Purcaru Mihai-Valentin - Rezumat

Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREŞTI

Facultatea de Construcţii Civile, Industriale şi Agricole

Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a studiilor

universitare de doctorat de bursă atribuită prin proiectul strategic „Sprijin

doctoral pentru doctoranzii în Ingineria Mediului Construit”, beneficiar

UTCB, cod POS DRU/88/1.5/S/57351, proiect derulat în cadrul Programului

Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile

Structurale Europene, din Bugetul Naţional şi cofinanţat de către Univeritatea

Tehnică de Construcții București.

TEZA DE DOCTORAT

Rezumat

Contribuţii privind reabilitarea structurală

a clădirilor de cult şi monumentelor

istorice în zone seismice

Doctorand

Ing. Mihai PURCARU

Conducător de doctorat

Prof. univ. dr. ing. Mihai Voiculescu

BUCUREŞTI

2012

MULȚUMIRI,

Pentru încrederea și sprijinul acordate pe parcurusul pregătirii și

elaborării tezei de doctorat, doresc să aduc mulțumiri conducătorului

științific, domnului prof.univ.dr.ing. Mihai VOICULESCU.

De asemenea, le mulțumesc membrilor comisiei, domnului

prof.univ.dr.ing. Virgil PETRESCU, domnului prof.univ.dr.ing. Ramiro

SOFRONIE, domnului C.S.1 dr.ing. Vlad DUMITRESCU și domnului

conf.univ.dr.ing. Daniel STOICA, pentru observațiile utile făcute asupra

lucrării.

Mulțumesc echipei din cadrul PROIECT BUCUREȘTI și în special

domnului ing. Dragoș BADEA, pentru discuțiile purtate și sprijinul acordat în

această perioadă.

Mulțumesc domnului asistent ing. Vasile OPRIȘOREANU pentru

indicațiile oferite în elaborarea studiilor de caz.

Mulțumesc familiei și tuturor prietenilor care mi-au fost aproape pe

toată durata elaborării tezei.

CONTRIBUŢII PRIVIND REABILITAREA STRUCTURALĂ A CLĂDIRILOR DE CULT ŞI MONUMENTELOR ISTORICE ÎN ZONE SEISMICE

1

CUPRINS

1. INTRODUCERE .............................................................................................................................................. 3 1.1. Necesitatea unei intervenţii asupra clădirilor de cult şi a celor din patrimoniu .................................................... 3 1.2. Metodologii de intervenţie asupra clădirilor de cult şi a celor din patrimoniu ..................................................... 3 1.3. Obiectivele tezei de doctorat ....................................................................................................................................... 3 1.4. Organizarea tezei de doctorat .................................................................................................................................... 3

2. MATERIALE ŞI TEHNICI TRADIŢIONALE DE REABILITARE STRUCTURALĂ SEISMICĂ A

CLĂDIRILOR DE CULT ŞI MONUMENTELOR ISTORICE ........................................................................... 4 2.1. Introducere .................................................................................................................................................................. 4

2.1.1. Utilizarea tehnicilor contemporane, mijloc de a păstra autenticitatea monumentelor istorice ............................................ 4 2.1.2. Utilizarea betonului armat în consolidari ............................................................................................................................ 4 2.1.3. Cazuri de substituire a structurii tradiţionale printr-o structură modernă ............................................................................ 4

2.2. Consolidarea fundaţiilor ............................................................................................................................................. 4 2.2.1. Consideraţii generale ........................................................................................................................................................... 4 2.2.2. Consolidarea fundaţiilor prin mărirea bazei de fundare ...................................................................................................... 4 2.2.3. Consolidarea fundaţiilor prin subzidire ............................................................................................................................... 5 2.2.4. Consolidarea fundaţiilor prin cămăşuire .............................................................................................................................. 5

2.3. Consolidarea pereţilor din zidărie ............................................................................................................................. 5 2.3.1. Reparaţia locală a rosturilor, fisurilor şi a părtilor avariate ................................................................................................. 5 2.3.2. Reintegrarea prin părţi. Desfacerea rosturilor şi chituirea lor .............................................................................................. 5 2.3.3. Tiranţi metalici .................................................................................................................................................................... 5 2.3.4. Injecții armate ...................................................................................................................................................................... 5 2.3.5. Injectarea şi placarea cu tencuiala armata a pereţilor fisuraţi .............................................................................................. 5 2.3.6. Tiranţi-centură ..................................................................................................................................................................... 5 2.3.7. Pilaştri de eclisare ................................................................................................................................................................ 5 2.3.8. Elemente de tip ZIA ............................................................................................................................................................ 5

2.4. Consolidarea coloanelor şi pilaştrilor din zidărie ..................................................................................................... 5 2.4.1. Consolidarea coloanelor cu ajutorul fretajelor .................................................................................................................... 5 2.4.2. Consolidarea coloanelor cu elemente din beton armat ........................................................................................................ 5

2.5. Consolidarea arcelor şi bolţilor din zidărie............................................................................................................... 5 2.5.1. Consideraţii generale ........................................................................................................................................................... 5 2.5.2. Consolidarea bolţilor. Eliminarea împingerilor. Tiranţi metalici ........................................................................................ 5 2.5.3. Consolidarea bolţilor prin suspendare cu cabluri ................................................................................................................ 5 2.5.4. Consolidarea arcelor din zidărie .......................................................................................................................................... 5

2.6. Consolidarea cupolelor din zidărie ............................................................................................................................ 5 2.6.1. Consolidarea legăturii tambur-luminator. Injecţii armate .................................................................................................... 6 2.6.2. Consolidarea cupolelor prin cercuire cu ajutorul cablurilor active ...................................................................................... 6 2.6.3. Consolidarea cupolelor prin cercuire cu injecţii armate ...................................................................................................... 6

2.7. Consolidarea planşeelor din lemn .............................................................................................................................. 6 2.7.1. Consideraţii generale ........................................................................................................................................................... 6 2.7.2. Consolidarea grinzilor din lemn. Introducerea tiranţilor pretensionaţi aderenţi la grinzi .................................................... 6 2.7.3. Consolidarea grinzilor din lemn. Introducerea barelor din vitrorăşina şi oţel ..................................................................... 6 2.7.4. Refacerea capetelor grinzilor din lemn. Introducerea barelor din vitrorăşina ..................................................................... 6 2.7.5. Refacerea capetelor grinzilor din lemn. Inima de întărire şi plăcuţa de susţinere ............................................................... 6 2.7.6. Consolidarea planşeelor din lemn cu plăci din beton armat rezemate pe centuri încastrate în pereţii din zidărie ............... 6 3. AVARIEREA CLĂDIRILOR DE CULT ŞI A MONUMENTELOR ISTORICE .................................... 6

3.1. Cauzele avarierii construcţiilor din zidărie simplă. Consideraţii generale ............................................................ 6 3.2. Patologia seismică a clădirilor de cult şi a monumentelor istorice din România ................................................... 6

3.2.1. Tipologia structurală a bisericilor ortodoxe ......................................................................................................................... 6 3.2.2. Mecanismul de producere a avariilor seismice în cazul bisericilor ortodoxe. Tipuri de avarii ........................................... 6 3.2.3. Mecanismul de producere a avariilor seismice în cazul clădirilor monumente istorice cu pereţi portanţi din zidărie.

Tipuri de avarii ............................................................................................................................................................................... 6 4. EVALUAREA ANALITICĂ A SIGURANŢEI SEISMICE A CLĂDIRILOR DE CULT ŞI

MONUMENTELOR ISTORICE .............................................................................................................................. 7 4.1. Evaluarea analitică a siguranţei seismice a clădirilor de cult şi monumentelor istorice conform

INDICATIVULUI P-100-92 – „Normativ pentru proiectarea antiseismică a construcţiilor de locuinţe, social-

culturale, agrozootehnice şi industriale” .............................................................................................................................. 7 4.1.1. Metode de proiectare antiseismică ...................................................................................................................................... 7 4.1.2. Relaţii de calcul pentru determinarea încărcărilor seismice orizontale ............................................................................... 7 4.1.3. Metode de evaluare analitică a nivelului de siguranță seismică a clădirilor existente ......................................................... 7 4.1.4. Capacitatea de rezistență a pereților structurali din zidărie simplă la forțe care actionează în planul lor ............................ 7


2

4.2. Evaluarea analitică a siguranţei seismice a clădirilor de cult şi monumentelor istorice conform indicativului

M.P. 025-04 – „Metodologie pentru evaluarea riscului şi propunerile de intervenţie necesare la structurile

construcţiilor monumente istorice în cadrul lucrărilor de restaurare ale acestora” ....................................................... 7 4.2.1. Metode de evaluare analitică a nivelului de siguranţă seismică al clădirilor existente ........................................................ 7

4.3. Evaluarea analitică a siguranţei seismice a clădirilor de cult şi monumentelor istorice conform

INDICATIVULUI P100-3/2008– „Prevederi pentru evaluarea seismică a clădirilor existente” .................................... 7 4.3.1. Rezistenţele de proiectare ale zidăriei ................................................................................................................................. 7 4.3.2. Capacitatea de rezistenţă a zidăriei pentru forţe în plan) ..................................................................................................... 7 4.3.3. Calculul forţei tăietoare de baza (Fb) pentru clădire ............................................................................................................ 7

4.4. Studiu de caz: Influenţa fracţiunii din amortizarea critică (ξ) asupra indicatorului (R3) .................................... 8 4.4.1. Descrierea structurii ............................................................................................................................................................ 8 4.4.2. Rezistenţele zidăriei ............................................................................................................................................................ 8 4.4.3. Capacităţile de rezistenţă ale pereţilor structurali pentru forţe în plan ................................................................................ 8 4.4.4. Calculul gradului de asigurare structurală seismică pentru fiecare perete, pe fiecare direcţie (R3i,T, R3i,L) şi pentru

ansamblul clădirii, pe fiecare direcţie (R3,T, R3,L) ........................................................................................................................... 8 4.4.5. Concluzii ............................................................................................................................................................................. 9

4.5. Studiu de caz: Aspecte privind evaluarea siguranţei seismice a structurilor existente din zidărie conform

normativelor P-100-92 şi P100-3/2008 .................................................................................................................................. 9 4.5.1. Descrierea structurii ............................................................................................................................................................ 9 4.5.2. Rezistenţele zidăriei ............................................................................................................................................................ 9 4.5.3. Concluzii ............................................................................................................................................................................. 9 5. MATERIALE ŞI TEHNICI MODERNE DE REABILITARE STRUCTURALĂ SEISMICĂ A

CLĂDIRILOR DE CULT ŞI MONUMENTELOR ISTORICE ........................................................................... 9 5.1. Introducere .................................................................................................................................................................. 9 5.2. Materiale compozite polimerice armate cu fibre ( CPAF) ....................................................................................... 9

5.2.1. Consideraţii generale ........................................................................................................................................................... 9 5.2.2. Caracteristicile materialelor compozite şi ale componentelor lor ...................................................................................... 10 5.2.3. Tipuri de fibre .................................................................................................................................................................... 10 5.2.4. Tipuri de matrici folosite la fabricarea materialelor compozite ......................................................................................... 10 5.2.5. Tipuri de adezivi ................................................................................................................................................................ 10 5.2.6. Principii generale de proiectare a sistemelor CPAF şi factori parţiali de siguranţă în conformitate cu norma italiană

CNR-DT 200/2004 ....................................................................................................................................................................... 10 5.2.7. Consideraţii generale şi modul de cedare al materialelor compozite................................................................................. 10 5.2.8. Consolidarea pereţilor din zidărie nearmată cu materiale compozite ................................................................................ 10 5.2.9. Consolidarea stâlpilor din zidărie nearmată cu materiale compozite ................................................................................ 10 5.2.10. Consolidarea arcelor şi bolţilor cu materiale compozite ................................................................................................... 10

5.3. Izolarea seismică a bazei - o nouă abordare în proiectarea antiseismică ............................................................. 10 5.3.1. Consideraţii generale ......................................................................................................................................................... 10 5.3.2. Tipuri de izolatori .............................................................................................................................................................. 11 5.3.3. Scurt istoric al utilizării izolatorilor seismici ..................................................................................................................... 11 5.3.4. Principii ale izolării bazei structurilor ............................................................................................................................... 11 5.3.5. Parametrii ce influenţează folosirea amortizorilor seismici ............................................................................................... 11 5.3.6. Izolarea bazei în codurile americane şi în Eurocodul 8 ..................................................................................................... 11 5.3.7. Prezentarea unui algoritm de dimensionare al izolatorilor de tip HDLRB (High Damping Laminated Rubber Bearing) 11

5.4. Studiu de caz: Eficienţa soluţiei de izolare a bazei, aplicată în cazul bisericii Sfânta Treime Ghencea ............ 11 5.4.1. Scurt istoric al Bisericii Sfânta Treime Ghencea ............................................................................................................... 11 5.4.2. Descrierea Bisericii Sfânta Treime Ghencea din punct de vedere arhitectural .................................................................. 11 5.4.3. Descrierea Bisericii Sfânta Treime Ghencea din punct de vedere structural ..................................................................... 11 5.4.4. Evaluarea încărcarilor gravitaţionale ................................................................................................................................. 11 5.4.5. Caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor de construcţie........................................................................................ 11 5.4.6. Calculul forţei tăietoare de baza pentru clădire, Fb ............................................................................................................ 11 5.4.7. Verificarea capacităţii de rezistenţă a sistemului structural prin metodologia de nivel 2 .................................................. 11 5.4.8. Lucrări de intervenţie pentru reducerea riscului seismic ................................................................................................... 11 5.4.9. Proiectarea sistemului de izolare a bazei ........................................................................................................................... 12 5.4.10. Analiza modală a bisericii Sfânta Treime Ghencea ........................................................................................................... 12 5.4.11. Analiza dinamică ............................................................................................................................................................... 12 5.4.12. Rezultatele analizei dinamice ............................................................................................................................................ 13 5.4.13. Concluzii ........................................................................................................................................................................... 13 6. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI CERCETĂRI VIITOARE .................. 14

6.1. Concluzii generale ..................................................................................................................................................... 14 6.2. Contribuţii personale ................................................................................................................................................ 15 6.3. Cercetări viitoare ...................................................................................................................................................... 15

BIBLIOGRAFIE ...................................................................................................................................................... 16

CUVINTE CHEIE: zidărie, seism, evaluare, izolarea bazei


3

1. INTRODUCERE

Reabilitarea clădirilor de cult şi a celor din patrimoniu, a devenit o problemă de mare importanţă în

jurul lumii şi mai ales în ţările dezvoltate. Acesta este rezultatul necesităţii de a îmbunătăţi clădirile

existente, pentru a face faţă noilor condiţii de utilizare.

Reabilitarea clădirilor de cult şi a celor din patrimoniu, este un mod de dezvoltare durabilă şi, de

asemenea, un act de cultură.

Aspectul cel mai sensibil în reabilitarea clădirilor existente, este legat de reabilitarea structurală a

acestora. Evaluarea siguranţei seismice este, în general, o sarcină complexă, datorită faptului că

metodologiile utilizate diferă de cele adoptate în proiectarea cladirilor noi. În plus, reabilitarea structurală

a clădirilor existente, poate intra în conflict cu valoarea lor culturală. Prin urmare, tipul de intervenţie

adoptat pentru o clădire de cult sau o clădire din patrimoniu, va depinde de valoarea sa culturală, variind

de la lucrări de reparaţii, caz în care obiectivul nu este de a schimba valoarea culturală a clădirii, până la

consolidări individuale sau de ansamblu, în vederea eliminării deficienţelor care imprimă un nivel de

siguranţă structurală insuficient în raport cu obiectivele de performanţă stabilite.

1.1. Necesitatea unei intervenţii asupra clădirilor de cult şi a celor din patrimoniu

1.2. Metodologii de intervenţie asupra clădirilor de cult şi a celor din patrimoniu

1.3. Obiectivele tezei de doctorat

Teza de doctorat cu titlul „ Contribuţii privind reabilitarea structurală a clădirilor de cult şi

monumentelor istorice” îşi propune studiul unor metode noi de reabilitare structurală seismică a clădirilor

de cult şi monumentelor istorice. Obiectivele tezei sunt:

analiza şi structurarea informaţiilor cu privire la materialele si tehnicile tradiţionale de reabilitare a

clădirilor de cult şi monumentelor istorice;

identificarea tipologiilor de avariere seismică a clădirilor de cult şi monumentelor istorice;

analiza şi sinteza evoluţiei reglementărilor tehnice româneşti (coduri, normative, standarde,

metodologii) cu privire la evaluarea siguranţei seismice şi protecţia seismică a clădirilor de cult şi

monumentelor istorice;

analiza şi structurarea informaţiilor cu privire la materialele şi tehnicile noi de reabilitare

structurală a clădirilor de cult şi monumentelor istorice;

implementarea unor metode noi de reabilitare structurală seismică, în cazul unei clădiri de cult

ortodox, cu efectuarea unor analize comparative din punct de vedere al eficienţei în reducerea riscului

seismic, între metodele tradiţionale şi metodele noi propuse.

1.4. Organizarea tezei de doctorat

Lucrarea de faţă este structurată in şase capitole, care la rândul lor sunt organizate în mai multe

subcapitole.

După capitolul introductiv, în Capitolul 2, intitulat „ Materiale şi tehnici tradiţionale de reabilitare

structurală seismică a clădirilor de cult şi monumentelor istorice ”, se prezintă o sinteză a materialelor şi

tehnicilor tradiţionale utilizate în intervenţiile de reabilitare structurală a clădirilor existente.

Se vor trece în revistă tehnicile utilizate pentru reabilitarea structurală a tuturor elementelor

componente ale unei cădiri existente , de cult sau din patrimoniu: fundaţii, pereţi, planşee, arce si bolţi,

coloane şi pilaştri, cupole. Vor fi prezentate tehnologiile de execuţie şi se vor realiza schiţe şi desene de

detaliu pentru fiecare tehnică în parte.

În prima parte a Capitolului 3, intitulat „ Avarierea clădirilor de cult şi monumentelor istorice ” se

realizează o clasificare a cauzelor avariilor clădirilor din zidărie simplă, cum sunt majoritatea

monumentelor istorice şi clădirilor de cult. Pornind de la vasta experienţă a experţilor în acest domeniu, în

a doua parte se vor trata probleme speciale legate de patologia seismică a clădirilor de cult ortodox.

Pentru a sublinia gradul de avariere al unor biserici din diferite zone ale României, se vor pune la

dispoziţie o serie de relevee foto de detaliu.

În finalul capitolului, se va face o trecere în revistă a mecanismelor de producere a avariilor

seismice în clădirile monumente istorice cu pereţi portanţi din zidărie. Acestea vor fi completate cu

relevee foto în care se vor evidenţia principalele tipuri caracteristice de avarii constatate la pereţii portanţi

şi cei de rigidizare, precum şi la buiandrugii din zona golurilor de uşi şi ferestre.


4

În Capitolul 4 , intitulat „ Evaluarea analitică a siguranţei seismice a clădirilor de cult şi

monumentelor istorice ” se doreşte surprinderea unor aspecte legate de evaluarea analitică a siguranței

seismice a clădirilor de cult și monumentelor istorice prin „Metodologia de nivel 2” din codul P100-

3/2008, prin „Metoda E2a” omoloagă din P100-92 şi prin „ Metoda de calcul simplificat” din M.P 025-

04. Studiile de caz din finalul capitolului pun în evidenţă influenţa amortizării (ξ) a zidăriilor vechi asupra

indicatorului (R3) şi realizează o analiză comparativă între evaluarea analitică a siguranței seismice a unei

clădiri monument istoric conform P100-92 şi conform P100-3/2008.

Capitolul 5, intitulat „ Materiale şi tehnici moderne de reabilitare structurală seismică a clădirilor

de cult şi monumentelor istorice ” este structurat în două parţi. Prima parte, tratează în mod explicit

problema utilizării în consolidări a materialelor compozite polimerice armate cu fibre (CPAF). A doua

parte a capitolului este destinată în totalitate unei noi abordări în proiectarea antiseismică, respectiv

metoda de izolare seismică a bazei.

Ultimul obiectiv al prezentei lucrări, acela de a implementa o metodă nouă de reabilitare seismică în

cazul unei clădiri de cult ortodox, este atins în finalul acestui capitol, prin studiul de caz „Eficienţa

soluţiei de izolare a bazei, aplicată în cazul bisericii Sfânta Treime Ghencea”.

În Capitolul 6 , intitulat „Concluzii generale, contribuţii personale şi cercetări viitoare”, ultimul

capitol al tezei, sunt formulate şi sunt prezentate contribuţiile autorului la îndeplinirea obiectivelor tezei,

atât din punct de vedere informaţional, cât şi din punct de vedere teoretic şi practic. De asemenea, vor fi

discutate si anumite aspecte legate de cercetările viitoare în domeniul studiat.

2. MATERIALE ŞI TEHNICI TRADIŢIONALE DE REABILITARE STRUCTURALĂ

SEISMICĂ A CLĂDIRILOR DE CULT ŞI MONUMENTELOR ISTORICE

2.1. Introducere

În trecut, procedeele constructive la care se recurgea în intervenţiile de consolidare, erau cele

specifice etapei iniţiale. Ideea de folosire a tehnicilor originale a apărut odată cu conturarea primelor

doctrine de restaurare.

Teoria şi practica restaurărilor au fost limitate de stadiul slab dezvoltat al tehnicii construcţiilor.

Astfel că, în multe cazuri, unicul mod de a perpetua un monument ameninţat cu prăbuşirea, era

demolarea, descompunerea sau dărâmarea acestuia şi refacerea integrală Evenimentul care a marcat

trecerea de la stadiul demolărilor şi reconstituirilor la un sistem auxiliar de preluare a încărcărilor, realizat

din materiale noi (beton, metal), a avut loc cu ocazia restaurării părţii centrale a catedralei din Bayeux

[71].

2.1.1. Utilizarea tehnicilor contemporane, mijloc de a păstra autenticitatea monumentelor istorice

2.1.2. Utilizarea betonului armat în consolidari

2.1.3. Cazuri de substituire a structurii tradiţionale printr-o structură modernă

2.2. Consolidarea fundaţiilor

2.2.1. Consideraţii generale

Reabilitarea structurală a fundaţiilor este de obicei necesară pentru soluţionarea unor avarii apărute

ca urmare a [62,71]:

degradării materialelor ce alcătuiesc fundaţia;

incompatibilităţii dintre structură şi fundaţia sa;

pierderii capacităţii portante sau tasării excesive a terenului de fundare;

nerespectării adâncimii de îngheţ (fundaţii rămase deasupra adâncimii de îngheţ datorită unor

sistematizări verticale).

Cele mai frecvente procedee de consolidare a fundaţiilor, pot fi grupate după cum urmează [71]:

a. mărirea bazei de fundare (introducerea unor fundaţii adiacente);

b. introducerea unei fundaţii sub fundaţia existentă (subzidire);

c. realizarea unei cămăşuieli armate, fixată prin conectori, pe o faţă, sau pe ambele feţe ale

fundaţiei;

2.2.2. Consolidarea fundaţiilor prin mărirea bazei de fundare

Cele mai frecvent utilizate soluţii constau în adăugarea unor elemente din beton armat dispuse de-a

lungul fundaţiei existente, cu scopul de a mări suprafaţa de contact dintre fundaţie şi teren [62].


5

2.2.3. Consolidarea fundaţiilor prin subzidire

Conceptul de bază al subzidirilor constă în introducerea unor elemente structurale între structura

existentă şi terenul de fundare [62]. Cele mai utilizate soluții sunt:

a. Subzidiri cu elemente din beton simplu şi/sau zidărie;

b. Subzidiri armate;

c. Subzidiri cu grinzi armate rezemate pe piloţi foraţi;

d. Piloţi foraţi din beton armat;

e. Piloţi prefabricaţi montaţi prin presiune statică;

2.2.4. Consolidarea fundaţiilor prin cămăşuire

Tehnica constă în îmbrăcarea fundaţiei existente cu o cămăşuiala armată. Fixarea cămăşuielii de

zidăria fundaţiei se va realiza cu ajutorul conectorilor, introduşi în găuri special forate.

2.3. Consolidarea pereţilor din zidărie

2.3.1. Reparaţia locală a rosturilor, fisurilor şi a părtilor avariate

2.3.2. Reintegrarea prin părţi. Desfacerea rosturilor şi chituirea lor

2.3.3. Tiranţi metalici

Tiranții metalici sunt utilizaţi pentru a realiza legătura dintre pereţii de zidărie, în vederea redării

clădirii comportamentului de cutie rigidă și pentru a îmbunătăţi legătura dintre planşee şi pereţi.

Intervenţia este reversibilă, de aceea tiranţii sunt recomandaţi în reabilitarea structurală a clădirilor

cu valoare istorică.

2.3.4. Injecții armate

2.3.5. Injectarea şi placarea cu tencuiala armata a pereţilor fisuraţi

2.3.6. Tiranţi-centură

Metoda reprezintă o alternativă a soluţiei de consolidare cu ajutorul tiranţilor metalici. Tehnologia

de execuţie constă în realizarea unor goluri în pereţii de zidărie, pe lăţimea a două cărămizi, în care, dupa

tratarea cu lapte de ciment foarte fluid cu adaos de aracet E50, se vor introduce carcase de armătură.

2.3.7. Pilaştri de eclisare

2.3.8. Elemente de tip ZIA

„Sistemul de consolidare de tip carcasă” a fost dezvoltat şi utilizat la o serie de biserici ortodoxe, de

către prof. ing. Alexandru Cişmigiu şi prof. ing. Mircea Crişan. Acest sistem de consolidare este compus

din elemente verrticale şi elemente orizontale [71].

2.4. Consolidarea coloanelor şi pilaştrilor din zidărie

Metoda des utilizată în antichitate, pentru îmbunătăţirea capacităţii portante la forţa axială, constă în

cercuirea coloanelor şi pilaştrilor cu elemente metalice, care alterau aspectul estetic al clădirii, deoarece

intervenţia rămânea vizibilă [71]. În zilele noastre, datorită performanţelor instrumentelor de perforare şi

a utilizării răşinilor epoxidice, se pot executa fretaje cu microbare din oţel inserate în corpul coloanei sau

se poate recurge la inserarea unor inimi din beton armat în corpul acestora [71].

2.4.1. Consolidarea coloanelor cu ajutorul fretajelor

2.4.2. Consolidarea coloanelor cu elemente din beton armat

2.5. Consolidarea arcelor şi bolţilor din zidărie


Arcele şi bolţile sunt structuri orizontale, concepute să lucreze în acelaşi mod ca şi elementele

verticale pe care reazemă, predominant la compresiune. Tehnicile de reabilitare structurală trebuie să

satisfacă problema împingerilor, care reprezintă o caracteristica inerentă a acestor structuri. Efectul

împingerilor este de obicei evident la nivelul naşterilor şi în zona cheii, unde prin dislocare se formează

un volum de zidărie, care se prabuşeşte, sau se află într-un echilibru precar [71].

2.5.2. Consolidarea bolţilor. Eliminarea împingerilor. Tiranţi metalici

2.5.3. Consolidarea bolţilor prin suspendare cu cabluri

2.5.4. Consolidarea arcelor din zidărie

2.6. Consolidarea cupolelor din zidărie


6

2.6.1. Consolidarea legăturii tambur-luminator. Injecţii armate

Datorită greutăţii sale, turla influenţează stabilitatea generală a cupolei pe care sprijină. Prin această

intervenţie se urmăreşte îmbunătăţirea legăturii dintre cele două elemente structurale, prin intermediul

injecţiilor armate [71].

2.6.2. Consolidarea cupolelor prin cercuire cu ajutorul cablurilor active

Intervenţia constă în punerea în opera a unui cablu din oţel, pretensionat prin blocaje succesive. Prin

pretensionarea cablului se introduce în structura cupolei o încărcare permanentă suplimentară.

2.6.3. Consolidarea cupolelor prin cercuire cu injecţii armate

2.7. Consolidarea planşeelor din lemn


Cauzele degradării planşeelor din lemn sunt:

deformaţii mari sub încărcări în componentele structurale;

susceptibilitate mare la degradări biologice, ca o consecinţă a caracterului organic al lemnului;

degradarea reazemelor, datorită putrezirii lemnului şi a vibraţiilor ;

fisuri şi crăpături, apărute ca o consecinţă a rigidităţii şi rezistenţei insuficiente.

2.7.2. Consolidarea grinzilor din lemn. Introducerea tiranţilor pretensionaţi aderenţi la grinzi

2.7.3. Consolidarea grinzilor din lemn. Introducerea barelor din vitrorăşina şi oţel

2.7.4. Refacerea capetelor grinzilor din lemn. Introducerea barelor din vitrorăşina

2.7.5. Refacerea capetelor grinzilor din lemn. Inima de întărire şi plăcuţa de susţinere

2.7.6. Consolidarea planşeelor din lemn cu plăci din beton armat rezemate pe centuri încastrate în

pereţii din zidărie

3. AVARIEREA CLĂDIRILOR DE CULT ŞI A MONUMENTELOR ISTORICE

3.1. Cauzele avarierii construcţiilor din zidărie simplă. Consideraţii generale

Principalele cauze ale avariilor în structurile din zidărie sunt: congenitale, utilizarea improprie a

construcţiilor, degradarea materialelor, interacţiunea cu terenul, acţiuni catastrofale (cutremurele),

acţiunea umană.

3.2. Patologia seismică a clădirilor de cult şi a monumentelor istorice din România

3.2.1. Tipologia structurală a bisericilor ortodoxe

Forma trilobată a bisericilor ortodoxe joacă un rol important în comportamentul global al acestora la

acţiunea cutremurelor, deoarece distanţa dintre centrul de greutate şi centrul de rigiditate este redusă,

reducându-se astfel şi torsiunea de ansamblu [113].

3.2.2. Mecanismul de producere a avariilor seismice în

cazul bisericilor ortodoxe. Tipuri de avarii

Mecanismul global de avariere, constatat şi introdus în

literatura de specialitate de către prof. ing. Alexandru

Cişmigiu, poate fi descris astfel:

fractură longitudinală, care începe din zona

pridvorului şi se extinde până în zona altarului, cu tendinţa de

a fragmenta corpul bisericii în două jumătăţi distincte ;

un ansamblu de fracturi transversale, în axele

naosului, pronaosului, pridvorului şi altarului, localizate în

secţiunile slăbite, de golurile de uşi, ferestre şi nişe.

Rezultatul acestor două procese de avariere, asociate,

transformă corpul bisericii într-un ansamblu de blocuri, cu

tendinţe individuale de comportare [17].

3.2.3. Mecanismul de producere a avariilor seismice în cazul clădirilor monumente istorice cu pereţi

portanţi din zidărie. Tipuri de avarii

Figura 3.2.2.1 Fragmentarea corpului bisericii

în entităţi distincte pe direcţie logitudinală şi

transversală [17]


7

Multe dintre clădirile monumente istorice au fost realizate după reguli empirice, în perioada în care

betonul şi betonul armat nu fuseseră încă utilizate la noi în ţara, decât foarte rar [3]. Sistemul constructiv

adoptat în cazul acestor clădiri este compus din pereţi portanţi din zidărie de cărămidă, peste care sunt

aşezate planşee din lemn, cu grinzi dese (50÷80 cm) şi cu tavan suspendat din tencuială pe şipci şi trestie.

Fisurile cele mai frecvente au fost localizate la pereţii transversali, pe care nu reazemă decât benzi

locale de planşeu [3]. S-au inregistrat tendinţe de desprindere şi înclinare spre exterior, la pereţii portanţi

de pe direcţie longitudinală, atunci când distanţele dintre pereţii de rigidizare sunt mai mari de 8÷10 m, la

care se adaugă ancorajele slabe (inexistente uneori) între planşee şi pereţi [3]. Datorită lipsei unei lungimi

suficiente de ancoraj a buiandrugilor în spaleţii din zidărie, care să permită transmiterea momentelor de

încastrare, la capetele acestora s-au dezvoltat fisuri la 45˚

4. EVALUAREA ANALITICĂ A SIGURANŢEI SEISMICE A CLĂDIRILOR DE CULT ŞI

MONUMENTELOR ISTORICE

4.1. Evaluarea analitică a siguranţei seismice a clădirilor de cult şi monumentelor istorice

conform INDICATIVULUI P-100-92 – „Normativ pentru proiectarea antiseismică a

construcţiilor de locuinţe, social-culturale, agrozootehnice şi industriale”

4.1.1. Metode de proiectare antiseismică

4.1.2. Relaţii de calcul pentru determinarea încărcărilor seismice orizontale

4.1.3. Metode de evaluare analitică a nivelului de siguranță seismică a clădirilor existente

Valoarea gradului nominal de asigurare la acţiuni seismice (R3) este definită prin relaţia [137]:

b

cap

F

VR 3 (4.1.3.1)

în care, Vcap este încărcarea seismică convenţională capabilă a construcţiei.

4.1.4. Capacitatea de rezistență a pereților structurali din zidărie simplă la forțe care actionează în

planul lor


conform indicativului M.P. 025-04 – „Metodologie pentru evaluarea riscului şi propunerile de

intervenţie necesare la structurile construcţiilor monumente istorice în cadrul lucrărilor de

restaurare ale acestora”

4.2.1. Metode de evaluare analitică a nivelului de siguranţă seismică al clădirilor existente

Gradul de asigurare se calculează cu relaţia:

b

capcapred

F

VR

,3

(4.2.1.5)


conform INDICATIVULUI P100-3/2008– „Prevederi pentru evaluarea seismică a clădirilor

existente”

Pentru clădirile de cult şi construcţiile monumente istorice cea mai utilizată metodologie de

evaluare a siguranţei seismice este „Metodologia de nivel 2”.

4.3.1. Rezistenţele de proiectare ale zidăriei

4.3.2. Capacitatea de rezistenţă a zidăriei pentru forţe în plan)

4.3.3. Calculul forţei tăietoare de baza (Fb) pentru clădire

Indicatorul (R3) pentru ansamblul clădirii, pe fiecare direcţie, se calculează în [134] cu expresia:

b

jd kf

fffd

F

VV

R

3 (4.3.3.4)


8

În sumele din relaţia (4.3.3.4) capacităţile de rezistenţă se introduc cu următoarele limitări: R3i>0.5,

iar capacităţile se introduc cu valoarea ≤1.5 Fb,i [134].

4.4. Studiu de caz: Influenţa fracţiunii din amortizarea critică (ξ) asupra indicatorului (R3)

Codul [134] ia în considerare pentru zidării o fracţiune din amortizarea critică de 8%, astfel că,

spectrul de proiectare se corectează, conform codului de proiectare [135] (Anexa A), (Relaţia A.7.2) cu

coeficientul (η=0.88). Cercetările experimentale [73] au arătat că la zidăriile vechi existenţa mortarelor

slabe şi a degradărilor interioare se manifestă prin amortizări mai mari de 8% în timpul mişcărilor de

răspuns la excitaţii seismice. În concluzie, corectarea spectrului de răspuns elastic se va face cu un

coeficient (η) ale cărui valori vor fi diferite în funcţie de perioada în care a fost realizată construcţia.

4.4.1. Descrierea structurii

Structura analizată este o clădire monument istoric din zidărie (P+1E), amplasată în Bucureşti şi

având funcţiunea de clădire de locuit.

Pentru a studia influenţa amortizării diferite a zidăriei asupra gradului de asigurare structurală

seismică (R3) clădirea analizată a fost încadrată în trei perioade de timp în funcţie de anul construcţiei.

În (Tabelul 5.4.1.1) sunt date valorile coeficienţilor (η) corespunzători amortizării critice diferite a

zidăriei, respectiv de 13%, 11%, 8%, în funcţie de perioada de realizare a construcţiei [88]. Tabelul 4.4.1.1

Valorile coeficientului η

ξ (%) η=√10/(5+ξ)

ante 1900 1900÷1950 post 1950 ante 1900 1900÷1950 post 1950

13 11 8 0.75 0.79 0.88

4.4.2. Rezistenţele zidăriei

Pentru verificările preliminare, rezistenţele zidăriei au fost luate prin confruntare cu datele existente

în literatură [88].

4.4.3. Capacităţile de rezistenţă ale pereţilor structurali pentru forţe în plan

Capacităţile de rezistenţă au fost calculate pe două direcţii, pentru fiecare grup de pereţi, obtinându-

se valori diferite, în funcţie de perioada în care a fost realizată construcţia [88]. Pentru calculul

capacităţilor de rezistenţă, s-a notat cu Z1,..,Z4 grupurile de pereţi care conlucrează la preluarea

încărcărilor verticale şi orizontale [88].

4.4.4. Calculul gradului de asigurare structurală seismică pentru fiecare perete, pe fiecare direcţie

(R3i,T, R3i,L) şi pentru ansamblul clădirii, pe fiecare direcţie (R3,T, R3,L)

Gradul de asigurare structurală seismică s-a calculat în două variante [88]:

a. cu forţa tăietoare de bază corectată conform codului [134] cu coeficientul (η=0.88) corespunzător

unei amortizări critice de 8%;

b. cu forţa tăietoare de bază corectată cu coeficienţii (η) din (Tabelul 4.4.1.1), corespunzători unei

amortizări critice diferite, în funcţie de perioada în care a fost realizată construcţia.

Figura 4.4.4.1. Gradul de asigurare structurală seismică pentru pereţii dispuşi pe direcţie transversală și longitudinală


9

Figura 4.4.4.3. Gradul de asigurare structurală seismică pentru ansamblul clădirii pe direcţie transversală și longitudinală

4.4.5. Concluzii

Construcţiile vechi din zidărie de cărămidă, cazul celor mai multe monumente istorice, au

amortizări mai mari decât restul zidăriilor în principal datorită fisurilor şi fracturilor din timpul

cutremurelor puternice.

Această particularitate se poate cuantifica prin diminuarea spectrului de răspuns elastic, cu

coeficienţi (η) ce au valori diferite în funcţie de perioada în care a fost realizată construcţia [73].

Diminuând spectrul de răspuns elastic, se diminuează forţa tăietoare de bază, iar rezultatul final constă în

creşterea gradului de asigurare structurală pentru fiecare perete (pe fiecare direcţie), respectiv pentru

clădirea în ansamblu (pe fiecare direcţie).

4.5. Studiu de caz: Aspecte privind evaluarea siguranţei seismice a structurilor existente din

zidărie conform normativelor P-100-92 şi P100-3/2008

4.5.1. Descrierea structurii

Structura analizată (P+1E) a fost construită în

anul 1950, este amplasată în Bucureşti şi are

funcţiunea de clădire de locuit [28]. Construcţia

analizată a fost încadrată conform (Tabelului 4.2)

din [137] şi a (Tabelului 5.2) din [137] în clasa II de

importanţă şi de expunere la cutremur, caracteristică

clădirilor din patrimoniul national.

4.5.2. Rezistenţele zidăriei

Rezistenţele de proiectare ale zidăriei au fost

calculate separat pe baza relaţiilor şi a indicaţiilor

prezentate în cele două coduri [28].

4.5.3. Concluzii

Rezultatele diametral opuse, sunt determinate de doi factori [28]:

definirea diferită a hazardului seismic: IMR = 50 ani pentru [137] şi IMR = 100 ani pentru [134]

ce rezidă în valori mai mari ale cerinţei în al doilea caz;

condiţiile impuse în normativul [134] pentru calculul indicatorului (R3) (R3i>0.5). Aceste limitări

elimină aportul capacităţilor unor pereţi structurali activi, în timp ce în codul [137] se consideră

necondiţionat aportul tuturor pereţilor.

5. MATERIALE ŞI TEHNICI MODERNE DE REABILITARE STRUCTURALĂ SEISMICĂ

A CLĂDIRILOR DE CULT ŞI MONUMENTELOR ISTORICE

5.1. Introducere

5.2. Materiale compozite polimerice armate cu fibre ( CPAF)


Utilizarea CPAF în consolidări reprezintă o soluţie eficientă, având o reputaţie bună în:

Figura 4.5.3.1 Gradul de asigurare la acţiuni seismice


10

creşterea rezistenţei la încovoiere;

creşterea rezistenţei la forţa tăietoare;

creşterea rigidităţii;

convertirea zidăriei dintr-un material slab/fragil într-un material puternic/ductil.

5.2.2. Caracteristicile materialelor compozite şi ale componentelor lor

Prin definiţie (Figura 5.2.1.1), un material compozit este alcătuit din mai multe componente cu

proprietăţi fizice şi chimice diferite, produsul astfel obţinut având proprietăţi superioare şi îmbunătăţite

faţă de cele ale materialelor individuale din componenţa sa [7].

5.2.3. Tipuri de fibre

5.2.4. Tipuri de matrici folosite la fabricarea materialelor compozite

5.2.5. Tipuri de adezivi

5.2.6. Principii generale de proiectare a sistemelor CPAF şi factori parţiali de siguranţă în

conformitate cu norma italiană CNR-DT 200/2004

5.2.7. Consideraţii generale şi modul de cedare al materialelor compozite

În ceea ce priveşte modul de cedare al materialelor compozite, cercetările experimentale au

demonstrat că principala cauză o constituie fenomenul de delaminare (pierderea aderenţei la interfaţa

compozit-zidărie), care se manifestă prin:

desprinderea zonelor de capăt a membranelor sau fâşiilor compozite;

desprinderea în zone intermediare datorită apariţiei şi dezvoltării fisurilor la suprafaţa zidăriei;

exfolierea compozitelor cu rigiditate ridicată la încovoiere aplicate în special pe suprafeţele curbe;

desprinderea prin forfecare cu smulgerea (antrenarea) unor bucăţi de zidărie în zonele de capăt

(Figura 5.2.7.1).

5.2.8. Consolidarea pereţilor din zidărie nearmată cu materiale compozite

Pentru a îmbunătăţi comportamentul pereţilor la forţe în planul lor și perpendiculare pe planul lor,

se utilizează sisteme de consolidare cu bare compozite şi cu materiale compozite în forma laminată.

Eficiența sistemelor depinde de modul de dispunere al fâșiilor compozite, respectiv de numarul de bare

compozite instalate în fiecare secțiune.

5.2.9. Consolidarea stâlpilor din zidărie nearmată cu materiale compozite

5.2.10. Consolidarea arcelor şi bolţilor cu materiale compozite

Prezenţa materialelor compozite CPAF, aplicate la intradosul sau extradosul arcelor sau bolţilor,

influenţează mecansimul formării articulaţiilor plastice, deoarece materialele compozite pot prelua

eforturile de întindere din zonele în care acestea se dezvoltă.

5.3. Izolarea seismică a bazei - o nouă abordare în proiectarea antiseismică


În cazul clădirilor monumente istorice, cu sisteme structurale rigide, însă fragile, comportamentul

lor dinamic amplifică mişcarea de înaltă frecvenţă, ceea ce le face vulnerabile la mişcările armonice ale

pământului. Acest sistem reduce atât şocul în clădire cât şi deformabilitatea sistemului structural.

Principalele avantaje ale utilizării sistemului de izolare a bazei în cazul monumentelor istorice sunt [37]:

intervenţia completă se realizează numai la nivelul fundaţiilor şi numai lucrările de conservare

(dacă sunt necesare) se execută la partea de suprastructură;

picturile interioare şi frescele, des întâlnite pe pereţii monumentelor istorice precum şi alte bunuri,

sunt protejate la maximum în cazul intervenţiilor.

Dezavantajele metodei sunt [37]:

intervenţia, realizată prin încorporarea unor dispozitive la nivel de fundaţie, reprezintă o sarcină

uriaşă, care modifică într-un anumit fel conceptul de bază al structurii existente;

dispozitivele de izolare sunt produse prin tehnologii moderne, de către companii specializate,

costurile intervenţiei fiind mult mai mari decât în cazul unei reabilitări seismice bazată pe tehnici

tradiţionale.


11

5.3.2. Tipuri de izolatori

5.3.3. Scurt istoric al utilizării izolatorilor seismici

5.3.4. Principii ale izolării bazei structurilor

5.3.5. Parametrii ce influenţează folosirea amortizorilor seismici

5.3.6. Izolarea bazei în codurile americane şi în Eurocodul 8

5.3.7. Prezentarea unui algoritm de dimensionare al izolatorilor de tip HDLRB (High Damping

Laminated Rubber Bearing)

5.4. Studiu de caz: Eficienţa soluţiei de izolare a bazei, aplicată în cazul bisericii Sfânta Treime

Ghencea

Motivele adoptării solutiei de izolare a bazei în cazul Bisericii Sfânta Treime Ghencea sunt:

intervenţia completă se realizează la nivelul fundaţiilor, prin introducerea unui strat de separaţie

între suprastructura clădirii şi sistemul de fundare, protejându-se la maximum picturile din spaţiul interior

al bisericii;

fiind o structură cu masă mare, atunci şi perioadele proprii ale structurii izolate vor fi foarte lungi,

condiţie necesară pentru realizarea unei izolări eficiente;

configuraţia şi amplasamentul clădirii, permit deplasări în sistemul de izolare, ce pot atinge valori

de până la 1m, neexistând pericolul afectării clădirilor din jurul bisericii.

Evaluarea capacităţii de rezistenţă a sistemului structural şi încadrarea bisericii într-o clasa de risc

seismic, s-a realizat conform indicaţiilor metodologiei de nivel 2 din indicativul [134].

Într-o primă etapă a studiului, se realizează două studii parametrice, ce au ca principal scop

evidenţierea eficienţei tehnicilor tradiţionale şi a materialelor compozite CPAF, în reducerea riscului

seismic.

Ca o primă măsura de intervenţie pentru reducerea riscului seismic, recomandată de indicativul

[134], s-a adoptat placarea pe exterior a pereţilor de pe ambele direcţii principale cu beton (8÷10cm),

turnat în cofraje şi armat, pe rând, cu 1 plasa, respectiv 2 plase din oţel PC52.

În vederea creşterii rezistenţei la forţa tăietoare şi a îmbunătăţirii rigidităţii şi ductilităţii pereţilor

din zidărie, s-a adoptat ca o a doua măsura de intervenţie pentru reducerea riscului seismic, placarea

pereţilor cu materiale compozite în formă laminată.

Sistemul de izolare este alcătuit din cinci tipuri de izolatori.

5.4.1. Scurt istoric al Bisericii Sfânta Treime Ghencea

5.4.2. Descrierea Bisericii Sfânta Treime Ghencea din punct de vedere arhitectural

5.4.3. Descrierea Bisericii Sfânta Treime Ghencea din punct de vedere structural

5.4.4. Evaluarea încărcarilor gravitaţionale

5.4.5. Caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor de construcţie

Deoarece în documentaţia tehnică nu se specifică nici o valoare legată de rezistenţa cărămizilor sau

a mortarului, pentru verificările analitice, rezistenţele zidăriei vor fi luate prin raportare la rezultatele

încercărilor pe construcţii similare şi prin confruntare cu datele existente în literatură [134].

5.4.6. Calculul forţei tăietoare de baza pentru clădire, Fb

5.4.7. Verificarea capacităţii de rezistenţă a sistemului structural prin metodologia de nivel 2

Valorile indicatorului R3 pe ansamblul clădirii, respectiv 17.37% pe direcţie longitudinală şi

46.19% pe direcţie transversală, indică faptul că biserica se încadrează conform [134] (Tabelul 8.3) în

clasa I de risc seismic pe direcţie longitudinală, respectiv în clasa II de risc seismic, pe direcţie

transversală.

5.4.8. Lucrări de intervenţie pentru reducerea riscului seismic

Cămăşuirea pereţilor cu beton armat cu plase legate din oţel

Pentru a studia eficienţa tehnicilor tradiţionale în reducerea riscului seismic al clădirilor cu pereţi

din zidărie simplă, s-a adoptat ca prim procedeu de intervenţie, cămăşuiala exterioară a pereţilor de pe

ambele direcţii principale cu beton (10cm), turnat în cofraje şi armat cu 1 plasa, respectiv 2 plase din oţel

PC52, având diametrul de 8mm, cu bare dispuse la distanţa de 150mm.

Placarea pereţilor cu materiale compozite în formă laminată


12

Sistemul de consolidare cu materiale compozite adoptat în studiu, este alcătuit din fâşii de material

compozit laminat, din fibră de carbon (CPAFC) şi fibră de sticlă (CPAFS), cu lăţimea de 200mm, dispuse

pe o singură faţă a peretelui, la distanţă de 500mm.

Figura 5.4.8.1 Valorile indicatorilor (R3) pe ansamblul bisericii, pe fiecare direcţie, determinate în urma intervenţiilor de

cămașuire a pereților cu beton armat cu plase legate din oțel PC52 și de placare a pereţilor de pe ambele directii cu fâşii din

material compozit

5.4.9. Proiectarea sistemului de izolare a bazei

În această secţiune se va studia eficienţa soluţiei de izolare a bazei, aplicată în cazul bisericii Sfânta

Treime Ghencea, considerând condiţiile seismice specifice de amplasament, respectiv ag=0.24g, TC=1.6s,

TB=0.16s, TD=2s. Valoarea de intrare a perioadei orizontale a sistemului de izolare (Th), numită şi

„perioada ţintă”, este de 4s.

5.4.10. Analiza modală a bisericii Sfânta Treime Ghencea

Biserica Sfânta Treime Ghencea a fost modelată în programul SAP 2000, cu elemente de tip shell.

În vederea montării sistemului de izolare, la baza bisericii, a fost realizată o grindă din beton B250, cu

secţiunea de 1m1m, dispusă pe tot conturul.

Figura 5.4.10.1 Modurile 1 și 2 de vibrație ale bisericii Sfânta Treime Ghencea înainte de izolare [145]

Figura 5.4.10.2 Modurile 1 și 2 de vibrație ale bisericii Sfânta Treime Ghencea după montarea dispozitivelor [145]

5.4.11. Analiza dinamică

Ø8/150-1 Ø8/150-2

mișcarea

predominantă a

turlei T1=0.45s

mișcarea

predominantă a

turlei T2=0.43s

mișcare de corp

rigid T1=3.41s

mișcare de corp

rigid T2=3.38s


13

5.4.12. Rezultatele analizei dinamice

În cele ce urmează se vor prezenta rezultatele analizelor dinamice liniare în termeni de deplasări şi

acceleraţii în punctele reprezentative de la vârful turlei, baza turlei şi baza bisericii, pe fiecare direcţie

principală a bisericii, corespunzătoare excitaţiilor seismice VN_77 pe direcția „X” și E1 pe direcția „Y”

Figura 5.4.8.15 Deplasări corespunzătoare VN_77 pe direcția „X” și acceleraţii corespunzătoare E1 pe direcţia „Y”

Pentru a studia eficienţa soluţiei de izolare a bazei în reducerea eforturilor induse de acţiunea

seismică în pereţii de zidărie, se va realiza în graficele prezentate infra o comparaţie între forţa tăietoare

de bază cerinţă din pereții P2 și P3 participanți la preluarea acţiunii seismice, rezultată după

implementarea sistemului de izolare a bazei şi forţa tăietoare capabilă a acestor pereți, determinată

conform indicaţiilor din indicativul [134]. Rezultatele vor fi prezentate în funcţie de sensul de acţiune al

cutremurului considerat în analiză, respectiv cutremur pe direcţia „X” şi cutremur pe direcţia „Y”.

Figura 5.4.8.31 Forţa tăietoare de bază cerinţă corespunzătoare pereţilor din zidărie pentru cutremur pe direcţiile „X”și „Y”

5.4.13. Concluzii

Evaluarea capacităţii de rezistenţă a sistemului structural al bisericii, în vederea încadrării acesteia

într-o clasă de risc seismic, s-a făcut conform metodologiei de nivel 2 din indicativul [134].

Valorile gradului de asigurare structurală (R3), de 17.37% pe direcţie longitudinală şi 46.19% pe

direcţie transversală, încadrează biserica în clasa I de risc seismic pe direcţie longitudinală, respectiv în

clasa II de risc seismic pe direcţie transversală, conform indicativului [134] (Tabelul 8.3).

Studiul de caz debutează cu două studii parametrice, al căror scop este de a evidenţia eficienţa

tehnicilor tradiţionale şi a materialelor compozite CPAF în reducerea riscului seismic al bisericii Sfânta

Treime Ghencea.

Analizând rezultatele primului studiu, s-a concluzionat că prin adoptarea soluţiei de cămăşuire a

pereţilor de pe ambele direcţii cu o singură plasă din oţel PC52, valorile gradului de asigurare structurală


14

(R3) pe ansamblul bisericii, se situează sub valoarea limită de 35% a clasei I de risc seismic, respectiv de

17.56% pe direcţie transversală şi 21.09% pe direcţie longitudinală. Aceste valori erau previzibile având

în vedere prevederile indicativului [134] (Anexa F), care conchid că după execuţia soluţiei de cămăşuire a

pereţilor, capacitatea la forţa tăietoare este dată numai de armăturile orizontale şi verticale, neglijându-se

contribuţia zidăriei existente şi a betonului din straturile de cămăşuială. Valori îmbunătăţite ale

indicatorului (R3) au fost obţinute prin dublarea numărului de plase din oţel PC52. Cu valorile rezultate,

respectiv de 84.86% pe direcţie transversală şi 67.01% pe direcţie longitudinală, biserica se încadrează în

clasa III de risc seismic.

Cercetările recente au pus în evidenţă un comportament bun al materialelor compozite în

consolidări. Prin urmare s-a ales ca o a doua tehnică de intervenţie placarea exterioară a pereţilor de pe

ambele direcţii cu fâşii compozite din fibre de carbon şi fibre de sticlă.

Soluţia s-a dovedit extrem de eficientă, valorile indicatorului (R3) fiind de 128% pe direcţie transversală şi

154% pe direcţie longitudinală în cazul utilizării fâşiilor compozite din fibre de carbon, respectiv de 92%

pe direcţie transversală şi 98% pe direcţie longitudinală pentru placare cu fâşii compozite din fibre de

sticlă. Ulterior acestor intervenţii, biserica se

încadrează în clasa IV de risc seismic, fiind

caracterizată printr-o vulnerabilitate redusă în cazul

unor cutremure viitoare şi fără a necesita alte

intervenţii de consolidare la nivelul sistemului

structural.

În partea a doua a studiului se tratează problema

implementării unui sistem de izolare a bazei pentru

biserica analizată.

Proiectarea dispozitivelor de tip HDLRB se

realizează prin intermediul unui algoritm simplificat.

Au rezultat cinci tipuri de izolatori, amplasaţi sub

pereţii de pe conturul bisericii şi la intersecţia axelor

principale, pe zona interioară.

Analiza dinamică liniară, de tip time-history, s-a realizat cu scopul de a evidenţia eficienţa

sistemului de izolare propus. Rezultatele acesteia în termeni de deplasări şi acceleraţii în punctele

reprezentative de la vârful turlei, baza turlei şi baza bisericii au conchis ca obiectivul metodei de izolare a

bazei, respectiv acela de reducere a acceleraţiilor de la nivelul terenului, pe înâlţimea clădirii, a fost atins.

Mai mult, după implementarea sistemului de izolare a bazei, biserica a căpătat o mişcare de solid rigid, cu

toate deplasările cerinţă concentrate în sistemul de izolare, deci cu un drift aproape de valoarea 0 pe

structură. În final, s-a constatat depăşirea capacităţii de rezistenţă la forţa tăietoare pentru o parte dintre

pereţii dispuşi pe ambele direcţii principale ale bisericii, care face necesară luarea unor măsuri

suplimentare de intervenţie, individuală sau de ansamblu.

Valoarea gradului de asigurare structurală (R3), calculat pe ansamblul bisericii după realizarea

intervenţiei de izolare a bazei, indică faptul că, deşi capacităţile de rezistenţă ale unora dintre pereţi sunt

depăşite pe ambele direcţii, pe ansamblul bisericii riscul seismic se reduce, deci soluţia isi dovedeşte

eficienţa (Figura 5.4.8.33)

6. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI CERCETĂRI VIITOARE

6.1. Concluzii generale

Construcţiile din cărămidă simplă, de tipul clădirilor de cult şi a monumentelor istorice, prezintă

fisuri şi crăpături, rezultate în urma evenimentelor care au afectat ţara noastră. Pentru o evaluare analitică

corectă a siguranţei structurale, se va ţine cont de faptul că zidăriile din componenţa acestor structuri, au

amortizări mai mari decât valoarea de 8% prevăzută în indicativul [134]. Prin urmare, spectrul de răspuns

elastic, se va corecta cu coeficienţi (η) cu valori diferite, în funcţie de perioada în care a fost realizată

construcţia [73].

Diferenţele semnificative înregistrate pentru valorile gradului de asigurare structurală calculat pe

ansamblul clădirii (R3), confom indicaţiilor din indicativul [134] şi [137], se datorează valorilor mai mari

Figura 5.4.8.33 Valorile indicatorilor (R3) pe ansamblul

bisericii, pe fiecare direcţie, determinate în urma

intervenţiei de izolare a bazei


15

ale cerinţei seismice în cazul indicativului [134], respectiv a condiţiilor de limitare (impuse de [134]) a

aportului capacităţilor unor pereţi structurali în calculul indicatorului (R3).

Mecanismul global de avariere a bisericilor ortodoxe, este compus dintr-o fractură longitudinală,

care porneşte din zona pridvorului şi se extinde până în zona altarului şi un ansamblu de fisuri

transversale, localizate în secţiunile slăbite de goluri (uşi, ferestre, nişe). Rezultatul acestor două procese,

transformă corpul bisericii într-un ansamblu de blocuri cu tendinţe individuale de comportare [17].

În încercarea de a reduce efectele cutremurelor în clădirile existente (de cult sau monumente

istorice), una dintre metode constă în reducere cerinţei seismice (sau a cantităţii de energie pe care

clădirea o primeşte din mişcarea pământului). În acest scop, una dintre soluţii constă în decuplarea clădirii

de mişcarea pământului, prin utilizarea unor dispozitive special proiectate şi înzestrate cu rigiditate

semnificativă pe direcţie verticală şi capacitate mare de deformare în plan orizontal.

Prin implementarea metodei de izolare a bazei în cazul unei clădiri de cult ortodox, sunt înregistrate

valori reduse ale acceleraţiilor de la nivelul terenului, pe înălţimea clădirii. Mai mult, biserica capătă o

mişcare de corp rigid, cu toate deplasările cerinţă concentrate în sistemul de izolare.

În cazul unora dintre pereţi, metoda de izolare a bazei nu şi-a dovedit eficienţa în reducerea stării de

eforturi, inregistrându-se depăşiri ale capacităţii acestora.

Pe ansamblul bisericii, metoda se dovedeşte a fi eficientă, riscul seismic este redus, iar biserica nu

necesită alte intervenţii de consolidare.

Metodele noi, utilizate în reabilitarea structurală seismică a clădirilor existente, sunt foarte eficiente

în reducerea efectelor cutremurelor în structură însa, atât materialele compozite cât şi dispozitivele

componente ale sistemului de izolare, au un cost ridicat, care poate reprezenta un neajuns în luarea

deciziei finale de intervenţie.

6.2. Contribuţii personale

În domeniul abordat, teza de doctorat îşi dovedeşte contribuţia la dezvoltarea cunoştinţelor atât din

punct de vedere teoretic cât şi practic.

Prin obiectivele, studiile şi concluziile sale, lucrarea de faţă se aliniază tendinţelor mondiale în

domeniu.

Principalele contribuţii ale autorului, în vederea îndeplinirii obiectivelor propuse, sunt:

sintetizarea informaţiilor privind tehnicile şi materialele tradiţionale de reabilitare seismică a

clădirilor de cult şi monumentelor istorice, cu descrierea tehnologiei de execuţie şi realizarea de desene şi

detalii caracteristice;

identificarea şi analiza mecanismelor de avariere, locale şi globale, ale clădirilor de cult şi

monumentelor istorice;

sinteza evoluţiei reglementărilor tehnice (coduri, normative, stasuri, metodologii), cu privire la

protecţia antiseismică a clădirilor de cult şi monumentelor istorice;

analiza influenţei amortizării diferite a zidăriilor din componenţa clădirilor vechi, asupra gradului

de asigurare structurală seismică (R3);

realizarea unui studiu comparativ privind evaluarea siguranţei structurale a clădirilor vechi din

zidărie, cu planşee fără rigiditate semnificativă în plan orizontal, conform indicativelor [134] şi [137];

sinteza şi analiza noilor concepte de proiectare, introduse de legislaţia europeană şi internaţională,

în domeniul protecţiei antiseismice a clădirilor existente prin utilizarea sistemelor de consolidare cu

materiale compozite CPAF şi cu dispozitive de izolare a bazei;

implementarea metodei de izolare seismică a bazei, în cazul unei clădiri de cult ortodox şi

sintetizarea rezultatelor obţinute.

6.3. Cercetări viitoare

Rezultatele cercetărilor ştiinţifice din conţinutul tezei, vor fi utilizate ca suport pentru dezvoltarea

unor metode mai exacte de modelare numerică a zidăriei, care să surprindă comportamentul real al

acesteia la diferite acţiuni.

De asemenea, se urmăreşte realizarea unor cercetări experimentale prin care să se valideze

rezultatele numerice ale soluţiei de placare a pereţilor din zidărie cu fâşii din material compozit.

Se va urmări implementarea rezultatelor favorabile obţinute în cazul clădirii de cult ortodox şi în

cazul altor clădiri existente din patrimoniul naţional.


16

BIBLIOGRAFIE

[3] Agent, R. – Expertizarea şi punerea în siguranţă a clădirilor existente afectate de cutremure, Editura Fast Print, 1997,

Bucureşti

[7] Bahnariu, B. - Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite, Teză de doctorat, Bucureşti, 2010

[17] Cișmigiu, A., Monografie, CDCAS-MLPTL, Bucuresti, 2002

[21] CNR-DT 200/2004 - Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening

Existing Structures, CNR - National Research Council, July 13th, 2004, Rome, Italy

[28] Ealangi, I., Purcaru, M. - Seismic risk assessment related issues for the existing masonry structures according to P-

100-92 and P 100-3/2008 practice codes, Research and Science Today, Supplement No. 1(3), June 2012, Târgu Jiu

[37] Gavrilovic, P., Zelenkovska, V. – Seismic strengthening of historic monuments and experimental investigations, Anali

di Geofisica, Vol. XXXVIII, No. 5-6, November-December, 1995

[41] Ghindea, C. - Studiul unor metode de atenuare a acţiunii seismice asupra construţiilor, Teză de doctorat, Bucureşti,

2008

[55] Kelly, T.E. - Base Isolation of Structures. Design Guidelines, Wellington, New Zealand, HolmesConsulting Group Ltd,

2001

[66] Modena, C., Vientzileou, E., Tomazevic, M., Lourenço, P., Capozucca, R., Chidiac, S., Jaeger W. - Guide for the

Structural Rehabilitation of Heritage Buildings, CIB Publication 335, ISBN: 978-90-6363-066-9

[69] Nanni, A., Tumialan, G. - Strengthening of Masonry Walls with FRP Bars, Composites Fabricator Magazine, March

2002, Arlington, VA.

[71] Niculiţă, M., Groll, L. - Consolidarea clădirilor din patrimoniu, Editura Societăţii Academice MATEI-TEIU BOTEZ,

Iaşi, 2007

[73] Olaru, D. - Evaluarea siguranţei seismice a construcţiilor vechi din zidării masive, revista AICPS, No.2-3, 2010,

Bucureşti

[84] Pleşu , R. , Ţăranu G., Covatariu D., Grădinariu I.D. - Strengthening and rehabilitation conventional methods for

masonry structures, Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, 2011, Tomul LIV (LVIII), Fasc. 4, Iaşi

[86] Plumier, A., Stoica , D. - About connection forces between slabs and structural walls during the horizontal and

vertical seismic action , 2003 , University of Liege Review

[88] Purcaru, M. - The influence of the viscous damping on the degree of structural seismic insurance for historical

monuments, Buletinul Ştiinţific al Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti, No.1, martie, 2012, Bucureşti

[89] Purcaru, M. - Aspecte privind consolidarea stâlpilor din zidărie cu materiale compozite CPAF, Research and Science

Today, Supplement No.3, Martie 2012, Târgu Jiu

[90] Purcaru, M., Ealangi, I. – The process of seismic damage in romanian orthodox churches, Buletinul Ştiinţific al

Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti, No.2, iunie, 2012, Bucureşti

[91] Purcaru, M. - Sinteză documentară: situația pe plan mondial, european și național (metode de calcul, materiale,

tehnici, strategii, politici publice și experiența privind reabilitarea structurală), Raport Nr.1 de Cercetare Științifică,

București, 2010

[92] Purcaru, M. - Studiul efectelor cutremurelor majore asupra clădirilor de cult și monumentelor istorice. Tipuri de avarii.

Vulnerabilitatea seismică a clădirilor din zidărie existente, Raport Nr.2 de Cercetare Științifică, București, 2010

[93] Purcaru, M. - Materiale și tehnici moderne de reabilitare structurală seismică a clădirilor de cult și monumentelor

istorice, Raport Nr.3 de Cercetare Științifică, București, 2010

[106] Sofronie, R. - Antiseismic reinforcement of masonry works, Proceedings of the International Conference „New

Technologies in Structural Engineering” , July 1997, pp.373-380, Lisbon, Portugal

[107] Sofronie, R., Popa, G. – The behaviour of polymer grids as reinforcement, Proceedings of the XIIIth FIP Congress and

Exhibition, May 23–29, 1998, pp.45-48, Amsterdam, the Netherlands

[112] Sofronie, R. - Clădiri din zidărie fără beton armat (Masonry buildings without reinforced concrete), Antreprenorul, No.

7, 2001, pp. 6-8

[113] Sofronie, R. - Vultenability of Romanian Cultural Heritage to Hazards and Prevention Measures, disponibil la adresa:

http://www.arcchip.cz/w04/w04_sofronie.pdf, accesat în data de 1 aprilie 2012

[116] Stoica, D., Tragakis, P., Sofronie, R., Plumier, A., Majewski, S. - Masonry Structures Retrofitting with Polymeric

Grids, FRPRCS-8, June 2007, University of Patras, Greece

[126] Valluzzi, M.R., Tinazzi, D., Modena , C. - Shear behavior of masonry panels strengthened by FRP laminates,

Construction and Building Materials, No.16, 2002, pp.409–416

[128] Valluzzi, M.R., Valdemarca, M., Modena, C. - Behavior of brick masonry vaults strengthened by FRP laminates, ASCE

Journal of Composites for Construction, August 2001, Vol. 5, No. 3

[134] *** P100-3/2008, Cod de proiectare seismică - Partea a-III-a - Prevederi pentru evaluarea seismică a clădirilor existente

[135] *** P100-1/2006, Cod de proiectare seismică - Partea I - Prevederi de proiectare pentru clădiri ;

[136] *** CR6-2006, Cod de proiectare pentru structuri din zidărie

[139] *** P2-85, Normativ privind alcătuirea, calculul şi executarea structurilor din zidărie

[141] *** CR6-2006, Cod de proiectare pentru structuri din zidărie – Comentarii, Septembrie, 2011

[142] *** FEMA P-750, Recommended Seismic Provisions for New Buildings and Other Structures, NEHRP, 2009

[143] *** Eurocode 8, Design of structures for earthquake resistance —Part 1: General rules, seismic actions and rules for

buildings

[144] *** ASCE/SEI7-05, Minimum design loads for buildings and other structures

[145] *** SAP2000, Structural and Earthquake Engineering Software, Computers and Structures, Inc

http://www.arcchip.cz/w04/w04_sofronie.pdf

Purcaru Mihai-Valentin - Rezumat

Documents

Transcript of Purcaru Mihai-Valentin - Rezumat