Evaluarea structurala a Palatului Universitar din Iasi

Palatul Universitar din Iasi a fost construit intre anii 1893 – 1897 pe locul fostului Teatru Mare din Copou si al Scolii de Belle Arte, dupa planurile arhitectului elvetian Louis Blanc. In prezent este monument istoric, inscris in Lista monumentelor istorice din 2010, la nr. IS-II-m-B-03783.

Aripa dreapta a Palatului Universitar, imobilul A, apartine Universitatii Tehnice si reprezinta partea mai veche a cladirii.

Cladirea a fost ulterior dezvoltata si consolidata in mai multe etape, dintre care cele mai importante sunt cele dupa ultimul razboi mondial (cand s-au adaugat amfiteatrelele din spatele aulei, garajele din curtea interioara nord si etajul suplimentar la aripile de vest) si dupa cutremurul din 1977 (cand parti importante din cladire, aflate in pragul prabusirii, au fost consolidate).

Cladirea este folosita in continuare, conform destinatiei initiale, ca spatiu de invatamant si cercetare. Imobilul Universitatii Tehnice gazduieste sediul Facultatii de Electrotehnica, Biblioteca Universitatii Tehnice si Aula „Gh. Asachi”.

In perioada ridicarii Palatului Universitar s-au construit mai multe cladiri de utilitate publica in Iasi (Liceul Internat – 1895, Teatrul National – 1896) si in Bucuresti (Facultatea de Medicina Generala – 1900-1903, palatul Ministerului de Agricultura si Domenii -1895, arhitect fiind acelasi Louis Blanc).

Planurile initiale ale Palatului Universitar au fost intocmite de catre Petru Poni, dupa vizite de documentare si studii amanuntite la universitati din Austria, Germania si Elvetia si au fost modificate ulterior (cu unele erori, in opinia lui Petru Poni) de arhitectul Louis Blanc, desemnat cu executia lucrarii.

Pe timpul executiei edificiului profesorul Petru Poni s-a implicat activ, prin planuri si descrieri alese in strainatate, in dispunerea salilor, a niselor de incalzire si triaj si a distributiei de apa si gaz. Lucrarile de zidarie au fost adjudecate d-lor Trolli si Scolari, sub ministeriatul d-lui Take lonescu.

Construirea Palatului Universitar a inceput la 23 mai 1893 iar inaugurarea noii cladiri a avut loc la 21 octombrie 1897 in prezenta regelui Carol I, reginei Elisabeta si a primului ministru D. A. Sturdza. Necesitatea sporirii spatiilor de invatamant a condus la extinderea cladirii universitatii, prin adaugarea de corpuri noi la fatada sud, vechiul palat devenind aripa dreapta a intregii cladiri.

Lucrarile de construire au inceput in anul 1929 si au continuat pana in martie 1938, cand s-a facut receptia provizorie a cladirii, fara ca aceasta sa fi fost finalizata, din cauza lipsei de fonduri.

In timpul celui de-al doilea razboi mondial corpul profesoral si studentii au fost evacuati la Alba lulia iar palatul universitar a fost grav avariat, fiind distruse atat parti structurale, cat si finisaje, decoratii interioare si mobilier.

Cu mari eforturi, pana in anul 1960 (centenarul Universitatii din Iasi), corpurile de cladire ridicate in timpul crizei (aripa stanga a cladirii) au fost finalizate.

Tot in aceasta perioada de dupa razboi partea veche a Palatului Universitar (aripa dreapta) a fost reparata, remobilata si extinsa. A fost adaugata aripa amfiteatrelor P1, P2 si P6, dispuse in spatele aulei si garajele din curtea interioara dinspre nord. De asemenea, s-a adaugat un nivel la corpurile de la fatada vest si a fost inaltata aripa amfiteatrelor P3 si P7. La cutremurul din 1977, cladirea a suferit avarii grave, fiind partial consolidata in perioada imediat urmatoare [5].

Descrierea imobilului

Imobilul Universitatii Tehnice gazduieste sediul Facultatii de Electrotehnica, Biblioteca Universitatii Tehnice si Aula „Gh. Asachi”.

Din punct de vedere geometric si functional se disting doua corpuri principale, notate cu A si B, care, la randul lor, au fost divizate in 14 corpuri mai mici. Dimensiunile maxime, in plan, ale cladirii sunt de 98,5 m x 97,8 m, regimul de inaltime fiind diferit.

Corpul A are forma dreptunghiulara in plan, cu latimea de 60,2 m in dreptul Bibliotecii si 55,4 m la retragerea fatadei principale, in dreptul corpului A3h si lungimea de 98,5 m masurata pana la iesindul corpului A3d de la fatada lateral dreapta. In interiorul acestui perimetru sunt sapte corpuri, cu regim de inaltime D+P+E, dispuse in doua careuri, cu doua curti interioare despartite la jumatate de corpul A3e, al amfiteatrelor adaugate ulterior cu acelasi regim de inaltime, de corpul de legatura A3c si de cel al aulei, A1, cu regim de inaltime D+P.

Alcatuirile corpurilor ce adapostesc amfiteatrele, Aula si Biblioteca sunt de tip sala, in timp ce restul aripilor sunt alcatuite sub forma unui culoar longitudinal, din care se face accesul in spatiile de invatamant dispuse in sali alaturate.

Corpul B este format din trei aripi, dispuse perpendicular pe corpul A3f, unite la fatada vest de un corp de legatura cu regim de inaltime D+P+2E. Corpurile laterale, B1 si B2, sunt asezate in oglinda si au alcatuiri similare (de tip sala). Acestea se extind pe D+P+2E, ultimul nivel fiind ridicat numai pe extremitatea vestica.

Al doilea etaj al celor trei aripi a fost ridicat sub forma unor suprainaltari intr-o etapa de extindere ulterioara. Corpul central (B3) cuprinde amfiteatrele P3 si P7 si se extinde pe D+P+E.

Structura de rezistenta a cladirii este, in mare parte, alcatuita din pereti portanti din zidarie de caramida plina si mortar slab cu nisip local de cariera (pufar), cu fundatii din piatra legata cu mortar de var. Planseele peste demisol si parter sunt cu profile metalice si umpluturi din caramida sau beton, iar cele peste ultimul etaj sunt din lemn. Partile mai noi ale cladirii (amfiteatrele din spatele aulei si garajele din curtea interioara nord) sunt din beton armat iar la cele reconstruite sau consolidate dupa razboi (corpurile B1, B2, B3 si frontonul de acces) s-au relevat plansee, stalpi, centuri si camasuieli din beton armat.

Sub culoarele longitudinale ale demisolului se afla o retea de canale termice cu latimi de 1,85 m .. 2,95 m si inaltimi de 1,8 m executate initial pentru distributia aerului cald si ulterior pentru pozarea instalatiilor de apa calda si apa potabila. Canalele sunt dispuse intre fundatiile zidurilor si sunt acoperite de bolti din zidarie.

Fundatiile sunt executate din blocuri de piatra bruta, inzidite cu mortar slab executat cu var si nisip de cariera, cu completari din zidarie de caramida si au latimea apropiata sau egala cu a peretilor. La aripile de vest au fost identificate consolidari, cu centuri jug din profile metalice, dispuse la nivelul pardoselilor.

Adancimea de fundare a fost relevata in cele doua sondaje geotehnice deschise si este de 0,50 m … 0,60 m sub cota pardoselii la demisolul de sub Sala pasilor pierduti si de 1,70 m pentru fundatia perimetrala de la interiorul curtii din spatele aulei [4].

Sarpanta este din lemn, cu ferme transversale rezemate pe zidaria peretilor longitudinali, iar peste aula sarpanta este din elemente metalice cu zabrele. In decursul timpului au fost introduse in structura legaturi metalice suplimentare cu tiranti dar si slabiri prin crearea de usi noi, nise de laborator si canale pentru instalatii.

Datorita specificului arhitectural cladirea are numeroase elemente nestructurale grele: monumente din piatra, ornamente din ipsos, tencuieli groase fixate pe tavane de trestie si cosuri de fum.

Colectarea informatiilor pentru evaluarea structurala

Informatii importante privind lucrarile de interventii anterioare au fost extrase din proiectul nr. 8902/1977, Expertizare si Consolidare Corp A al Institutului Politehnic din Iasi dupa cutremurul din 04.03.1977, intocmit de catre Facultatea de Constructii si Instalatii din Iasi.

La cutremurul din 1977 cladirea a suferit avarii grave, fiind partial consolidata in perioada imediat urmatoare. O documentare a acestor avarii este prezentata in expertiza din 1977 a cladirii. Descrierea starii generale a cladirii dupa cutremur a fost facuta pe zone, in functie de gravitatea degradarilor.

Lucrarile de interventie au constat din urmatoarele: consolidari provizorii de urgenta ale zonelor in care actiunea seismica a solicitat structura pana la limita capacitatii portante; dispunerea de centuri orizontale cu armaturi puternice; consolidarea salii bibliotecii prin reteserea integrala a peretelui dintre Senat si Biblioteca cu fasii de plasa sudata in rosturi si cu stalpisori si centuri din beton armat; subzidiri si latiri ale fundatiilor; refacerea zidariilor avariate prin tesere, injectare cu ciment.

Pentru determinarea rezistentei la compresiune a zidariei au fost preluate probe de caramida si mortar (in limita impusa de neafectarea structurala prin prelevarea de probe) si incercate in laborator la compresiune si pentru determinarea densitatii aparente. Probele de mortar nu au putut fi incercate, acestea neputand fi prelucrate din cauza rezistentelor scazute. Rezistenta la compresiune a caramizilor a rezultat cu o valoare medie de 8,83 N/mp.

Pentru determinarea rezistentei la compresiune a betonului turnat in elementele de consolidare executate in anul 1977 a fost efectuata incercarea prin metoda combinata cu sclerometrul Schmidt tip N (PROCEQ) si aparatului cu ultrasunete TICO (PROCEQ), cf. normativului NP 137 – 2014. Valoarea medie a rezistentei la compresiune a betonului a fost evaluata la 25 N/mp.

Determinarea umiditatii din pereti s-a efectuat cu umidometrul portabil de tip L.T MS-7003, cu o tehnologie electro-magnetica nedistructiva si cu posibilitate de masurare intre 0-100%. Masuratorile s-au executat in cate 25 de puncte la fiecare nivel al constructiei.

Degradarile relevate la structura de rezistenta a imobilului expertizat s-au referit la fisuri diagonale si verticale in buiandrugi, parapeti si plinul peretilor, dislocari de zidarii, infiltratii masive de apa, plansee din lemn in pericol de prabusire, avarii la sarpanta din lemn.

Evaluarea analitica a nivelului de asigurare

Calculul structurii s-a efectuat conform prevederilor din codul P100/3-2008 [1], pentru structura initiala, asa dupa cum a fost inainte de cutremurul din 1977 si pentru structura in starea actuala, cu consolidarile executate in 1977.

Calculul s-a realizat prin modelarea structurii, folosind un program de calcul cu element finit (ETABS), in care peretii structurali au fost discretizati in elemente de suprafata.

Din analiza gradelor de asigurare pe fiecare perete (in varianta de dinaintea anului 1977) se observa ca, de la inceput (inainte de seismul din 1977), structura a avut un grad de asigurare foarte scazut (R3=0,216). Nu se cunosc exact degradarile suferite la cutremurul din 1940 dar cu siguranta acestea au existat. Modificarile aduse ulterior, in sensul suprainaltarii corpurilor de vest cu un etaj suplimentar fara a consolida nivelurile inferioare, au incarcat suplimentar structura, astfel incat la actiunea seismica din anul 1977 s-au inregistrat avarii grave si cedari ale nivelului de baza in acea zona a cladirii. De asemenea, avarii grave au fost semnalate in zona frontonului fatadei principale.

Cele mai importante lucrari de consolidare, executate in anul 1977, se refera la nivelul de baza al aripilor de nord-vest si sud-vest si la frontonul de acces, insa la restul corpurilor nu au fost decat lucrari de readucere a structurii de rezistenta la capacitatea portanta initiala, prin rezidiri, teseri, injectari.

Aportul acestor zone la rigiditatea totala a structurii, si deci la preluarea fortei seismice totale este relativ mic, astfel incat gradul de asigurare total al cladirii creste prea putin dupa consolidarile executate in 1977 (R3 = 0,265). Cresterea gradului de asigurare se refera in principal la cel transversal, datorita orientarii in aceasta directie a majoritatii spaletilor consolidati.

Gradul de asigurare total rezultat reflecta gradul de asigurare al structurii doar in ipoteza ca planseele sunt suficient de rigide incat sa transmita incarcarile orizontale de la un spalet la altul, facandu-i sa conlucreze in cazul unui seism. Altfel, spaletii lucreaza separat iar cei cu gradul minim de asigurare vor fi primii avariati. Spaletii la care gradul de asigurare a rezultat cu valoarea zero sunt supusi la intindere, efort pe care nu il pot prelua.

Sistemul de plansee cu grinzi metalice si zidarie de caramida sub forma de boltisoare prezinta o relativa rigiditate in planul lor dar modul de transmitere a incarcarilor la pereti este defectuos deoarece (i) profilele metalice nu se incastreaza perfect in zidarie, fiind mult mai rigide ca aceasta, distrugand-o la miscari de tip vibratii si (ii) zidaria planseelor nu conlucreaza cu cea a peretilor, oprindu-se la fata acestora. In plus, prin intermediul profilelor metalice dispuse pe o directie, sunt lestati doar peretii pe care reazema, nu si cei ortogonali pe acestia.

Analizand rezultatele pentru gradele de asigurare al spaletilor in varianta existenta, rezulta clar ca cei din corpurile B3, B4, A1, A2 si zonele de articulatie (corpurile de legatura), au gradele de asigurare cele mai scazute, fapt confirmat si de degradarile existente.

Avand in vedere evaluarile analitice, evaluarile starii de degradare, istoricul constructiei si experienta acestor tipuri de lucrari se poate considera o anumita ierarhizare a corpurilor structurii in functie de gradul de vulnerabilitate seismic pentru a stabili ordinea executiei lucrarilor de consolidare, astfel:

• Tronsonul B4 prezinta cel mai ridicat risc de avariere dintre corpurile imobilului A,agravat de modificarile structurale efectuateulterior (supraetajare) fara a se consolida nivelurile de baza. Astfel, acesta prezinta fisuri si crapaturi diagonale si verticale foarte gravein numerosi spaleti longitudinali sitransversali. De asemenea, planseele dinlemn de la cota +11,50 m sunt puternicavariate si cu deformatii mari.

In prezent, acestea prezinta pericol ridicat de prabusire sub incarcari statice gravitationale de exploatare. Tot la acest tronson, o zona sensibila o constituie intersectia cu corpul B3, aceasta descarcand eforturile laterale perpendicular pe zidul interior de fatada, rezultand eforturi de incovoiere mari in planul zidului.

• Corpul Bibliotecii, inclusiv frontonul de acces (corpul A2), la care vulnerabilitatea ridicata la actiuni seismice se datoreaza conformariistructurale specifice functionalului destinatBibliotecii si Salii pasilor pierduti, fara ziduri transversale, iar cele existente, foarte inalte. Peretii longitudinali, care marginesc Biblioteca, au deplasari mari in planul perpendicular pe planul lor, din cauza inaltimii mari si a lipsei de legaturi cu corpurile vecine pe toata inaltimea spaletilor. Intre spaletii masivi ai frontonului si cei ai fatadei exista o diferenta mare de rigiditate, motiv pentru care la seismul din 1977 au aparut dislocari ample verticale si desprinderi intre acestia.
• Corpurile B1, B2 si B3, care au fost si ele supraetajate si avariate pana aproape de colapsul general la cutremul din 1977; lucrarile de consolidare s-au referit in special la nivelul de baza, avand in principiu un caracter minimal;
• Corpul A1 (Aula), care prezinta fisuri diagonale in pereti si o rezemare necorespunzatoare a structurii metalice a cupolei peste peretii din zidarie;
• Corpul A3d, care prezinta fisuri diagonale grave intre golurile de ferestre;
• Restul corpurilor, (A3a, A3b, A3c, A3f, A3g si A3h) care au regim de inaltime redus (parter si etaj);
• Amfiteatrele noi din spatele Aulei (Corp A3e), care au avut un raspuns structural favorabil si la actiunile seismice din anul 1977.

Bibliografie

[1] ***, Cod de proiectare seismica, Partea a IlI-a, Prevederi pentru evaluarea seismica a cladirilor existente, indicativ P100/3-2008;

[2] Soveja L., Budescu M., Lupasteanu V., (2015), Modeling methods for large masonry structures. Computational Civil Engineering 2015, International Symposium, May 22, Iasi, Romania, pag. 23-35;

[3] Proiect nr. 8902/1977, Expertizare si Consolidare Corp A al Institutului Politehnic din Iasi dupa cutremurul din 04.03.1977, Institutul Politehnic din Iasi, Facultatea de Constructii;

[4] Studiu Geotehnic la Imobilul A al Universitatii Tehnice „Gh. Asachi” din Iasi, B-dul Carol I, nr. 11;

[5] Studiu istoric „Imobil A” al Universitatii Tehnice „Gh. Asachi” din Iasi.

(Din AICPS Review 3/2017)

Autori:
[conf. univ. dr. ing. Ionel Gosav],
ing. Lucian Soveja – Facultatea de Constructii si Instalatii, Universitatea Tehnica Gh. Asachi din Iasi

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 159 – iunie 2019, pag. 56