CONSOLIDAREA STRUCTURILOR DIN LEMN

Principii de baza privind stabilirea soluţiilor de intervenţie

Zonele de disipare ale energiei seismice specifice construcţiilor din lemn.Lemnul nu are o comportare plastica, astfel incat chiar sub acţiuni seismice trebuie menţinut in domeniul elastic.Consumuri energetice importante sub acţiuni seismice sunt asigurate numai de acele imbinari lemn–metal care permit plasticizarea oţelului şi strivirea lemnului.Tipurile de structuri (disipative sau puţin disipative) cu factorii de comportare q se vor considera conform prevederilor codului de proiectare seismic P100-1/2004.

Modalitaţi de intervenţieNivelul de asigurare pe ansamblu este conform normelor, dar sunt necesare intervenţii locale – se va acţiona in funcţie de decizia expertului.Nivelul de asigurare este sub norme, dar degradarile sunt minore – se va acţiona conform deciziei expertului.Nivelul de asigurare este redus, degradarile sunt majore – se impugn intervenţii importante, consolidari, sau demolarea construcţiei.

Analiza degradarilor datorate condiţiilor de exploatareDupa o perioada indelungata de exploatare elementele din lemn sunt slabite chiar daca nu au avut contact direct cu umezeala sau insectele xilofage. O atenţie deosebita trebuie acordata modului in care s-au asigurat şi se respect condiţiile normale de exploatare (prevazute in proiect), atat in ceea ce priveşte incarcarile cat şi in ceea ce priveşte umiditatea şi temperatura mediului ambiant, cu menţiunea ca respectarea acestor condiţii nu exclude apariţia unor defecte ale structurii in exploatare.

Principalele probleme care apar pe parcursul exploatarii:- apariţia crapaturilor datorita fenomenului de contragere şi umflare;- atacul ciupercilor lignivore - fenomenele de putrezire;- atacul insectelor xilofage;- fenomene de imbatranire a materialului lemnos- deformaţii excesive din supraincarcari şi din subdimensionari- slabirea elementelor de imbinare;- degradari datorate temperaturilor ridicate;- degradari datorate acţiunii agenţilor chimici. Analiza comportarii structurii se poate şi face prin masurarea deformaţiilor elastice şi remanente. Comparand deformaţiile inregistrate cu cele admisibile se pot formula concluzii cu privire la condiţiile de exploatare ale elementelor de rezistenţa ale construcţiei şi a structurii in ansamblu. Daca valorile masurate ale sageţilor depaşesc valorile normate medii (raportul f/Lef > f/Lmed), se trece la determinarea solicitarilor conform incarcarilor efective şi secţiunilor nete efective, in gruparile de incarcari cele mai defavorabile. Se va verifica respectarea condiţiilor de calitate a materialelor utilizate la imbinari.

Intervenţii asupra elementelor structural

Intervenţii asupra elementelor degradate ale planşeelor din lemn.Lucrarile de reparaţii a planşeelor presupun fie inlocuirea elementelor degradate, fie inlaturarea parţilor degradate ale acestora şi inlocuirea cu elemente sanatoase, concomitent cu consolidarea elementului structural reabilitat, sau dupa caz, a planşeului in ansamblu. In ambele situaţii, inainte de inceperea lucrarilor, planşeul care urmeaza a fi reabilitat se descarca provizoriu pe stalpi, eşafodaje, etc. In cazul unor deteriorari importante ale planşeelor se impune inlocuirea lor in intregime, cu excepţia cazurilor in care din motive arhitectural-patrimoniale acest lucru nu se admite.Grinzile care lucreaza la incovoiere cu compresiune şi prezinta defecte in zona cu moment maxim pot fi eclisate cu eclise metalice sau de lemn daca acest lucru nu creeaza disconfort estetic sau functional. Deşi, de regula, eclisarea in camp obişnuita nu este oportuna deoarece slabirile datorate gaurilor pentru buloanele de prindere a ecliselor se admite folosirea unor eclise foarte lungi, prinderile urmand a se face in zonele cu moment mai redus. O alta posibilitate de remediere a unor astfel de grinzi este dublarea cu profile metalice capabile sa preia parţial sau integral solicitarile la care sunt supuse acestea. In fine, se pot adopta solutii de consolidare a grinzii pe toata lungimea ei prin structuri din otel special concepute.

Consolidarea grinzilor planşeelor din lemn:

Intervenţii asupra legaturilor dintre planşeele din lemn şi pereţii din zidarie Soluţia minimala de transfer al forţei orizontale de la diafragma de zidarie la planşeul din lemn este prin frecare şi eficienţa ei depinde de rezistenţa la forfecare a zidariei, grosimea peretelui şi marimea suprafaţei de contact intre elementele de planşeu (grinzi) şi acesta precum şi greutatea transmisa de perete asupra grinzilor din lemn fiind hotaratoare in ceea ce priveşte capacitatea de transfer a). Pentru asigurarea unei forţe de transfer corespunzatoare, se pot introduce legaturi suplimentare intre grinzi şi perete de tipul conectorilor verticali b) sau tiranţi prevazuţi cu elemente de ancoraj.

Intervenţii asupra planşeelor din lemn pentru sporirea rigiditaţii acestora In scopul sporirii rigiditaţii planşeului in planul lui, grinzile principale pot fi rigidizate cu tiranţi din oţel de o parte şi de alta a antretoazelor, asigurand astfel transmiterea forţelor orizontale intre grinzi perpendicular pe acestea, precum şi prin realizarea la partea superioara sau la partea inferioara a planşeului a unei podini rigide din placi de placaj de construcţii fixata cu cuie de grinzi .

In cazul in care din motive tehnologice sau arhitecturale nu se poate realiza podina rigida menţionata la pct. 2 de mai sus, se accepta, pe baza de calcule, realizarea intre grinzi, pe ambele direcţii, a unor elemente cu zabrele menite sa asigure rigiditatea acestuia la foţele seismice orizontale .O soluţie moderna şi deosebit de eficienta este realizarea planşeelor mixte lemn-beton armat. Soluţia presupune realizarea unei placi din beton armat peste planşeul existent din lemn asigurandu-se legaturi intre elementele structurale din lemn ale planşeului existent şi placa de beton prin conectori metalici judicios plasaţi, pe baza de calcule. Soluţia poate fi utilizata numai in cazul in care pardoseala existenta a planşeului din lemn poate

fi inlocuita, se poate asigura rezemarea parţiala a placii din beton pe diafragmele de zidarie şi daca greutatea suplimentara a placii din beton poate fi preluata de elementele structurale vertical ale cladirii, de catre fundaţii şi terenul de fundare.

Situaţiile particulare, in care rezemarea grinzilor planşeelor din lemn pe diafragmele din zidarie se realizeaza pe direcţii diferite in cadrul aceluiaşi nivel, necesita intervenţii specifice de asigurare a rigiditaţii orizontale a acestora. In fig se prezinta o soluţie de rezolvare a unei astfel de intervenţii.Rigidizarea planşelor din lemn cu grinzi rezemate pe direcţii diferite in cadrul aceluiaşi nivel.

Intervenţii asupra şarpantelor din lemn la cladiri cu pereţi din zidarie Unele din aceste intervenţii constau in legaturi mai bune intre diafragmele verticale (pereţii din zidarie) şi fermele şarpantei, astfel incat o parte a forţei seismice sa poata fi transmisa tuturor diafragmelor de zidarie prin intermediul şarpantei. Intervenţiile privind aceste legaturi nu trebuie sa prejudicieze deformaţiile libere ale şarpantei sub efectul acţiunilor climatice, termice sau contragerii şi umflarii lemnului, cu urmari dintre cele mai periculoase daca sunt impiedecate. In fig de mai jos se prezinta cateva soluţii de legaturi suplimentare dintre elementele şarpantei şi pereţii de zidarie. Intervenţii cu efect insemnat asupra rigidizarii ansamblului acoperişului, capabil astfel sa transmita o parte mai mare din forţa seismic diafragmelor verticale, se pot face prin rigidizarea suplimentara a capriorilor in planul lor şi prin rigidizarea coardelor fermelor cu o grinda suplimentara perpendiculara pe acestea şi suspendata de capriori in zona coamei .7), prin introducerea unui sistem macaz.

Rigidizarea ansamblului acoperişului şarpantelor cu ferme

Creşterea rigiditaţii structurilor acoperişurilor din arce sau ferme cu deschideri mari se poate realiza deosebit de eficient prin modificarea schemei statice (arcele pot fi transformate in ferme, la ferme se poate modifica dispunerea zabrelelor, etc).Rigidizarea acoperişurilor din arce sau ferme cu deschideri mariIntervenţii asupra imbinarilor pentru a le transforma in imbinari disipative. Intervenţii asupra unor elemente componente subdimensionate sau degradate ale şarpantei prin consolidarea sau inlocuirea acestora.

Intervenţii asupra elementelor verticale (stalpi, diafragme)

In general, la sistemele structurale din lemn avand o anumita vechime se constata ca nu se indeplinesc cerinţele de deplasari laterale la starea limita de serviciu (SLS) şi uneori chiar la starea limita ultima (SLU) – codul P100- 1/2004. Pentru limitarea deplasarilor laterale, se poate inlocui elementul degradat, repara sau consolida.

In cazul stalpilor, pentru realizarea operaţiei de inlocuire sau reparare se impune descarcarea provizorie a construcţiei pe porţiunea aferenta stalpului care urmeaza a se consolida (se folosesc in acest scop sprijiniri provizorii, de regula din popi metalici reglabili).

La stalpii puternic solicitaţi la compresiune pot interveni situaţii de pierdere a stabilitaţii (apariţia şi creşterea deformaţiilor transversale) ca urmare a supraincarcarilor sau a reducerii rigiditaţii. Daca sageata se inscrie in limitele admisibile (f < L / 200), consolidarea se poate face fara indreptarea lor, prin dispunerea pe ambele feţe a unor eclise fixate prin cuie sau buloane. Numarul legaturilor de imbinare (cuie, buloane) in cazul solicitarii la compresiune cu flambaj sau la compresiune cu incovoiere se stabileşte prin calcul tinand seama de eforturile de lunecare.In cazul degradarii parţiale (capatul superior, inferior sau o portiune mediana) se poate inlocui partea degradata cu segmente de lemn sanatos.Extremitaţile degradate ale lemnului afectat se inlatura prin taieturi transversal executate la 90o, astfel incat sa se asigure un contact perfect, pe toata suprafaţa intre piesele innadite.In unele situaţii se impune in prealabil reaxarea (indreptarea, aducerea la verticala) a stalpului cu ajutorul unor juguri metalice sau prese mecanice sau hidraulice, pentru prevenirea eforturilor suplimentare care crescand in timp pot duce la situaţii periculoase pentru elementul de construcţie afectat şi pentru construcţie in ansamblu. La cladirile cu structura verticala cu schelet (stalpi şi rigle):a. Imbinarile se vor reface utlizind piese metaliceb. Se pot utiliza montanti amplasati la distante reduse, diagonale de contravantuire, in forma de K, continue pe un nivel sau pe mai multe niveluri, etc – fig. .9.c. Se pot utiliza placi din placaj, PAL, etc. care se fixeaza cu cuie sau buloane de structura verticala (stalpi şi rigle) pe toata inalţimea nivelului.d. Se pot utiliza contravantuiri din profile metalice

Intervenţii la cladiri vechi cu structura din lemn

Alegerea masurilor adecvate de intervenţie pentru reabilitarea comportarii la acţiunea seismica a cladirilor vechi avand suprastructura realizata integral din lemn presupune o expertizare detaliata a fiecarei astfel de cladiri datorita influenţei importante a condiţiilor specifice de fundare (teren de fundare, tipul fundaţiei) a numarului de niveluri, a soluţiilor constructive adoptate (cladiri cu diafragme din lemn rotund sau ecarisat, cladiri cu schelet, cladiri cu structura mixta), a dimensiunilor incaperilor, a tipului de imbinari, a soluţiei adoptate pentru invelitoare (uşoara - din şiţa sau şindrila, sau grea - din olane, ţigla solzi)

Intervenţiile asupra acestor cladiri constau in primul rand in inlocuirea tuturor pieselor deteriorate ale structurii şi reabilitarea imbinarilor pieselor structural din lemn. Operaţiile de inlocuire şi reabilitare se vor efectua in limita posibilitaţilor utilizand materiale, soluţii de imbinare şi piese de imbinare identice sau asemanatoare cu cele originale (lemn de aceeaşi esenţa, chertari similare, dornuri din lemn similare, scoabe, cuie, etc) deoarece la o structura deja echilibrata din punct de vedere al distribuţiei tensiunilor in imbinari utilizarea unor soluţii sau piese de imbinare diferite poate conduce in anumite zone la concentrari periculoase de tensiuni cu efecte dezastruoase. Consolidarea infrastructurii acestor cladiri – fundaţii şi elevaţii – poate constitui o intervenţie salutara pentru conservarea structurii din lemn. De asemenea, inlocuirea invelitorilor grele cu invelitori uşoare asigura o comportare mai buna la acţiunea seismului. O masura importanta este inlaturarea unor elemente constructive realizate adesea ulterior in aceste cladiri (pereţi de compartimentare din zidarie sau pe structura metalica tip grinda cu zabrele, etc) care inrautaţesc substanţial ductilitatea structurii din lemn. Se va avea in vedere şi degajarea structurii din lemn de orice alte construcţii alipite ulterior acesteia (garaje, magazii, etc).

Etapele lucrarilor de intervenţie

Etapele esentiale ale lucrarilor de interventie se pot incadra in urmatoarea schema:- Descoperirea degradarii- Determinarea cauzelor degradarilor- Evaluarea capacitatii portante in stare degradata- Estimarea reparatiilor necesare- Stabilirea si detalierea solutiei de remediere- Repararea si consolidarea elementelor structurale- Asigurarea calitaţii lucrarilor de remediereDescoperirea degradarii poate constitui o problema dificila, mai ales daca aceasta se afla in parţile inaccesibile ale construcţiei, cum sunt capetele de grinzi din planşee, stalpi etc., in care exista posibilitatea de acumulare a umiditaţii şi menţinerea acesteia astfel incat sa conduca la putrezirea lemnului. Numai o buna practica profesionala, experienţa, poate asigura identificarea degradarilor potenţiale şi a cauzelor care le-au produs.Identificarea cauzelor degradarilor este indispensabila stabilirii masurilor de reabilitare necesare. Cand degradarea constatata este rezultatul acţiunii mai multor factori, se impune luarea unor masuri care sa impiedece degradarea ulterioara provocata de oricare din aceştia. In general, nu exista reguli prestabilite pentru determinarea cauzelor degradarilor, fiecare caz reprezentand o problema particulara, specifica şi deci trebuie sa constituie obiectul unui diagnostic particular. Aceasta presupune o analiza temeinica, evitarea unor decizii pripite.Evaluarea capacitatii portante in stare degradataMetoda evaluarii prestabiliteMetoda se aplica atunci cind dupa o analiza temeinica efectuata de specialisti cu experienta, in cazul concret, tinind seama de metoda de calcul folosita, conditiile de exploatare, evolutia incarcarilor in timp etc., se poate admite ca pierderile de rezistenta a elementelor structurale nu depasesc cca. 1%. Analiza starii reale de eforturi

Aceasta metoda tine seama de dimensiunea reala a sectiunilor elementelor structurii de rezistenta, de rezistenta efectiva a materialelor (lemn, otel).Metoda se aplica dupa parcurgerea intr-o prima etapa a metodei mai sus amintita si descoperirea unor elemente structurale a caror rezistenta este diminuata cu mai mult de 1%. Pentru acestea se propun variante de consolidari si se evalueaza din nou capacitatea portanta a structurii in ansamblu, tinind seama de aceste consolidari si de starea reala de eforturi luind in considerare toti parametrii fizico-mecanici reali.

Analiza prin probe de incarcare

Metoda se foloseste atunci cind din calcule rezulta un coeficient de siguranta suficient de mare in raport cu valoarea efortului admisibil in sectiunea considerata a fi cea mai solicitata, astfel incit incarcarea suplimentara de proba sa nu conduca la degradari si mai mari. Experienta arata ca in cazurile obisnuite, unde shemele statice luate in calcul sint in concordanta cu realizarea efectiva a structurii, capacitatea portanta a constructiei este mai mare cu cca. 20% decit cea rezultata din calcule. Explicatia rezida din conlucrarea spatiala a structurii de rezistenta (de obicei calculele considera structurile ca sisteme plane), caracterul neliniar al diagramei σ - ε, varianta neliniara a modulului de elasticitate E, considerat constant etc. Se mai semnaleaza si faptul ca, in conformitate cu prevederile legale, calculul structurilor de rezistenta ale constructiilor din lemn se face in mediul elastic, incarcarile utile normate nu sint si efective, adeseori elementele de rezistenta sunt supradimensionate etc. Analiza prin probe de incarcare permite concluzii corecte (reale) de apreciere a capacitatii portante structurale.

Estimarea reparatiilor necesareDupa stabilirea cauzelor deteriorarii elementelor structurale si verificarea capacitatii portante se poate trece la stabilirea masurilor pentru oprirea degradarilor prin interventii adecvate sau, dupa caz, evacuarea, demolarea constructiei etc. Decizia va fi luata in functie de factorii economici, din conditii estetice sau de securitate a utilizatorilor. Daca analiza facuta arata ca rezistenta si stabilitatea constructiei se inscriu in parametri de functionare a constructiei in conditii de siguranta, aceasta se pune sub observatie pentru a se constata daca degradarea continua sau este stabilizata. Daca degradarea continua se va analiza din punct de vedere tehnic si economic solutia optima:- degradarea va fi lasata sa evolueze pina la stabilizare;- remedierea va fi efectuata imediat.In cazul in care degradarea este stabilizata se va analiza daca prin aceasta este afectata capacitatea portanta si in ce proportie sau daca este afectat numai aspectul exterior, urmind a se lua apoi masurile de remediere care se impun.In cazul in care analiza arata ca rezistenta si stabilitatea constructiei este afectata sau va fi iminent afectata, se recurge la una sau mai multe din urmatoarele masuri:- consolidarea elementelor structurale, a unui ansamblului structural sau structurii in intregime;- renuntarea partiala sau totala a exploatarii constructiei;- schimbarea destinatiei constructiei;- demolarea constructiei si postutilizarea materialelor.

In general, in cazul in care cheltuielile necesare pentru efectuarea reparatiilor sunt sub 0% din valoarea lucrarii considerate noi, este eficient sa se faca aceste lucrari; in caz contrar este recomandabila demolarea sau dezafectarea constructiei.In eventualitatea in care constructia reprezinta un monument istoric sau este indispensabila unui proces tehnologic cu implicatii importante, financiare sau de alta natura, repararea se va face indiferent de costuri.

Stabilirea si detalierea solutiei de remedierePentru stabilirea solutiei optime de remediere se va urmari alegerea unui precedeu cit mai eficient din punct de vedere al restabilirii capacitatii portante si stabilitatii constructiei la cel mai redus pret de cost.La alegerea masurii de remediere se va tine seama, de urmatorii factori:- lucrarea trebuie sa se poata executa in timp scurt, fara a astepta sa devina urgenta, deoarece pe masura ce starea de degradare avanseaza, costul reparatiilor creste;- in cazul unor degradari locale ale citorva elemente ale structurii se poate accepta numai remedierea acestora, dar daca degradarile sint extinse, afectind un numar mare de elemente structurale, se recomanda reparatii de ansamblu;- analiza tehnico-economica va tine seama si de influenta costurilor intretinerii constructiei in exploatare, daca reparatiile se fac local, numai pentru citeva elemente structurale, cele mai afectate, sau se fac pentru ansamblul structurii. Repararea si consolidarea elementelor structuraleCateva soluţii reprezentative de reparare şi consolidare a elementelor structurale au fost prezentate la pct. de mai sus.

Calitatea lucrarilor de remediere

Principalele cauze ale degradarii structurii constructiilor din lemn sunt erori sau neglijente in activitatea de proiectare si executie a acestora, precum si datorita intretinerii necorespunzatoare in perioada de exploatare.Lucrarile de remediere au menirea de a corecta si inlatura toate acesta cauze. In acest sens, lucrarile de remediere vor urmari cu acuratete:- adoptarea unor solutii optime de remediere;- elaborarea cu competenta, de catre specialisti cu experienta in domeniu, a proiectului lucrarilor de remediere, cu detalii de executie clare si fara echivoc si insotite de un proiect tehnologic de executie a realizarii lucrarilor de remediere riguros intocmit;- executia va fi ingrijita, se vor utiliza muncitori de calificare inalta iar calitatea manoperei va fi deosebita;- se vor folosi in executie materiale de calitate superioara, in conformitate cu prevederile proiectului, precum si procedee, scule si dispozitive de punere in opera moderne;- se va da o atentie speciala controlului calitatii, incepind cu faza de proiectare si terminind cu receptia lucrarilor de remediere.