Tehnologii de consolidarea a

cladirilor folosind metoda

izolarii bazei

Dnlache Mihai

Ghetu Eugen

Anul 1, Grupa 1,T.M.L.C

1. Introducere

O metod de conservare a cldirilor istorice, supuse diverselor pericole: dezvoltarea urban, construirea de autostrzi, inundaii, cutremure, este prin mutare lor pe un nou amplasament sau consolidarea acestora folosind metoda de izolare la baz. Mutarea sau izolarea la baz a unei cldiri tinde s devin o metod din ce n ce mai comun i mai sigur. Orice cldire poate fi salvat, de la biserici vechi la reactoare nucleare. Nu ntotdeauna cldirile trebuie mutate,este suficient uneori doar ridicarea i izolarea acestora. Acest procedeu se poate folosi n cazul n care fundaia prezint deteriorri, dac se dorete extinderea construciei n jos (prin realizarea unui subsol),pentru izolare n caz de cutremure sau izolare mpotriva vibraiilor din trafic. n comparaie cu soluia de demolare i realizare ulterioar a construciei pe acelai amplasament, studiile arat c metoda de ridicare a construciei i consolidarea acesteia la nivelul fundaiei conduce la o economie de timp i bani pn la aproximativ 50%, iar n cazul n care cldirea prezint valoare istoric conservarea ei este esenial. Demolarea acesteia ar conduce la distrugerea unor materialelor componente originale

La noi n ar, despre prima cldire mutat, cronicarul moldovean Nicolae Costin scrie c domnitorul tefan cel Mare, n anul 1490, a cerut mutarea bisericii din lemn din satul Volov la mnstirea Putna. Biserica a fost realizat n timpul domniei lui Drago Vod, domn alMoldovei.Exist exemple de ridicri de construcii n diferite ri ale lumii. ntre anii 1850 1860 s-au realizat n oraul Chicago mai multe deplasri de cldiri. Deoarece oraul Chicago, aflat pe malul lacului Michigan, era amplasat doar puin mai sus dect nivelul lacului,drenajul natural nu se putea realiza iar oraul era afectat permanent de ap. Condiiile sanitare precare au fcut ca epidemiile de febr tifoid i holer s ucid anii la rnd populaia oraului. A fost un motiv pentru care s-a luat decizia ca nivelul oraului s fie ridicat.

2. Principii pentru alctuirea cadrului de susinere

La proiectarea unei construcii se are n vedere ca totalitatea forelor exterioare care acioneaz asupra ei s fie n echilibru. Trebuie gsit o soluie de sprijin a construciei astfel nct n momentul ridicrii acesteia de pe amplasament, sistemul de fore exterioare care acioneaz att asupra fiecrui element ct i asupra ntregului ansamblul structural, s nu se modifice. De asemenea trebuie limitate deformaiile, care pot s apar n structur, astfel nct s nu fie afectat starea de funcionare normal a cldirii dup terminarea lucrrilor. Meninerea deformaiilor cldirii n limite acceptabile este posibil prin realizarea la baza acesteia a unui element alctuit din grinzi aezate pe dou direcii, realizate ntr-un plan orizontal, n zona unde va avea loc desprinderea construciei de fundaie. Grinzile vor fi solicitate de ncrcrile date de suprastructura construciei, ncrcrile fiind normale pe planul lor. Conformaia cadrului purttor se va alege n funcie de forma n plan a suprastructurii, de materialele componente din alctuirea cldirii i n funcie de modul de sprijinire a cadrului pe elementele de susinere rigide (prese).

3.Moduri de alegere a formei cadrului purttor

n funcie de conformarea structural a fiecrei cldiri se poate gndi i realiza cadrul de susinere sub diverse forme. Acesta trebuie s poat prelua ncrcarea din suprastructur i s o transmit elementelor de reazem asigurnd n acelai timp i nedeformabilitatea suprastructurii cldirii. Stabilirea ncrcrilor este dat de tipul structurii i a materialelor componente din alctuirea cldirii. Se calculeaz greutatea total a construciei care apoi se distribuie pe grinzile componente ale cadrului purttor. n funcie de conformarea structural distribuia ncrcrilor poate fi concentrat sau distribuit (uniform sau neuniform).

a. n cazul cldirilor executate din zidrie, la care structura de rezisten este distribuit pe conturul exterior (n cazul bisericilor), cadrul de susinere va fi realizat dintr-un sistem de grinzi situate sub zidurile exterioare i rigidizate cu grinzi transversale;

b. n cazul cldirilor din zidrie, care prezint perei de rezisten la exterior i perei de compartimentare, soluia de realizare a cadrului purttor va f

i cu grinzi pe dou direcii sub perei, astfel nct s se asigure transmiterea greutii din suprastructur, fr apariia de deformaii n perei, la cadru purttor;

c. pentru cldirile n cadre realizate din beton armat, soluia pentru alegerea cadrului purttor const dintr-un sistem de grinzi, pe

dou direcii, care s includ stlpii deja existeni i care s poat

asigura limitarea deformaiilor n suprastructura cldirii.

4. Procedee necesare realizrii n bune condiii a ridicrii unei cldiri

Lucrri pregtitoare necesare asigurrii siguranei cldirii n vederea ridicrii de pe amplasament:

Model de cadru purttor specific cldirilor de cult

Model de cadru purttor specific cldirilor cu pereti de zidarie

Model de cadru purttor specific cldirilor din diafragme de beton

- realizare de consolidri la pereii exteriori i/sau interiori unde

zidria prezint fisuri;

- realizarea de susineri, la interior, a elementelor boltite;

- executarea unui schelet metalic pentru susinere zidurilor

exterioare;

- susinerea cu elemente metalice a turlei;

- zidirea provizorie a golurilor de ferestre;

Atunci cnd structura de rezisten a suferit avarii, iar n pereii structurali

sunt prezente fisuri, apare necesar consolidarea acestora pentru ca procesul de ridicare s se desfoare n condiii normale.Pentru aceasta se

realizeaz, din loc n loc, stlpiori din beton armatpe conturul cldirii prini

la partea inferioar n grinzile cadrului purttor,iar la partea superioar ntr-o

centur orizontal executat din beton armat. Pentru a nu se modifica

arhitectura cldirii aceast consolidare se realizeaz n interiorul zidului.

Realizarea lucrrii de ridicare de pe amplasament a unei cldiri

n deplin siguran necesit gsirea unor soluii cu privire la:

- desprinderea cldirii de fundaie s se poat realiza

tehnologic uor i n condiii sigure;

- alegerea acelor utilaje i echipamente care s poat realiza

ridicarea construciei;

- posibilitatea realizrii lucrrii fr luarea unor msuri de

consolidare a suprastructurii care ar putea deteriora

elementelor cu

valoare istoric;

- s nu se depeasc valoarea estimat a lucrrilor;

- respectarea duratei de execuie a lucrrilor.

a. Ridicarea construciei

Operaia de ridicare a unei construcii se efectueaz dup

realizarea cadrului de susinere i montarea preselor. Operaia de ridicare se realizeaz folosind prese hidraulice acionate automat.

Pentru asigurarea siguranei procedeului este indicat s se monteze n

toate poziiile stabilite cte dou prese alturate, pentru ca procedeul

de ridicare s se desfoare continuu i sigur. Pe durata desfurrii

lucrrilor trebuie realizat meninerea bazei construciei n plan

orizontal. Monitorizarea poziiei orizontale se efectueaz cu aparatur de msur i control automatizat, sau prin procedee clasice cu aparatur topografic i markeri poziionai n exteriorul

structurii.

b. Coborrea construciei

Cnd lucrrile la noul amplasament au fost finalizate se

efectueaz coborrea i fixarea cldirii pe acesta. Coborrea cldirii se

realizeaz folosind aceleai prese hidraulice. Pentru ca micarea de

coborre s se realizeze n siguran este indicat ca pasul de coborre s fie de pn la 5 mm. Depirea acestor valori poate duce

la apariia de deformaii att n structur ct i n grinzile cadrului

datorit nesiguranei coborrii concomitente a tuturor preselor.

Orizontalitatea cldirii n timpul procedeului de coborre este

verificat n permanen prin msurtori i aparate fixate pe exteriorul

cldirii.

5. Concluzii

Este important ca o cldire istoric s poat fi salvat n

momentul cnd existen acesteia este ameninat fie datorit

cutremurelor, vibraiilor sau problemelor legate de sistematizarea oraelor.

Soluiile alese difer n funcie de importan cldirii i de

gradul de dezvoltare economic a rii n care se gsete.

Consolidarea cldirii Victor SLVESCU a A.S.E. Calea GRIVITEI Nr. 2-2A, Bucuresti

Un exemplu care nu trebuie s rmn unicat, nici ca

soluie, nici ca realizare. Concret, soluia adoptat pentru consolidarea cldirii Victor SLVESCU a A.S.E. Calea GRIVIEI Nr. 2-2A, Bucureti, pleac de la principiul izolrii seismice a structurilor prin modificarea perioadei proprii de vibraie a cldirii (n sensul mririi), astfel nct aceasta s fie plasat n afara zonei de amplitudine maxim a spectrului de rspuns pentru amplasamentul dat. Datorit relaiei directe ntre spectrul de amplasament i perioada proprie de vibraie a structurii, proiectarea sistemului de izolare seismic pentru o cldire are un caracter de unicat.

Izolarea seismic este un conceptde proiectare bazat pe premiza c o structur

poate fi n mod substanial decuplat de micrile seismice cu potenial

distrugtor.Unul dintre proiectele de consolidare pentru cldiri nalte, care

utilizeaz metoda izolrii bazei este cel aferent Oakland City Hall realizat de

ctre VBN Architects, finalizat n 1992.

Pentru izolarea seismic a Oakland City Hall, grav avariat de cutremurul

Loma Prieta din 1989,s-au folosit 110 reazeme cu diametre ntre 737 mm si 940

mm, pentru un nivel al aciunii seismice de 0,48 g.

Imobilul Victor Slvescu este clasat ca monument istoric, nregistrat n Lista Monumentelor Istorice cu codul B-II-m-B-18837 cldirea fiind construit n

anul 1905.

Cldirea Victor Slvescu a A.S.E. Bucureti, compus din subsol,parter, dou etaje i mansard, este aliniat la frontul

Cii Griviei i prezint dou accese directe din

strad,precum i un acces secundar prin curtea de serviciu

situat n zona din spatele parcelei. Construcia este

format dintr-un volum compact, monobloc, articulat printr-

o retragere cu cldirea nvecinat a Muzeului Coleciilor

(extinderea Casei Romanit) i separat printr-o alee de acces

de cldirea Spitalului Carol Davila. Cldirea studiat este

realizat din zidrie de crmid cu acoperi tip arpant i

nvelitoare din tabl. Planeul peste subsol este realizat n

soluie de bolioare de crmid pe profile metalice, sistem

des ntlnit la sfritul secolului al XIX-lea i nceputul

secolului XX pentru spaiile cu destinaie utilitar din

subsoluri sau demisoluri. Exterioarele sunt finisate cu

tencuieli simple, la care se adaug decoraii din ipsos i

tencuial.

SOLUIA DE CONSOLIDARE PRIN METODA

IZOLRII BAZEI

Pentru studierea comportrii spaiale,de ansamblu, a

cldirii s-a utilizat un program de calcul de ultim

generaie, bazat pe metoda elementului finit, i anume

ETABS NON-LINEAR pentru care s-au stabilit urmtorii

parametri de calcul:

Modelul structurii a luat n considerare ntreg ansamblul structural, dezvoltat att n plan, ct i pe nalimea cldirii

(subsol, parter i cele dou etaje cu perei structurali din

zidrie de crmid).

Nivelul subsolului a fost modelat prin mprirea acestuia n dou cu nlimi diferite, pe vertical, astfel nct s se respecte situaia real a cotei trotuarului, intermediar

ntre cota fundaiilor i cea a planeului de peste subsol.

Planeele au fost modelate n soluia cu bolioare de crmid cu descrcare unidirecional pe profile

metalice, pentru respectarea ct mai fidel a alctuirii

structurale existente.

Din punct de vedere al pereilor structurali, acetia au fost modelai respectnd dimensiunile din releveele

structurale i considernd urmtoarele caracteristici pentru

zidria de crmid: zidrie de crmid cu C50 i M10.

Calculul automat s-a realizat considernd gruparea aciunilor att n gruparea fundamental, ct i n gruprile

speciale; de asemenea, considernd aciunea seismic pe

direciile principale, pe ambele sensuri pentru fiecare

direcie n parte.

Din analiza modal dezvoltat a structurii de rezisten

prin luarea n considerare a primelor 6 moduri proprii

de vibraie, s-au selectat urmtoarele valori semnificative

pentru perioadele proprii de vibraie:

T1 = 0,79 sec (preponderent translaie paralel cu Calea Griviei nsoit de torsiune general)

T2 = 0,64 sec (preponderent

translaie perpendicular pe Calea Griviei

nsoit de torsiune general fig. 2);

T3 = 0,50 sec (preponderent torsiune

general fig. 3);

T4 = 0,20 sec (translaie paralel

cu Calea Griviei, cu un punct de

inflexiune);

T5 = 0,15 sec (translaie perpendicular

pe Calea Griviei, cu un punct

de inflexiune);

T6 = 0,08 sec (translaie paralel

cu Calea Griviei, cu dou puncte de

inflexiune).

Analiza modal a evideniat flexibilitatea structurii n

planuri orizontale, lipsa de rigiditate datorit sistemului

structural al planeelor, precum i ponderea mare a micrii

de torsiune general n modul 1 i 2 de vibraie, rezultat ca

urmare a diferenelor de rigiditate pe cele dou direcii

principale (dispunere inegal de elemente verticale de

rezisten). Pentru reducerea corespunztoare a eforturilor

n elementele structurale, ca i pentru reducerea valorilor

deplasrilor relative de nivel, au fost considerate pe rnd,

mai multe variante pentru valoarea rigiditii efective a

sistemului izolator, obinndu-se perioade corespunztoare

ale cldirii izolate cuprinse ntre Tizolat = 2,5 sec 3 sec, iar

pentru reducerea deplasrilor generale de solid-rigid s-au

considerat diverse dispuneri de elemente mecanice cu rol de

disipare energetic.

CALCULUL CADRULUI PURTTOR I TEHNOLOGIA

IZOLRII BAZEI

Pentru construciile existente, separarea suprastructurii

construciei de legatur cu terenul trebuie s ndeplineasc

mai multe condiii:

nedeformabilitatea practic a suprastructurii construciei, sau mai exact pstrarea deformabilitii n limite

acceptabile;

meninerea seciunii orizontale de la baza construciei, n toate fazele de lucru, ntr-un plan orizontal.

Pentru ndeplinirea primei condiii de nedeformabilitate a

structurii, se realizeaz dup o tehnologie special, un

element nou din beton armat n

Alegerea soluiei pentru alctuirea cadrului purttor a

depins de doi factori:

modul de conformare i natura materialelor din care este alctuit suprastructura cldirii;

modul de rezemare a construciei prin intermediul cadrului purttor pe elementele izolatoare

n vederea determinrii eforturilor n cadrul purttor, s-au stabilit dou ipoteze

de transmitere a ncrcrilor:

cadrul purttor solicitat de ncrcarea static provenit din suprastructura cldirii, rezemat rigid;

cadrul purttor solicitat de aceeai ncrcare, n ipoteza rezemrii elastice pe izolatori seismici;

Ipotezele de calcul pentru determinarea eforturilor n cadrul purttor sunt:

cadrul purttor rezemat pe toi izolatorii seismici elastic;

cadrul purttor rezemat cu ipoteze de avarie:

- cedarea unui izolator seismic;

- cedarea a doi izolatori seismici, succesivi;

- alte ipoteze de avarie n funcie de ncrcri i de modul de conformare a

cadrului purttor (fig. 5).

Avantaje

Soluia de consolidare prinMetoda Izolrii Bazei prezint o serie de avantaje importante fa de varianta de consolidare clasic, printre

care:

instituia nu-i ntrerupe activitatea cu publicul, deoarece lucrrile se desfoar de la cota terenului n jos, n subsolul cldirii;

pstrarea configuraiei arhitecturale iniiale, privind plastica faadelor i volumetria ei (fr schimbarea dimensiunilor elementelor

structurale, implicit a construciei n ansamblu), cldirea fiind declarat

monument istoric i de arhitectur;

durata de execuie a lucrrilor de consolidare este mult redus deoarece constructorul i poate desfura activitatea n subsolul cldirii

fr a avea dificulti din partea beneficiarului cu eliberarea frontului

de lucru.

Exemplificare fotografic a aplicrii

soluiei de izolare a bazei la o cldire

din Japonia

Structura este realizat din cadre de beton armat, iar interfaa de izolare a fost localizat la partea superioar a stlpilor subsolului. Izolarea bazei a presupus tierea acestor stlpi, rnd pe rnd, introducerea izolatorilor, precum i asigurarea proteciei lor la foc, ct i asigurarea deplasrii libere a bazei izolate.

De menionat c interveniile mai sus descrise au fost efectuate fr a ntrerupe funcionalitatea cldirii. Imaginile au fost furnizate de ctre dl. Matsutaro SEKI, expert japonez, prezent n Romnia timp de mai muli ani n cadrul programului romno-japonez de reducere a riscului seismic pentru cldiri, desfurat n perioada 2002-2008.