Starea de avariere-degradare a monumentelor din Regiunea Oltenia afectate de miscarile seismice puternice din secolul trecut (I)

Lucrarea analizeaza, comparativ, situatia a trei cladiri de patrimoniu din Regiunea Oltenia, judetul Dolj: Cula Cernatescu din Cernatesti, Cula Izvoranu-Geblescu din Brabova si Biserica Sf. Nicolae din Cernatesti. Sunt cladiri ce se afla in stare de pre-colaps, caracterizate printr-o serie de parametri comuni (perioada de constructie, materiale utilizate), dar si de parametri diferiti (adapostire, management al cladirii). Este absolut necesara prevenirea situatiilor de urgenta, respectiv colapsul structurii. Se lucreaza in prezent la proiectele pentru operatiunile de interventie la doua dintre cladiri, cele de la Cernatesti. Metodele folosite sunt cele neinvazive, care se bazeaza pe inspectia vizuala, pe analiza istorica a cladirilor, pe studii legate de seismicitatea zonei, pe analiza terenurilor de fundare, pe masurarea umiditatii acumulate in pereti si pe date legate de managementul cladirilor. Sunt prezentate in articol concluziile care ajuta la prevenirea deteriorarii rapide a acestor cladiri de patrimoniu din zidarie masiva si impactul fiecarei cauze asupra colapsului, in vederea dezvoltarii unor instrumente noi si corespunzatoare de evaluare a sigurantei unor astfel de structuri. 

O problema de mare actualitate, in intreaga lume, o reprezinta intretinerea, consolidarea si reabilitarea constructiilor de cult si a celor de patrimoniu. Aceasta se datoreaza necesitatii de conservare, iar evaluarea sigurantei seismice, a vulnerabilitatii la actiunea factorilor de mediu, a comportamentului higrotermic si a modului de intretinere si exploatare a cladirilor de patrimoniu din zidarie masiva este evidenta si stringenta.

Multe cladiri de patrimoniu din Romania sunt executate, in secolele trecute, din zidarie masiva de caramida. In plus, majoritatea au suportat, de-a lungul timpului, efectul mai multor factori care au produs degradari, fiind supuse si la miscari seismice puternice. Aceste cladiri pot pune astazi in pericol viata a numeroase persoane: proprietari, vizitatori sau alte persoane aflate in vecinatatea lor. In atari conditii, consolidarea si intretinerea constructiilor din zidarie prezinta un interes major pentru specialistii din Romania si Europa.

Pornind de la studiile anterioare, putem stabili cauzele care duc la situatiile critice de colaps, respectiv: miscarile seismice puternice, conditiile de fundare, inclusiv alunecarea de teren a versantilor, terenuri sensibile la inmuiere, interventii neinspirate de-a lungul timpului, conditiile climatice care contribuie la degradarea materialelor, pana la stadiul de friabilizare, intretinerea necorespunzatoare [1].

Toti acesti factori sunt analizati in acest studiu, in vederea determinarii proportiei in care diferitele cauze participa la degradarea structurilor.

Analiza comparativa pentru cladiri de patrimoniu din Oltenia

Au fost alese 3 cladiri cu structura de rezistenta din caramida, situate in Regiunea Oltenia, judetul Dolj, respectiv zona climatica II. Cladirea I – Cula Cernatesti, este amplasata in Comuna Cernatesti, cladirea II – Biserica Sf. Nicolae tot din Comuna Cernatesti, iar cea de-a III-a, Cula Izvoranu-Geblescu, este amplasata in Comuna Brabova. Toate cele trei cladiri alese spre analiza sunt monumente istorice, datate inca din sec. al XVIII-lea.

Cula din Cernatesti -DJ-II-m-A-08237- a fost construita de boierii Cernatesti in cea de-a doua jumatate a secolului al XVIII-lea. A avut initial doua nivele. In etape ulterioare, culei i s-au adus modificari, adaugandu-i-se al doilea etaj, cu o cursiva din lemn. Ajunsa in ruina, cula a fost restaurata la sfarsitul anilor `60 ai secolului XX, fiind transformata in muzeu satesc, de catre invatatorul satului, in 1972.

Biserica Sf. Nicolae din Cernatesti este un monument istoric ridicat in anul 1820 prin grija boierilor Cernatesti -DJ-II-B-08236-. Pictura originala s-a pastrat pana astazi, in ciuda anilor multi care au trecut peste ea. Cateva fisuri serioase ii afecteaza insa aspectul.

Cula Izvoranu-Geblescu -DJ-II-m-A-08200- a fost ridicata de boierii Izvoreni in secolul al XVIII-lea. Initial a avut doua nivele. In anul 1841 mosia Brabova a fost cumparata de Radu Geblescu. Noul proprietar a modificat cula, adaugandu-i al treilea nivel, cu foisor.

Seismicitatea zonei

Sinteza datelor geologice si geofizice privitoare la aranjamentul placilor tectonice, la structura si compozitia straturilor zonelor din aria de sud a Romaniei, cu accent pe evidentierea sistemelor de falii si posibilitatile de corelare a acestor sisteme cu seismicitatea crustala, s-a facut folosind datele din literatura, prin analize structurale in teren, prin interpretari ale datelor seismice si de foraj, obtinandu-se modele structurale integrate.

In Oltenia, cutremurele produse au avut magnitudini moderate, doar in nord, in zona Tg. Jiu – Tismana, producandu-se cutremure care au depasit, cu putin, magnitudinea de 5 grade.

De mare importanta, in ceea ce priveste hazardul seismic, sunt informatiile legate de falia Intramoesica si de sistemul de falii E-V care o afecteaza, avand in vedere ca aceasta este situata imediat la vest de Bucuresti iar sursele seismice din partea bulgara a Platformei Moesice, Dulovo si respectiv Sabla, sunt caracterizate de magnitudinile mari si de recurenta ale acestora. Rezultatele sunt prezentate in figura 3.

Magnitudini Mw: stelute rosii = 2,0-3,0, stelute verzi = 3,1-4,9, stelute albastre >5,0 [1]

Zonarea teritoriului Romaniei, pe baza intensitatii seismice, incadreaza zona in care sunt amplasate cele trei monumente in zona seismica C, de grad seismic 8. Seismicitatea crescuta din aceasta zona, raportata la zonele adiacente, se datoreaza unei falii crustale orientate pe directia N-S, pe meridianul Craiovei, care intra in rezonanta la aparitia undelor seismice venite din epicentrul Vrancea.

Substraturile diferentiate din punct de vedere litologic, pe care se aseaza municipiul Craiova si intreaga zona adiacenta cu localitatile existente, face ca efectele seismelor sa nu fie uniforme in regiunea urbana si periurbana.

Zona piemontana inalta si terasele (a-V-a, a-IV-a si a-III-a), cu substrat format preponderent din roci neconsolidate psefito-psamitice, atenueaza efectele seismului, in timp ce terasa a-II-a, I-a si lunca, cu roci preponderent pelitice, maloase, se comporta elastic, amplificand efectele seismului.

Trecerile de la unitatea centrala la unitatea morfologica vecina, de terasa ori lunca, ce se realizeaza prin fruntile de terase, prezinta pante mari, care maresc instabilitatea terenului in timpul unui seism. Acest fapt poate genera alunecari, surpari sau alunecari – surpari. Cele mai expuse sunt asezarile de pe malul drept al Jiului, acolo unde exista numeroase alunecari de teren active sau stabilizate, care pot fi reactivate de miscarea seismica. Exact aici avem amplasate cele trei cladiri studiate.

Cutremurul catastrofal de referinta din 1802 a afectat in mod special toate monumentele din Moldova si Muntenia; documentele disponibile mentioneaza nenumarate situatii de colaps, ca, de pilda, faptul ca aproape nicio turla nu a supravietuit [1].

Din asocierea conceptiilor – Demetrescu (esenta vranceana a focarului ce domina seismicitatea Romaniei) si Atanasiu (existenta unor culminatii seismice in afara zonei epicentrale), se poate obtine o imagine mai clara asupra unor fenomene aparent contradictorii, observate in special la cutremurul din 4 martie 1977 (Craiova, 300 km; Zajacar – Iugoslavia, 400 km; Zimnicea; Svistov – Bulgaria, 300 km) [1].

Din actiunile mecanice, greu de cuantificat, care s-au suprapus cutremurelor cu efecte cumulative, contribuind la avarierea grava a monumentelor, ar trebui retinute, in ordinea importantei, urmatoarele: fundarea pe terenuri macroporice sensibile la inmuiere; fundarea pe versanti supusi alunecarilor de teren, in general lente, dar active; rezidirea neinspirata pe fundatiile unor monumente disparute, probabil din cauza cutremurelor puternice din trecut [1].

In cazul Culei de la Cernatesti, valorile indicatorului de evaluare calitativa R2 (gradul de afectare structural) determinat in functie de amploarea si distributia nivelului de avariere pe intreaga constructie a fost determinat, conform tabelului D.3 din P100-3/2008, tinand seama de deteriorari din cauza cutremurului si/sau a altor actiuni.

In ansamblul sau, cula este intr-o stare destul de buna de conservare, nivelul degradarilor crescand pe masura ce urcam de la parter spre podul casei. Este lesne de inteles ca degradarile sunt rezultatul neintretinerii invelitorii, care a permis apelor meteorice sa degradeze parti din constructie incepand de sus in jos.

Indicativul R₂ pentru evaluarea calitativa detaliata, se calculeaza cu relatia:

R₂ = Av + Ah = 60 + 30 = 90 puncte [expertiza tehnica]

Acest indicator reprezinta o masura a gravitatii degradarilor structurale produse de actiunea seismica sau de alte cauze. In cazul de fata, o evaluare prin instrumente de investigare cu nivel superior nu este nici posibila, nici recomandabila. Acest tip de constructii prezinta vicii esentiale, evidente, de conformare si de alcatuire si o rezistenta insuficienta la fortele laterale, ceea ce le face extrem de vulnerabile la actiunea cutremurelor. Pentru asemenea cladiri nu se pot aplica instrumentele de calcul evaluate. Aceasta deoarece structura, foarte slaba, nu poate fi modelata decat formal cu procedeele specifice unor asemenea metodologii, intrucat efectele intrinseci de alcatuire elimina, principial, ipotezele modelelor teoretice.

Starea actuala a Bisericii Sf. Nicolae, din Cernatesti, prezinta urmatoarele degradari principale:

• grupuri de avarii conjugate in zidaria peretelui intrarii si in bolta pridvorului;
• grupuri de avarii conjugate in zidaria tamplariei;
• grupuri de avarii conjugate in zidaria peretelui de sud al absidei si in zona golului creat pentru usa de evacuare din altar;
• crapaturi in zidaria celor doi contraforti;
• crapaturi si fracturi in zona altarului;
• crapaturi si fisuri in zona golurilor ferestrelor;
• fisuri in zona zidariei parapetului pridvorului;
• rosturi de netesere intre arcele reazem ale pandativelor pronaosului si naosului;
• cedarea terenului, insotita de fracturi transversale in trotuarul de caramida;
• lipsa sistemelor de colectare si dirijare a apelor meteorice de la nivelul acoperisului;
• trotuare perimetrale din caramida, cu pante neadecvate, din cauza tasarii locale si a rigolelor colmatate;
• degradari de tencuiala din cauza umiditatii de capilaritate;
• interventii de consolidare, ca urmare a avariilor suferite in timp, lucrari evidentiate de cercetarea istorica preliminara.

Mecanismul longitudinal/transversal de avariere continua, uneori, pana la fundatii. Acest fenomen s-a constatat in special in dreptul golului de fereastra de la absida altarului, unde, in cateva cazuri izolate, s-a dezvoltat un X gigantic, continuat in jos pana la fundatii. Un caz care merita a fi retinut pentru istoria monumentelor noastre este legat de infrastructura bisericii Vacaresti. Dupa demolarea brutala a suprastructurii si dezvelirea fundatiilor, s-a constatat existenta unor falii pe platoul manastirii. Celebrele falii nu erau altceva decat declansarea procesului de avariere longitudinala/transversala, citibil perfect pe configuratia fundatiilor din zidarie [1].

Cula Izvoranu-Geblescu, ridicata de boierii Izvoreni in secolul al XVIII-lea, este intr-o stare avansata de degradare. Serios avariata de seisme si de infiltratiile de apa, constructia prezinta o serie de degradari, aflandu-se in stadiul de precolaps:

• crapaturi in zidaria exterioara;
• grupuri de avarii conjugate in zidarie, in zona golurilor create pentru usi si ferestre;
• rosturi de netesere intre constructia principala si anexa sanitara adaugata ulterior;
• lipsa sistemelor de colectare si dirijare a apelor meteorice de la nivelul acoperisului;
• la interior, planseele sunt puternic avariate; la fel si unele elemente de rezistenta (grinzi);
• degradari de tencuiala din cauza umiditatii de capilaritate;
• lipsa tamplariei.

Sistem constructiv, materiale

Constructia I – Cula Cernatesti prezinta structura unui turn fortificat, dimensiunile in plan fiind de 9,00 m x 6,00 m. Regimul de inaltime – parter si doua etaje – are inaltimea in cornisa de aproximativ 10 m.

Suprastructura este specifica si reprezentativa pentru majoritatea culelor din Oltenia. Caracteristica sa deriva din functiunea preponderenta a acestora, de refugiu si aparare, iar in cazul de fata si de locuire. Din caracterul lor de case fortificate, deriva peretele gros din zidarie de caramida plina.

Pentru a fi cat mai putin vulnerabila, structura are putine goluri la parter si la primul etaj si deschideri generoase, specifice locuirii si observarii, la ultimul etaj. Peretii exteriori ai parterului sunt din zidarie de caramida cu grosimea de 85 cm, iar cei ai etajelor au o grosime de aproximativ 60 cm la exterior, respectiv 42 cm la interior. Ulterior a fost adaugat un contrafort masiv din zidarie, la coltul dinspre sud-est care sprijina cele doua ziduri adiacente. Deasupra acestuia se afla un balcon din lemn, pe grinzi incastrate in zidarie. Cula Cernatesti este acoperita cu invelitoare din tabla.

Cea de-a III-a constructie – Cula Izvoranu-Geblescu a fost ridicata in secolul al XVIII-lea. Initial a avut doua nivele, dar in anul 1841, noul mosier adauga cel de-al treilea nivel, cu foisor. Cula are plan compact, dreptunghiular; la primul nivel se afla beciul, accesibil din interior, din casa scarii, dar si direct din exterior, la fel ca si in cazul Culei Cernatesti. La nivelele superioare se afla incaperile de locuit. Pe latura de Nord a culei se afla o extindere care adaposteste anexa sanitara, accesibila de la nivelul primului etaj, din interior si de la nivelul etajului II, din cursiva. Intreaga constructie este din zidarie de caramida, cu peretii exteriori grosi de 70 cm, iar cei interiori de 60 cm.

Sarpanta a fost executata din lemn ecarisat de stejar, in sistemul pe scaune. In prezent, in cazul Culei Izvoranu-Geblescu, deteriorarea invelitorii din sindrila a permis patrunderea precipitatiilor.

Tipic pentru Culele din zona Oltenia, deci si pentru Cladirile I, respectiv III, planseele peste parter au o structura robusta din grinzi transversale din lemn de sejar dublu incrucisate. Planseele peste etaje sunt executate din scanduri de lemn, pe o retea de grinzi din stejar. In cazul cladirii I acestea se mentin intr-o stare foarte buna, pe cand la cladirea III sunt deteriorate, prezentand puternice avarii.

In cazul cladirii I, infrastructura este din zidarie portanta cu caramida plina, cu latimea de 80-90 cm sub peretii perimetrali iar adancimea de fundare variaza intre 90 cm si 120 cm. Din surse nescrise, datorita asemanarilor in modul de realizare si tinand cont de incadrarea zonala si de tehnicile de punere in opera specifice perioadei, presupunem ca si in cazul cladirii III infrastructura a fost realizata asemanator.

Cladirea II, respectiv Biserica Sf. Nicolae din Cernatesti, a fost supusa la scurt timp dupa construire, in anul 1838, unui cutremur puternic care a afectat infrastructura. Peretii exteriori ai cladirii au grosimea de aproximativ 80 cm, fiind executati din caramida arsa (grosimea din 2 caramizi si jumatate), iar la interior se regaseste un sistem de boltire din caramida arsa. Desi infrastructura este tot din caramida arsa, la peste 2 m de la nivelul terenului din partea nordica, avand latimea egala cu latimea peretilor, fenomenul de instabilitate a terenului in panta, cat si lipsa sistematizarii verticale care sa dirijeze apa pluviala de pe vesantul din partea nordica, au produs o serie de degradari ale cladirii.

De-a lungul anilor, au fost executate o serie de interventii de consolidare cu tiranti metalici transversali si perimetrali. Ulterior, pe partea de sud, in zona naosului, in prelungirea peretilor transversali – peretele catapetesmei, respectiv arcul dublu cu zidarie netesuta dintre naos si pronaos – au fost ziditi doi contraforti masivi din caramida, avand fundatia la peste 2 m (aceeasi cota cu fundatia bisericii). Acest tip de interventie, similar celui de la Cula Cernatesti (constructia I), a fost realizata dupa anul 1900. Soclul cladirii este neprofilat. Structura initiala a suferit unele modificari, cum ar fi panta sarpantei acoperisului la care a fost modificata astereala pentru schimbarea invelitoarei existente din sita (mai greu de intretinut), cu tabla. De asemenea, au fost montate turla octogonala din lemn, imbracata vertical cu tabla si asezata in zona pronaosului, un al II-lea rand de usi duble in tocul celor existente la intrarea in biserica, iar la interior, in zona pronaosului, cafasul din lemn pe grinzi metalice.

Admise apriori drept materiale casante, fragile, zidariile vechi poseda, totusi, o inalta capacitate de amortizare a energiei mecanice induse. Acest adevarat miracol rezida in capacitatea de disipare a energiei in domeniul aparent elastic, prin frecare interna uscata, procentul de amortizare critica fiind, pentru zidarii, l(%) = 15% – 20% fata de cca. 5% la beton armat. Ar mai trebui adaugata si capacitatea de supravietuire prin adaptare semicasanta/semiductila; aici ductilitatea fiind inteleasa in cel mai larg sens al cuvantului, adica energetic [1].

Elaborarea unor metodologii pentru determinarea, in situ, a proprietatilor de rezistenta – deformare – degradare a materialelor vechi, cat si studiul comportarii higrometrice a masivelor vechi, sunt probleme de maxima urgenta. Din punct de vedere structural si higrotermic, materia veche se caracterizeaza prin: volume mari cu rezistenta slaba la intindere si forfecare si prin degradari, in masa, in urma alternantelor seismice si climatice, precum si prin sensibilitatea la umiditatea relativa care a crescut odata cu introducerea incalzirii spatiilor interioare [1].

Impactul factorilor de mediu

Odata cu trecerea timpului, constructiile noastre, nefiind vesnice si indestructibile, sunt supuse degradarii intr-un ritm mai alert sau mai domol, in functie de multe conditii, unele prielnice, altele adverse existentei lor. Dintre numeroasele conditii care contribuie la reducerea duratei de exploatare si de existenta a constructiilor amintim actiunea agentilor de mediu natural. Procedeul de degradare il putem determina ca pierderea graduala a calitatilor functionale sau chiar fizice, care caracterizeaza domeniul de exploatare a acestora [2].

Degradarile datorate factorilor de mediu sunt lente, finite si ireversibile, evoluand sub influenta ploilor, zapezilor, vantului, condensului si igrasiei. Proprietatile de rezistenta si fiabilitate – deformare – degradare ale materialelor de constructie trebuie investigate cu mare atentie deoarece determina, intr-un procent mare, evolutia catre colaps a structurii analizate. Astfel, comportamentul higrotermic al constructiilor din zidarie masiva reprezinta o tema de mare interes, avand o contributie substantiala la degradarea structurilor monumentelor istorice.

In timp, factorii naturali pot provoca degradari majore, avand o influenta nociva asupra constructiilor din zidarie. Degradarea materialului de constructie se poate produce ca urmare a umiditatii excesive, ploii, vegetatiei necontrolate, unor reactii chimice, actiunii mecanice a vantului sau alternantei inghet – dezghet, conducand la degradarea materiei casante pana la friabilizare. Umiditatea este principalul agent (de origine fizica) al procesului de degradare a zidariei.

Umiditatea, prin intermediul sarurilor solubile, a poluarii aerului si agentilor biologici, constituie un catalizator care favorizeaza degradarea la nivelul structurii zidariei. Infiltrarea, penetrarea, percolarea si stagnarea apei conduc la slabirea rezistentei mecanice a caramizilor, mortarelor de legatura si tencuielilor (fig. 12).

In orice structura, prezenta umiditatii pana la anumite valori, care pot fi standard, este normala, dar in acelasi timp, normalitatea valorilor se stabileste si in functie de arealul geografic.

Circuitul hidrologic natural – apele pluviale si panza freatica – pot afecta monumentele doar in masura in care nu sunt create conditii necesare scurgerii, infiltrarii ori penetrarii apei in ziduri, deci in caramida. Astfel, acoperisurile neintretinute, ferestrele neetanse, cu geamuri sparte ori absenta acestora, sistemele de preluare si drenare a apelor pluviale deteriorate, creeaza conditii propice aparitiei umiditatii de infiltratie [2].

Din cauza acestor defectiuni, apele meteorice ajung la nivelul structurii de zidarie si coboara ca urmare a gravitatiei, a absorbtiei capilare si a presiunii hidrostatice, la un nivel mai mult sau mai putin vizibil, direct proportional cu cantitatea de apa infiltrata [3].

Umiditatea duce la aparitia unor agenti biologici, ce produc degradari ireversibile ale materialelor lemnoase care au rol de rezistenta in structura cladirilor istorice, sau este prezent si sub alte forme. Atacurile combinate de fungi si insecte duc la pierderea rezistentei mecanice a lemnului, prin efectul combinat al putregaiului si al galeriilor larvare [4].

Principalii daunatori ai ruinelor descoperite sunt vantul, ploaia si inghetul, care spala si deterioreaza proprietatile mortarului, dar erodeaza si zidaria, putand duce chiar la colaps progresiv. In urma cercetarii s-a dovedit ca perioada optima de examinare a unei cladiri este din cinci in cinci ani, acesta fiind cel mai bun mod de asigurare ca defectele sunt descoperite inainte de a se produce daune majore, care ar conduce la colapsul, partial sau chiar total, al structurii.

(Va urma) 

Autori:
drd. ing. Anca-Mihaela Mogosanu (BARBU),
conf. univ. dr. ing. Madalina Calbureanu,
prof. univ. dr. ing. Ludovic Gheorghe KOPENETZ 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 153 – noiembrie 2018, pag. 52