Proiectarea unei sarpante de forma baroca folosind structura metalica (I)

Recuperarea identitatii cladirilor istorice reprezinta adesea o reala provocare pentru proiectanti si constructori in egala masura. Un astfel de caz a fost cel asupra caruia ne aplecam in continuare, si anume procesul de reabilitare a unei constructii din centrul municipiului Targu Mures, prin care forma sarpantei originale in stil baroc a fost reconstruita, folosind o structura metalica moderna. Articolul se axeaza pe proiectarea acoperisului si a scarii metalice de acces. Sarpanta cu forma neregulata, cu mai multe planuri de acoperis, a fost dimensionata si detaliata, apoi montata peste peretii existenti de zidarie consolidati. Scara principala din table de otel cu un sistem structural special a fost verificata printr-un calcul avansat.

Vom aduce in discutie si provocarile ingineresti intampinate in faza de proiectare si executie, respectiv solutionarea lor: releveu realizat cu ajutorul scanarii 3D, utilizat ca sistem de referinta pentru ansamblul structural din otel; abordarea abaterilor de executie la trecerea de la structura de caramida la cea din otel; configurarea structurii pentru realizarea formei neregulate, considerand limitarile datorate conditiilor din teren.

PREZENTARE GENERALA A CLADIRII

Proiectul general a avut ca scop reabilitarea cladirii situate pe str. Bolyai nr. 11, din mun. Targu Mures, jud. Mures, si reconstruirea acoperisului, cu readucerea la forma initiala, specifica epocii baroce. Cladirea a fost construita inainte de anul 1778 (primul document referitor la cladire [1]), iar pana in prezent a fost supusa mai multor serii de modificari. Conform studiului istoric elaborat de catre istoricul de arta ORBAN Janos [2], sursele scrise sustin ca cladirea avea o sarpanta cu forma tipic baroca. In prezent, constructia nu este clasificata ca monument istoric, dar are valoare echivalenta si poate fi reclasata oricand ca monument arhitectural. Reabilitarea edificiului si reconstruirea acoperisului au constituit un proces complex, cladirea fiind tratata ca monument istoric pe parcursul intregului proces de interventie. In articolul de fata ne vom axa pe proiectarea structurii acoperisului cu doua nivele, formata din mansarda si supanta, folosind solutia pe structura metalica.

Fig. 1: Imaginea cladirii inainte de inceperea lucrarilor

Fig. 2: Aspectul proiectat al cladirii

Cladirea urmeaza sa capete o functiune mixta, cu camere de locuit si birouri. In conformitate cu prevederile din raportul de expertiza tehnica nr. 8 din ianuarie 2022, elaborata de catre ing. CSAKANY Desideriu [3], peste etaj s-a realizat un planseu compozit, rezemat pe centuri din beton armat nou turnate. Acest planseu nou are rol stabilizator pentru peretii existenti si asigura transferul uniform al incarcarilor de la structura sarpantei la structura existenta din pereti de caramida.

Structura acoperisului s-a proiectat si s-a realizat din profile metalice laminate la cald, din otel de calitate S275JR, care s-au asamblat prin imbinari cu suruburi de inalta rezistenta. Pardoseala supantei este un planseu uscat, din grinzi metalice si tabla cutata. Sarpanta in forma de L este asezata pe un sistem din grinzi conectate de centura de beton prin elemente metalice inglobate.

Accesul in mansarda si supanta se realizeaza prin scara principala, care are trei rampe pe fiecare nivel. Scara este construita din table sudate aparente cu grosimi variabile si va avea elemente decorative, simbolizand sac si spic de grau. Casa scarii va fi iluminata cu lampi ascunse.

Fig. 3: Structura reconfigurata a cladirii

Echipele care au contribuit la realizarea proiectului si a constructiei:

Investitor: Seed Package Solutions SRL

Proiectant general si arhitectura: Mossferm SRL

Proiectant de specialitate structura metalica: Gordias SRL

Proiectant de specialitate structura de zidarie: Moebius Engineering SRL

Executant general: Ever Green Constructii SRL

Fabricant structura metalica si constructor: Hoia Metalstruct SRL

CONCEPT STRUCTURAL

1. Planseul peste etaj

Peste peretii existenti din caramida s-au realizat centuri din beton armat, in care s-au inglobat in total 106 elemente metalice. De-a lungul centurilor s-a pozitionat un profil suport HEA200, care formeaza baza structurii metalice. Stalpii si grinzile pe post de capriori sunt conectate de acest suport. Imbinarea profilului metalic cu centura s-a realizat prin elemente de legatura sudate pe placile inglobate in centura din beton armat. Punctele de conexiune au fost dispuse de-a lungul grinzilor metalice de suport, sub elementele verticale si cele inclinate. Unde a fost cazul, s-au prevazut fixari suplimentare si in camp. Prin aceste fixari s-a permis reglajul pozitiei acoperisului in plan si in elevatie, asigurandu-se tolerante de executie pentru preluarea abaterilor la realizarea centurilor. Prevederea unui astfel de caroiaj de grinzi metalice la baza sarpantei ajuta in pozitionarea exacta a structurilor neregulate. Desi peretii vechi din zidarie nu urmaresc o forma geometrica regulata si centura de beton turnata in situ s-a executat cu abateri considerabile, la montajul structurii metalice este asigurat un sistem de referinta, executat cu tolerante de maximum 2 mm, pe care vor fi asezate ansamblele ulterioare.

Sectiunea grinzilor din planseul compozit peste etaj a rezultat IPE180. Aceste grinzi sunt conectate de o retea de grinzi perimetrale, ancorate in centura din beton nou realizata la partea superioara a peretilor de zidarie. Planseul are o grosime de 12 mm, si este din beton C20/25. S-a folosit cu rol de cofraj tabla cutata JorisIde Profil Tehnic 58.210.820 din otel S250 GD+Z, cu grosime de 0,75 mm. Conlucrarea grinzilor cu placa se asigura prin gujoane sudate de tip Nelson 5/8” cu lungime de 100 mm, aplicate in fiecare cuta (aproximativ din 200 in 200 mm). Armatura inferioara consta in cate 2 bare Ø8 B500C, dispuse in fiecare cuta. La partea superioara, placa este armata cu plasa SPPB 6/6-100-100. Aditional, peste reazemele paralele cu cutele, s-a prevazut armatura suplimentara, cu dublarea plasei SPPB.

Fig. 4: Pereti existenti si centura BA cu placi inglobate pentru ancorarea retelei de grinzi

Fig. 5: Propuneri pentru reglaj orizontal si vertical (piulite de reglaj sau placi de compensare) al retelei de grinzi amplasat pe centura din beton armat

2. Structura sarpantei

Sarpanta are o structura neregulata si asimetrica. Amprenta acoperisului este in forma de L, dar laturile corpurilor nu sunt perpendiculare. Majoritatea grinzilor sarpantei sunt profile IPE200, iar stalpii sunt din profile HEA180. Corpul dinspre strada si cel „perpendicular” au alcatuire diferita. Elementele principale sunt conectate folosind imbinari semirigide si rigide. Aditional, ambele corpuri au o travee contravantuita cu platbande. La intersectia celor 2 corpuri caracteristice se afla casa scarii, prin care se asigura accesul in mansarda nou creata.

Fig. 6: Ansamblu spatial si sectiuni caracteristice prin cele doua corpuri

Pentru pardoseala etajului intermediar, s-a decis varianta cu planseu uscat, in scopul limitarii incarcarilor suplimentare pe structura existenta. La tronsonul dinspre strada, planseul supantei reazema pe stalpi marginali si stalpi intermediari, integrati in pereti. La celalalt tronson, grinzile principale cu sectiune IPE240 sunt rezemate pe capriorii metalici si stalpi. Grinzi secundare cu profil IPE120 sunt amplasate la distante de aproximativ 80 cm intre ele.

La dimensionarea planseelor uscate, provocarea principala a fost incadrarea cu frecventa vibratiilor verticale intr-un interval in care acestea nu le creeaza disconfort utilizatorilor pe durata exploatarii. Prin urmare, in zona de birouri au fost prevazute imbinari de grinda ‒ stalp cu rigiditate sporita sau, unde conformarea arhitecturala permitea, imbinari cu contrafise. In zona cu camere rezidentiale, unde grinzile IPE240 au lungimi de 8,7 m, au fost introduse contrafise, pentru a reduce lungimea de flambaj, respectiv pentru asigurarea imbinarilor rigide.

Intre capriori s-au montat pane din profile formate la rece LIN-C/150/1,5 S350 GD+Z. Acestea servesc ca reazeme pentru dulapii din lemn, care vor determina forma finala baroca a sarpantei. Acoperirea structurii metalice cu o structura aditionala din lemn a fost necesara si pentru asigurarea performantei termice.

Fig. 7: Structura metalica acoperita cu structura aditionala din lemn

Datorita acoperisului cu amprenta de forma L cu ramurile neperpendiculare si cu mai multe pante, detalierea imbinarilor metalice a fost un proces dificil. Realizarea imbinarilor cu rigiditate adecvata a introdus in proces un factor suplimentar de complexitate.

Fig. 8: Exemple pentru imbinarile speciale configurate la structura sarpantei

3. Scara principala

Scara principala este unul dintre aspectele estetice determinante ale cladirii. Conceptul arhitectural evidentiaza ca cladirea din secolul al 18-lea este supusa unui proces de reabilitare si modernizare. Scara simbolizeaza trecerea de la baza istorica la nivele reabilitate si la mansarda moderna nou construita. Prima rampa a fiecarui nivel inseamna un capitol nou, motiv pentru care nu este conectata de podestul inferior. Din punct de vedere structural, primele rampe sunt rezemate numai de peretii casei scarii, fara a transmite incarcare pe podeste.

Scara are 3 tronsoane, fiecare format din 3 rampe. Conceptul structural se repeta de la un nivel la altul. Prima rampa este rezemata de-a lungul laturii adiacente peretelui, iar capatul superior reazema pe o grinda inclinata, care este fixata de pereti. Rampa din mijloc este asezata pe grinda inclinata, si este conectata de pereti in 5 puncte aditionale. Rampa superioara se reazema pe grinda si rampa din mijloc, respectiv pe podestul superior.

Zidaria veche este sensibila la incarcari concentrate. Pentru asigurarea rezistentei in punctele de conexiune, au fost turnati samburi din beton armat, in care s-au inglobat piese metalice. Elementele de legatura intre placile inglobate si structura scarii sunt sudate de piesele inglobate, asigurand posibilitatea de reglaj in planul peretilor. In segmentul de scara intre cele doua nivele nou construite, acestea s-au fixat de stalpii metalici din casa scarii. Reglajul in directia perpendiculara pe pereti s-a realizat prin folosirea gaurilor ovalizate la imbinari intre elementele de legatura si rampe.

Rampele si balustradele sunt executate din table groase, de 8-12 mm. Balustrada functioneaza ca element de rezistenta primara, scara fiind alcatuita din doar 2 placi inclinate, trepte si contratrepte. O rampa este proiectata si executata ca un singur ansamblu rigid. Acesta asigura suduri mai controlabile si un aspect estetic imbunatatit. Structura fiind vizibila, calitatea, grosimea si finisajul sudurilor au fost nu numai o conditie de rezistenta, ci si un criteriu arhitectural.

Fig. 9: Scara iluminata

Fig. 10: Structura scarii si elemente de rezistenta suplimentare ascunse

Fig. 11: Detalii structurale ale scarii

(va urma)

REFERINTE

[1] Serviciul Judetean Mures al Arhivelor Nationale Romane, Fond Primaria Municipiului Targu Mures, Acte administrative, 2425/1779;

[2] Targu Mures, str. Bolyai nr. 11 – Studiu istoric, dr. ORBAN Janos, Targu Mures, martie 2022;

[3] Raport de expertiza tehnica nr. 8 /ianuarie 2022, ing. CSAKANY Desideriu, expert tehnic atestat MLPAT/MC, ing. KIS Alpar-Sandor, colaborator atestat MC.

Autori:

Zsolt NAGY, Ors NAGY, Andrea KELEMEN ‒ Universitatea Technica din Cluj-Napoca, Facultatea de Constructii | Gordias SRL

Zoltan KISS, Akos AMBRUS ‒ Mossfern SRL

Cristian-Florin CALIAN ‒ Hoia Metalstruct SRL

(Lucrare prezentata la a 18-a Conferinta Nationala de Constructii Metalice ‒ „Construieste cu STEEL” ‒ 15-16 aprilie 2024, Cluj-Napoca, Romania | www.con-steel.ro)

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 226 – iulie 2025, pag. 42-45