiune cu mediul natural si tehnologic), a constituit una dintre principalele probleme intampinate la stabilirea masurilor de interventie necesare in vederea punerii in siguranta a acesteia.

Surprinzator este faptul ca aceasta constructie speciala – cos de fum la CT Spitalul judetean de urgenta Braila – se incadreaza in clasa I de „importanta vitala” si ca zona amplasamentului, cu teren macroporic (p.s.u.), corespunde gradului VIII seismic. Aceste consi­derente ar fi trebuit sa determine, inca de la realizarea constructiei, instituirea si respectarea unui program foarte riguros si atent, pentru urmarirea comportarii ei in timp. Constructia speciala la care ne referim este un cos de fum cu inaltimea de 40 de metri, a carei stare tehnica a determinat includerea in Raportul controlului tematic efectuat de Inspectoratul de Stat in Constructii, la detinatorii de constructii inalte (din tara), din iulie 2005, cu propunerea de a fi expertizata.

Iata, in sinteza, principalele elemente cuprinse in acest raport.

Constructia analizata, cosul de fum, face parte din categoria constructiilor speciale, inalte, avand rolul de a evacua in atmosfera, la mare inaltime, gazele si fumul care rezulta in procesul tehnologic (conform normativelor: P133/1-94 si P133-96).

In ce priveste sectiunea si inaltimea sa, cosul de fum existent corespunde, in general, cerintelor pentru aceasta categorie de constructii din prescriptiile cuprinse in standardele in vigoare, la data proiectarii si rea­lizarii ei (1974-1978), respectiv: STAS 3417-57 si 3466-68. Astfel, suprastructura cosu­lui este constituita dintr-un tub vertical cu sectiunea din beton armat (B200), un patrat cu laturile exterioare de 4,00 m x 4,00 m, constanta pe toata inaltimea lui si care este compusa din doua canale interioare cu sectiunea de 1,72 m x 3,60 m si inaltimea „H“ cuprinsa intre cotele:  -10 m si +40,00 m. Aceasta alcatuire cores­punde prevederilor din STAS 3466-68, pct. 1.4, pentru cosurile de fum independente, clasificate astfel:

• dupa forma = cosuri patrate sau dreptunghiulare;

• dupa temperatura gazelor = cosuri calde;

• dupa materialele de executie = cosuri din beton armat monolit;

• dupa agresivitatea gazelor evacuate = cos cu gaze evacuate agresive (conform datelor comunicate de beneficiar).

In interior cosul a fost captusit, pe toata inaltimea, cu zidarie din caramida refractara tip N2, de 12,5 cm grosime, dispusa la o distanta de 10 cm fata de fata interioara a betonului tuburilor ce compun structura de rezistenta. Spatiul creat (de 10 cm) intre captuseala si peretele de beton se prevedea a fi umplut cu zgura granulata de furnal si/sau cu granulit. Pe verticala, la interior, cosul a fost impartit in cinci tronsoane, de 8,00 m lungime, prin intermediul unor centuri-console (din beton armat turnat monolit) pentru rezemarea zidariei de protectie anticoroziva si de izolare termica. De mentionat ca o astfel de alcatuire constructiva, a sistemului de protectie anticoroziva si de izolatie termica se inscrie in prevederile normativului actual – P 127/94 (pentru proiectarea si executia protectiei anticorozive si izolatiei termice la cosurile de fum din beton armat).

La partea superioara cosul este inchis cu o placa din beton armat de 8 cm grosime, in care, pentru fiecare canal (tub) exista cate un gol de 1,10 m x 1,20 m pentru evacuarea in atmosfera a fumului si a gazelor.

La baza, pe latura dinspre centrala termica, cosul a fost prevazut cu un gol de 1,35 m x 2,075 m, pentru racordarea canalului (termic) de fum. In interior – in peretele (de 16 cm grosime) care separa cele doua canale (tuburi) verticale – s-a prevazut, de asemenea, un gol de 0,80 m x 0,80 m pentru comunicare (vizitare, curatire, reglare tiraj). Aceste goluri, amplasate in axele peretilor respectivi, au fost abordate cu un sistem de cadre inchise.

Cu privire la alcatuirea supra­structurii constructiei se mai fac urmatoarele mentiuni: grosimea pere­tilor exteriori, pe toata inaltimea cosului s-a prevazut a fi de 20 cm, peretele median interior s-a proiectat a fi de 16 cm, marca betonului B200 (Bc 15) si armarea din OB37 (cu bare in camp Ø8-10 mm iar la col­turile si intersectiile peretilor Ø12 mm si grosimea stratului de acoperire de numai 2,5 cm).

Aceasta alcatuire constructiva nu corespunde, in multe privinte, prescriptiilor actuale.

In ceea ce priveste alcatuirea infra­structurii, pe baza documentatiei studiate, se prezinta urmatoarele:

• fundarea constructiei s-a facut indirect, in stratul de nisip loessoid galben saturat, prin intermediul pilotilor prefabricati, batuti (36 buc.), de 35 cm x 35 cm si L = 10,00 m;

• pe capul pilotilor reazema (la cota -4,15 m) placa unui radier din beton armat B150 (Bc 10) avand in plan 7,50 m x 7,50 m si o grosime de 1,00 m, armata cu OB 37;

• din radier se dezvolta, pana la cota -0,10 m, peretii fundatiei, o cutie rigida (umpluta cu pamant, loess compactat) avand forma unui trunchi de piramida, cu baza mare de 5,00 m x 5,00 m si baza mica de 4,20 m x 4,20 m. Peretii perimetrali ai cutiei au grosimea la baza de 75 cm iar la partea superioara de 35 cm. Trunchiul de piramida – cutia fundatiei – este inchis sus cu o placa din beton armat de 25 cm grosime si este divizat de un perete median, cu grosimea de 35 cm, din care se continua peretele care imparte cosul in cele doua canale. Fetele laterale, exterioare, ale cosului au fost tencuite si placate decorativ cu cara­mida aparenta (in benzi orizontale), asa cum rezulta din imaginile foto alaturate.

Conform proiectului initial cosul de fum a fost amplasat la cca 20 m fata de cladirea spitalului, la 3,25 m fata de centrala termica (in care sunt inglobate si posturile trafo pentru alimentarea cu energie electrica a spitalului) si la 2,50 m fata de crematoriul spitalului. In acest caz, baza cosului si racordurile prin canalele de fum, la centrala si crematoriu se puteau vizualiza – verifica.

In prezent, cosul de fum analizat este inconjurat de o serie de constructii improvizate (majoritatea magazii), care fac practic inaccesibil spatiul de la baza lui. In aceste conditii examinarea starii tehnice a bazei cosului a fost, in mod practic, imposibila. Trebuie subliniat, insa, ca aceasta situatie impiedica urma­rirea comportarii in timp a zonei (baza cosului) deosebit de importanta (prin vulnerabi­litatea sa) in cazul producerii unui seism. Din aceeasi cauza nu este posibila executarea facila a lucrarilor de interventie (intretinere, reparare, consolidare) in aceasta zona si pe toata inaltimea cosului.

Atat cat s-a putut examina (cosul fiind permanent in functiune) si inregistra foto, de la nivelul terenului, s-a reusit totusi sa se observe (indeosebi pe fatadele nord-vest unde tencuiala si placajul sunt desprinse) unele zone cu deficiente de executie cum ar fi: armatura descoperita, segregari, mici caverne, rosturi de turnare netratate. Astfel de deficiente si degradari, care se accentueaza in timp, afecteaza in mod considerabil capacitatea de rezistenta structurala si determina adoptarea in regim de maxima urgenta a masurilor de punere in siguranta – impuse, indeosebi, de clasa si categoria de importanta vitala la care se incadreaza constructia. Au fost retinute ca deosebite si alte aspecte cu privire la starea tehnica actuala a cosului. De pilda, cazanul pentru abur, din centrala termica, a fost racordat la cos, direct (nu prin intermediul canalului de fum, din zidarie), cu o tubulatura metalica trecuta printr-un gol care probabil a fost practicat printr-o spargere efectuata in peretele cosului. In aceasta zona (a racordului) se poate observa ca zona respectiva este serios compromisa.

Cosul fiind permanent in functiune, nu s-au putut asigura de catre beneficiar, conditiile necesare in vederea expertizarii de detaliu a constructiei, asa cum se prevede la pct. 3.2.1. si 3.2.2. din normativul P133/I-94 – lucrari prega­titoare / investigarea preliminara.  In aceste conditii, masurile de interventie preconizate, au fost fundamentate numai pe investigatiile posibil a se efectua, in prima faza (asa cum se prevede si la pct. 3.2.4 din normativul P133/1-94 si pe baza rezultatelor obtinute prin aplicarea metodei curente de evaluare analitica (prin calcul – E2a).

Modelarea pentru calcul a structurii tubulare, care alcatuieste trunchiul portant al cosului, s-a facut prin asimilarea cu o consola verticala, cu sectiune constanta, incastrata la baza. Pentru calculul dinamic s-a propus ca structura, cu masa distribuita pe verticala, sa fie discretizata prin impartirea in 10 tronsoane cu inaltimea de 4,00 m. Astfel, masele tronsoanelor s-au considerat concentrate in sectiunile de discretizare stabilite.

Analiza seismica, in conformitate cu normativul P 100-92, s-a efectuat cu mijloace electronice de calcul. Calculele efectuate au confirmat, asa cum era de asteptat, ca baza trunchiului portant este subdimensionata, chiar pentru ipoteza in care nu se are in vedere slabirea capa­citatii de rezistenta, din cauza deficientelor si degradarilor acumulate in timp. Drept urmare, pe baza investigatiilor efectuate si a rezultatelor obtinute, s-a considerat necesara incadrarea constructiei existente in clasa de risc seismic RsI (conform P100-92/96).

Pe baza acestor date s-a propus consolidarea trunchiului portant, asa cum se pre­zinta in desenul alaturat si s-au precizat unele masuri necesare a fi avute in vedere la elaborarea fazelor urmatoare de proiectare.

De mentionat ca la elaborarea proiectului de executie pentru consolidarea cosului in varianta de camasuire propusa, s-a specificat ca analiza seismica sa se faca cu carac­teristicile geometrice efectiv rezultate, in urma investigatiilor de detaliu a structurii (a tuturor degradarilor acumulate) si a parametrilor adoptati pentru elementele camasuirii. Totodata s-a recomandat ca in cazul in care, din calcul, ar rezulta posibilitatea formarii unei zone plastice, aceasta sa fie dirijata peste zona de baza (slabita de goluri) a trunchiului portant, pe cat posibil in limitele tronsoanelor 2 sau 3 (de la baza). Pentru dirijarea zonei plastice potentiale, spre pozitiile aratate, se va asigura, prin dimensionare si armare, ca pe restul inaltimii raportul intre momentul capabil (Mcap.) si momentul calculat, din gruparea speciala de a incarcarii (Mef.), sa fie mai mare decat cel determinat pe inaltimea zonei plastice potentiale (asa cum se recomanda si in P133-96).

Pentru zona plastica potentiala se va respecta, din considerente de ductilitate, prevederea:

n = N/Ab.R9c [0,35], in care:

Ab = aria sectiunii de beton (considerata cu precizarile de mai sus),

R9c = 0,8R – rezistenta de calcul a betonului la compresiune corectata cu coeficientul suplimentar al conditiilor de lucru (0,8).

Deoarece din documentatia pusa la dispozitie de beneficiar si din investigatiile efectuate, nu s-au obtinut informatii referitoare la rezultatul incarcarilor de proba pentru pilotii de fundare (care probabil s-au executat), nu s-a putut finaliza verificarea prin calcul asupra infrastructurii constructiei.

Asa dupa cum este cunoscut, conform prevederilor Ordonantei nr. 20/1994 (republicata), beneficiarul urmeaza sa aprobe masurile de interventie propuse, in cuprinsul expertizei la care ne referim si sa stabileasca programul de realizare a lor, in vederea punerii in siguranta a acestei importante constructii speciale, asa cum se prevede si in Raportul cu concluziile controlului tematic efectuat de Inspectoratul de Stat in Constructii din iulie 2005.

S-a atentionat faptul ca (pana la aplicarea deciziei de interventie) se impune a fi adoptate masuri imediate pentru supravegherea tehnica a constructiei si pentru eliminarea si preintampinarea cauzelor care ar determina agravarea degradarilor deja inregistrate. S-a recomandat, de asemenea, ca lucrarile de conso­lidare si de reparatii ale cosului sa fie corelate cu lucrarile de modernizare si optimizare a instalatiilor adiacente.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 37 – mai 2008

Autor:
dr. ing. Vasile BECHE,
ing. Florin BECHE – Comisia Nationala Comportarea in situ a Constructiilor