39
1 ANEXA D CLĂDIRI DIN ZIDĂRIE - COMENTARII CD.1. Obiectul prevederilor Necesitatea evaluării siguranţei seismice a clădirilor din zidărie este evidentă şi stringentă deoarece acestea constituie o parte importantă a fondului construit existent în România şi, prin natura lor constructivă, acestea prezintă un nivel ridicat de vulnerabilitate seismică. În sprijinul acestei afirmaţii reamintim unele date statistice. Recensământul din 1992 a înregistrat, pentru clădirile de locuit din România următoarele categorii de clădiri cu pereţi din zidărie : M2 - construcţii cu pereţi din cărămidă, piatră sau înlocuitori cu planşee din beton armat; M3 - construcţii cu pereţi din cărămidă, piatră sau înlocuitori cu planşee din lemn; În funcţie de aceste categorii de materiale, locuinţele din oraşe cu structura din zidărie, raportate la totalul locuinţelor au fost înregistrate după cum urmează (valori rotunjite): Locuinţe cu structura din zidărie Tabelul CD.1 Material Total locuinţe Locuinţe în clădiri P, P+1E Locuinţe în clădiri P+2E Total 4.000.000 (100%) 1.100.000 (27.5%) 2.900.000 (72.5%) M2 900.000 (22.5%) 230.000 (6.0%) 670.000 (16.5%) M3 500.000 (12.5%) 480.000 (12.0%) 20.000 (0.5%) Procentele se referă la numărul total de locuinţe (4.000.000) Din tabel rezultă că, din punct de vedere al ponderii în fondul costruit existent de locuinţe, clădirile din zidărie reprezintă peste 1/3 din total . Dintre acestea, repartiţia în funcţie de perioada de construcţie este dată în tabelele CD.2a şi CD.2b. Din aceste tabele trebuie să se reţină faptul că o mare parte dintre aceste clădiri au vechime mare şi, implicit, sunt afectate de uzura fizică şi morală. Locuinţe în clădiri P, P+1E Tabelul CD.2a. Material Total < 1944 1945-1960 1961-1980 1981-1991 1.100.000 450.000 250.000 340.000 60.000 Total 100% 41.0% 22.7% 30.9% 5.4% 220.000 85.000 40.000 75.000 20.000 M2 20.0% 7.7% 3.6% 6.8% 1.8% 480.000 220.000 100.000 140.000 20.000 M3 43.6% 20.0% 9.1% 12.7% 1.8% Procentele se referă la numărul total de locuinţe în clădiri P, P+1E (1.100.000) Din tabel rezultă că circa 2/3 din totalul acestor clădiri sunt construite înainte de anul 1960 (deci fără măsuri de protecţie seismică) şi, ca atare constituie un obiectiv principal al prezentului Cod având în vedere vulnerabilitatea ridicată şi numărul mare de persoane adăpostite.

Cladiri Zidarie Comentarii

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Cladiri Zidarie Comentarii

Citation preview

Page 1: Cladiri Zidarie Comentarii

1

ANEXA D CLĂDIRI DIN ZID ĂRIE - COMENTARII

CD.1. Obiectul prevederilor

Necesitatea evaluării siguranţei seismice a clădirilor din zidărie este evidentă şi stringentă deoarece acestea constituie o parte importantă a fondului construit existent în România şi, prin natura lor constructivă, acestea prezintă un nivel ridicat de vulnerabilitate seismică.

În sprijinul acestei afirmaţii reamintim unele date statistice.

Recensământul din 1992 a înregistrat, pentru clădirile de locuit din România următoarele categorii de clădiri cu pereţi din zidărie :

• M2 - construcţii cu pereţi din cărămidă, piatră sau înlocuitori cu planşee din beton armat;

• M3 - construcţii cu pereţi din cărămidă, piatră sau înlocuitori cu planşee din lemn;

În funcţie de aceste categorii de materiale, locuinţele din oraşe cu structura din zidărie, raportate la totalul locuinţelor au fost înregistrate după cum urmează (valori rotunjite):

Locuinţe cu structura din zidărie Tabelul CD.1

Material Total locuinţe Locuinţe în clădiri P, P+1E

Locuinţe în clădiri ≥ P+2E

Total 4.000.000 (100%) 1.100.000 (27.5%) 2.900.000 (72.5%) M2 900.000 (22.5%) 230.000 (6.0%) 670.000 (16.5%) M3 500.000 (12.5%) 480.000 (12.0%) 20.000 (0.5%)

Procentele se referă la numărul total de locuinţe (4.000.000) Din tabel rezultă că, din punct de vedere al ponderii în fondul costruit existent de locuinţe, clădirile din zidărie reprezintă peste 1/3 din total. Dintre acestea, repartiţia în funcţie de perioada de construcţie este dată în tabelele CD.2a şi CD.2b. Din aceste tabele trebuie să se reţină faptul că o mare parte dintre aceste clădiri au vechime mare şi, implicit, sunt afectate de uzura fizică şi morală.

Locuinţe în clădiri P, P+1E Tabelul CD.2a.

Material Total < 1944 1945-1960 1961-1980 1981-1991 1.100.000 450.000 250.000 340.000 60.000

Total 100% 41.0% 22.7% 30.9% 5.4% 220.000 85.000 40.000 75.000 20.000

M2 20.0% 7.7% 3.6% 6.8% 1.8% 480.000 220.000 100.000 140.000 20.000

M3 43.6% 20.0% 9.1% 12.7% 1.8%

Procentele se referă la numărul total de locuinţe în clădiri P, P+1E (1.100.000)

Din tabel rezultă că circa 2/3 din totalul acestor clădiri sunt construite înainte de anul 1960 (deci fără măsuri de protecţie seismică) şi, ca atare constituie un obiectiv principal al prezentului Cod având în vedere vulnerabilitatea ridicată şi numărul mare de persoane adăpostite.

Page 2: Cladiri Zidarie Comentarii

2

Locuinţe în clădiri ≥≥≥≥ P+2E (tip bloc). Tabelul CD.2b.

Material Total < 1944 1945-1960 1961-1980 1981-1991 2.900.000 190.000 120.000 1.450.000 1.140.000

Total 100% 6.6% 4.1% 50.0% 39.3% 670.000 120.000 90.000 350.000 110.000

M2 23.1% 4.1% 3.1% 12.0% 3.8% 18.000 15.000 1.100 1.300 600

M3 0.6% 0.5% 0.03% 0.04% 0.02%

Procentele se referă la numărul total de locuinţe în clădiri ≥ P+2E (2.900.000) Tabelul CD.2b arată existenţa în oraşe a unui număr important de locuinţe în clădiri cu înălţime ≥ P+2E cu pereţi structurali din zidărie nearmată şi planşee din lemn (M3), alcătuire structurală care este una dintre cele mai vulnerabile în cazul producerii cutremurului de proiectare (şi, în unele cazuri, chiar la cutremure mai puţin severe).

Cazul particular al Municipiului Bucure şti

Cunoaşterea datelor specifice pentru Capitală este semnificativă deoarece, din cauza concentrării mari de populaţie, aceasta reprezintă şi o concentrare deosebit de mare de construcţii de locuinţe în raport cu celelalte oraşe din ţară şi, în special, cele cu peste 200.000 locuitori şi ca atare problema reducerii riscului seismic prin reabilitarea fondului construit îmbracă aspecte mult mai complexe. Datele care urmează au fost preluate din [Georgescu, E.S.: Modele analitice şi abordări integrate de evaluare şi reducere a riscului seismic, cu aplicaţii în managementul prevenirii dezastrelor. Teză de doctorat, UTCB, 1999] şi se bazează, în principal, tot pe rezultatele recensământului din 1992. Perioadele de construcţie avute în vedere în studiul menţionat pentru oraşul Bucureşti sunt aproximativ aceleaşi ca şi cele folosite pentru ansamblul ţării iar clasificarea din punct de vedere al materialelor de construcţie este identică. Datorită diversităţii tipologiei arhitectural-structurale şi a nivelului de protecţie seismică iniţială ale fondului existent de clădiri din zidărie şi datorită numărului ridicat de persoane adăpostite riscul seismic al acestei categorii de clădiri este ridicat în special în mediul urban (mai ridicat decât în mediul rural).

Numărul şi ponderea clădirilor din Bucure şti cu pereţi structurali din zid ărie în funcţie de perioada de construcţie (valori rotunjite) Tabelul CD.3

Numărul şi ponderea clădirilor în funcţie de perioada de construcţie Material

Număr/ pondere clădiri

Număr locuitori

<1945 1946-63 1964-70 1971-77 1978-90 1991-92 108.000 2.000.000 52.600 31.900 9.900 6.300 6.700 275

Total 100% 100% 48.9% 29.6% 9.3% 5.8% 6.2% 0.3% 27.500 360.000 17.500 6.000 1.900 1.150 800 100

M2 25.5% 18.0% 16.4% 5.6% 1.8% 1.1% 0.7% 0.1% 33.000 129.000 20.900 8.000 2.050 1.200 860 60

M3 30.7% 6.4% 19.4% 7.4% 1.9% 1.1% 0.8% 0.06%

Page 3: Cladiri Zidarie Comentarii

3

Numărul şi ponderea clădirilor cu pere ţi structurali din zid ărie şi planşee flexibile din Bucureşti în funcţie de regimul de înălţime şi de perioada de construcţie. (valori rotunjite) Tabelul CD.4.

Numărul şi ponderea clădirilor în funcţie de perioada de construcţie Material Înălţime

Număr şi pondere <1945 1946-63 1964-70 1971-77 1978-90 1991-92 32.300 20.200 7.900 2.100 1.200 860 60 P

P+1E 97.8% 61.1% 24.0% 6.3% 3.6% 2.6% 0.2% 710 665 27 2 4 6 2 P+2E ÷

P+4E 2.14% 2.00% 0.08% 0.006% 0.012% 0.018% 0.006% 21 21 --- --- --- --- --- P+5E ÷

P+7E 0.06% 0.06% --- --- --- --- --- 3 3 --- --- --- --- ---

> P+7E 0.009% 0.009% --- --- --- --- --- 33.000 20.900 8.000 2.050 1.200 860 60

M3

Total M3 30.7% 19.4% 7.4% 1.9% 1.1% 0.8% 0.06%

CD.2.Informaţii specifice necesare pentru evaluarea siguranţei construcţiilor din zidărie

CD.2.1. Date generale privind construcţia

(C1-a) Informaţiile privitoare la data (perioada) execuţiei servesc pentru identificarea premizelor de degradare în timp a calităţii fondului construit (inclusiv degradări din cauze neseismice) şi a nivelului de siguranţă disponibil al clădirilor. Datele referitoare la anul de construcţie sunt grupate, de regulă, în cinci etape majore, fiecare cu anumite elemente caracteristice, esenţiale pentru aprecierea nivelului de vulnerabilitate:

A. Protecţia seismică iniţială (prin proiectare).

B. Numărul şi severitatea cutremurelor suportate de la data construcţiei până în momentul expertizării.

Aceste etape sunt:

• Înainte de anul 1944: clădiri fără protecţie seismică iniţială şi care au suportat cutremurul din 1940

• Între 1945 ÷ 1960: clădiri fără protecţie seismică iniţială dar care nu au suportat cutremurul din 1940

• Între 1961 ÷ 1978(80): clădiri cu protecţie seismică iniţială insuficientă, corespunzătoare normativelor P13-63 şi P13-70 şi hărţii de zonare seismică din STAS 2963-63

• Între 1981-1991: clădiri cu protecţie seismică iniţială satisfăcătoare corespunzătoare normativului P100 -78(81) şi hărţii de zonare seismică din STAS 11100/0-77.

După 1992: clădiri cu protecţie seismică iniţială bună, asigurată prin Normativul P100-92 şi harta de zonare seismică din acesta.

(C1-b) Sistemul de construcţie cu pereţi structurali din zidărie este caracteristic pentru cele mai vechi clădiri de cult sau laice existente în România. În domeniul clădirilor laice, ca destinaţie, clădirile cu pereţi structurali din zidărie acoperă în întregime gama funcţiunilor de locuit, social-culturale şi industriale.

Page 4: Cladiri Zidarie Comentarii

4

În fondul construit existent pot fi identificate câteva categorii distincte de clădiri cu pereţi structurali din zidărie care au caracteristici comune şi ca atare au niveluri de vulnerabilitate similare.

• Clădiri de locuit modeste, pentru una sau două familii, cu parter sau parter şi etaj (denumite şi locuinţe ieftine).

• Clădiri de locuit modeste cu mici unităţi comerciale la parter (centrul istoric al Capitalei, de exemplu).

• Clădiri de locuit individuale pentru pătura bogată (aşa numitele "palate", de exemplu, în Bucureşti: Stirbey, Ghica, Cantacuzino etc)- figura CD.1a.

(a) (b) Fig.CD.1. Clădiri reprezentative din zidărie (a) Palatul Kreţulescu, str, Ştirbey Vodă, Bucureşti (b) Abatorul din Timişoara -1905

• Clădiri publice cu dimensiuni mici şi moderate pentru administraţie, învăţământ, cultură (şcolile din programul "Spitu Haret", clădirile administraţiilor financiare, etc).

• Clădiri publice monumentale (de exemplu, în Bucureşti: Tribunalul, sediul CEC, Cercul Militar, etc.,).

• Clădiri industriale cu dimensiuni mici şi moderate (figura CD.1b).

Din punct de vedere al conformării arhitectural-structurale clădirile cu pereţi structurali din zidărie se caracterizează printr-o mare varietate de forme atât în plan cât şi în elevaţie.

Alcătuirea structurilor pentru această categorie de clădiri se încadrează, în general, într-una din următoarele categorii:

• Clădiri cu pereţi structurali din zidărie simplă (nearmată) şi cu planşee din:

- bolţi masive din zidărie;

- profile metalice laminate şi boltişoare din cărămidă;

- grinzi din lemn;

- beton armat monolit;

- elemente prefabricate de dimensiuni mici.

• Clădiri cu pereţi structurali din zidărie cu centuri şi stâlpişori din beton armat

Page 5: Cladiri Zidarie Comentarii

5

(zidărie confinată) cu planşee din:

- beton armat monolit;

- elemente prefabricate de dimensiuni mici;

- elemente prefabricate de dimensiuni mari (semi-panouri, panouri, predale cu suprabetonare).

Clasificarea dată mai sus poate fi asociată cu evoluţia în timp a tehnicilor şi materialelor de construcţii. Alcătuirea clădirilor cu pereţi structurali din zidărie realizate la sfârşitul secolului XIX şi începutul secolului XX, este bazată în exclusivitate pe conceptul "gravitaţional" şi se caracterizează, în principal prin:

• amplasare neuniformă a pereţilor în plan ceea ce conduce la disimetrii pronunţate;

• alcătuire neuniformă a pereţilor în plan vertical; • goluri de uşi şi ferestre care nu se suprapun pe verticală (la pereţi interiori şi,

de multe ori, şi la faţade); • discontinuităţi în fluxul forţelor verticale (pereţi interiori şi exteriori rezemaţi

pe grinzi - de cele mai multe ori datorită intervenţiilor ulterioare); • reduceri ale rezistenţei şi rigidităţii prin goluri verticale (pentru coşuri de fum

sau ventilaţii) sau sliţuri orizontale pentru conducte (în cazul unor intervenţii ulterioare);

Sunt în general locuinţe unifamiliale de dimensiuni mici dar şi clădiri publice curente sau monumentale. Din punct de vedere al alcătuirii în plan se întâlnesc în general forme simple, uneori compacte, iar în cazul clădirilor monumentale forme în plan cu geometrie riguroasă. Cele mai simple clădiri au fost realizate în "autoconstrucţie", fără proiecte, în timp ce clădirile monumentale au fost proiectate de arhitecţi binecunoscuţi (unii chiar din străinătate). Din informaţiile de care dispunem, numai pentru foarte puţine dintre aceste clădiri au fost făcute calcule de rezistenţă. Clădirile sunt dezvoltate pe subsol general sau parţial şi 1÷2 niveluri. Aproape toate aceste clădiri au poduri înalte. La multe dintre aceste clădiri s-au făcut, în timp, diferite intervenţii (supraetajări, modificări de goluri, desfiinţări de pereţi structurali, în special la faţade pentru crearea de vitrine, etc.) care au constituit surse pentru diminuarea capacităţii de rezistenţă. Zidurile portante au grosimi mari, care ajung până la 2÷3 lungimi de cărămidă (circa 75 ÷ 85 cm), dar sunt executate din materiale cu rezistenţe slabe sau mediocre. Deşi s-au folosit cărămizi din argilă arsă, rezistenţa medie de rupere la compresiune a acestora nu depăşeşte decât rareori 7.5 N/mm2. Mortarele folosite pentru zidărie sunt mortare de var, dar cu conţinut redus de liant (raport var:nisip de 1:5 sau chiar 1:7), iar la confecţionarea lor s-a folosit, de multe ori, nisip cu conţinut ridicat de argilă. Din acest motiv, rezistenţa la compresiune a mortarelor respective, nu depăşeşte decât în cazuri izolate 0.4 N/mm2 (mortare M4 conform clasificărilor anterioare). Efectul cumulat al rezistenţelor slabe ale materialelor şi, în multe cazuri, al manoperei necorespunzătoare constituie sursa unei vulnerabilităţi ridicate pentru această clasă de structuri. Pereţii de subsol sunt executaţi, în cele mai multe cazuri, tot din zidărie ca şi fundaţiile. Uneori se întâlnesc fundaţii din piatră şi, cu totul izolat la această categorie, fundaţii din beton simplu, de calitate slabă sau foarte slabă. La subsol, clădirile nu au izolaţie hidrofugă ceea ce, în multe cazuri, a dus la deteriorarea zidăriei aflate în contact cu umiditatea.

Page 6: Cladiri Zidarie Comentarii

6

Planşeele sunt realizate, în cele mai multe cazuri, după cum urmează:

• Planşeul peste subsol: - din bolţi masive de cărămidă rezemate pe zidurile portante sau pe arce de

zidărie în zonele în care unele ziduri au fost suprimate pentru a face loc unor funcţiuni care necesitau spaţii libere mai mari (este cazul clădirilor cele mai vechi);

- din profile laminate din oţel (de formă I sau din şină de cale ferată) şi bolţişoare din cărămidă; soluţia a fost folosită cu precădere în ultimul deceniu al secolului XIX şi în primele două decenii ale secolului XX;

- din grinzi din lemn (soluţie mai rar folosită deoarece condiţiile de umiditate din subsoluri conduceau rapid la degradarea/putrezirea lemnului).

• Planşeele nivelurilor curente:

- din profile laminate şi bolţişoare de cărămidă;

- din grinzi şi podină din lemn.

Fig. CD.2 Tipuri de planşee la clădiri vechi

Toate aceste tipuri de alcătuire constructivă se încadrează în categoria planşeelor cu rigiditate nesemnificativă în plan orizontal.

Învelitoarea, din materiale ceramice (ţiglă sau olane) sau din tablă este susţinută în toate cazurile pe şarpante de diferite forme din lemn ecarisat. Din alcătuirea învelitorii rezultă, la pod, de cele mai multe ori, calcane şi/sau frontoane cu înălţimi mari, neancorate de şarpantă, care prezintă un pericol ridicat de cădere în cazul cutremurului.

Fig. CD.3 Clădire avariată prin căderea calcanului alăturat (Bucureşti, 1977)

Clădirile proiectate şi realizate după introducerea betonului armat (orientativ după anul 1915) se dezvoltă în elevaţie cu subsol, parter şi 2÷3 niveluri (atingând uneori înălţimi chiar mai mari - P+5E, de exemplu), uneori cu retrageri la nivelurile superioare. Nici aceste clădiri nu beneficiază de o concepţie generală de alcătuire adecvată zonelor

Page 7: Cladiri Zidarie Comentarii

7

seismice. În condiţiile evoluţiei continue a oraşelor, forma în plan a acestor clădiri a început să devină predominant neregulată urmărind formele parcelelor de teren disponibile. Toate aceste clădiri sunt realizate pe baza unor proiecte întocmite de arhitecţi iar structurile au fost, în mai multe cazuri, calculate de ingineri, dar numai pentru efectul încărcărilor verticale şi a căror rezistenţă la cutremur se datorează numai rezervelor "naturale" de rezistenţă ale pereţilor structurali.

Din punct de vedere funcţional, clădirile sunt atât locuinţe unifamiliale (bine cunoscutele "vile") dar şi clădiri/blocuri cu mai multe apartamente de locuit sau cu alte funcţiuni (hoteluri, de exemplu). Alcătuirea structurală cu grinzi şi stâlpi de beton armat a reprezentat o posibilitate nouă pentru arhitecţi şi pentru promotorii clădirilor cu multe apartamente de a obţine o flexibilitate sporită a spaţiilor (cerută de multe ori şi de dorinţa de a amenaja magazine la parter) prin soluţii constructive care nu ar fi fost posibile în varianta zidăriilor portante. Structura verticală este realizată în această etapă, în majoritatea cazurilor, tot din pereţi structurali din zidărie simplă (fără centuri şi stâlpişori), dispuşi în special pe conturul clădirii, şi este completată, dacă este nevoie, cu stâlpi şi grinzi din beton armat, la interior, destinaţi să preia încărcările verticale în zonele în care nu s-au prevăzut pereţi structurali sau aceştia au fost suprimaţi pentru a se crea spaţii libere mai mari. Rezistenţele materialelor sunt ceva mai bune decât cele de la grupa precedentă. Astfel cărămizile ajung, aproape întotdeauna, la marca C100 iar mortarul utilizat este, de multe ori, de tip "var-ciment" ceea ce permite atingerea în mod curent a rezistenţei de 10 daN/cm2 (M10) şi, izolat, chiar mai mare. Participarea inginerilor structurişti la proiectarea acestor clădiri a avut ca rezultat reducerea densităţii şi grosimii pereţilor portanţi la strictul necesar pentru preluarea încărcărilor verticale (o parte dintre amintitele rezerve "naturale" care rezultau din grosimea mare a zidurilor portante, a dispărut pe această cale). Astfel grosimile pereţilor exteriori variază între 1÷1½ cărămizi (28÷42 cm) iar pereţii structurali interiori s-au redus până la grosimea de ½ cărămidă (14 cm). În multe cazuri, în special atunci când la parter au fost amenajate magazine, o parte din pereţii structurali de la etaje sunt rezemaţi pe grinzi (de beton armat sau metalice). Adesea se întâlnesc şi pereţi structurali din zidărie americană (perete dublu strat cu gol interior, conform definiţiei actuale) constituită din două straturi de cărămidă aşezată pe cant (7.0 cm grosime) şi gol interior de 14 cm astfel încât, aparent, grosimea peretelui este tot de 28 cm. La multe dintre aceste clădiri, pereţii subsolului au fost realizaţi, ca şi înainte, din zidărie dar şi din beton slab (de regulă, nearmat) iar fundaţiile din beton simplu de calitate slabă (în fapt s-a urmărit numai eliminarea zidăriei de cărămidă la care, sub efectul umezelii din pământ, s-au constatat degradări rapide). Pentru această categorie de clădiri, planşeele au fost executate aproape în exclusivitate din beton armat monolit, dar fără centuri. În unele cazuri, la clădiri mai vechi, planşeul peste subsol a fost executat din profile metalice şi bolţişoare de cărămidă iar planşeul peste ultimul nivel este din lemn. Învelitorile au fost realizate, deobicei, din materiale ceramice sau tablă (în care caz sunt susţinute pe şarpante din lemn) dar, uneori, spre sfârşitul intervalului, se întâlnesc şi învelitori de tip terasă aşezate pe planşeul din beton de peste ultimul nivel locuibil.

Page 8: Cladiri Zidarie Comentarii

8

Fig.CD.4 Clădire "ieftină" P+E+M în Bucureşti (vil ă?)

CD.2.2.Date privind starea fizică a construcţiei

(C1a) Formele de afectare /degradarea fizică a materialelor structurii menţionate în acest paragraf se produc ca urmare a unui complex de cauze primare:

• Lipsa măsurilor iniţiale de protecţie

- alegerea necorespunzătoare a materialelor în raport cu condiţiile de solicitare * materiale cu rezistenţe slabe; * materiale * materiale foarte deformabile; * materiale neomogene;

- detalii constructive inadecvate pentru condiţiile de solicitare şi expunere * lipsa elementelor de protecţie (şorţuri, şape,etc) * lipsa unor elemente de repartiţie; * lipsa de legături sau legături necorespunzătoare între elemente; * planşee cu rezemări insuficiente; * lipsa hidroizolaţiilor verticale la subsoluri şi a hidroizolaţiei orizontale

sub pereţii de cărămidă; - execuţie necorespunzătoare

* zidării cu rosturi neumplute;

• Exploatare necorespunzătoare - condiţii higrotermice care favorizează producerea condensului.

• Lipsa lucrărilor de întreţinere şi/sau de reparaţii curente - pierderi de apă din conducte şi canalizări interioare şi exterioare; - lipsa/defecţiunile sistemului de jghiaburi şi burlane; - lipsa tencuielilor pe faţade;

Cauzele primare ale deteriorărilor structurilor din zidărie provenite din interacţiunea cu terenul de fundare pot proveni din:

• teren de fundare necorespunzător: - teren în pantă supus alunecărilor active ;

Page 9: Cladiri Zidarie Comentarii

9

- teren compresibil sau sensibil la umezire; - teren cu rezistenţă insuficientă; - teren neuniform;

• variaţia nivelului apelor subterane (inclusiv efectul apelor de infiltraţie, sau al pierderilor din reţele): - coborârea nivelului apelor; - ridicarea nivelului apelor;

(a) (b) Fig.CD5.Efectul ridicării nivelului apei subterane

Alura ruperii din figura CD.5(b) indică prezenţa unei zidării cu elemente slabe şi mortar cu rezistenţă ridicată (ruperea prin elemente).

• modificări ale terenului în vecinătatea construcţiei: - săpături sau demolarea construcţiilor alăturate; - umpluturi sau executarea unor construcţii alăturate

(a) (b) (c) Fig.CD6. Avarierea zidăriei din cedarea terenului de fundare

(a) Avariere gravă produsă de o săpătură adâncă pentru o clădire alăturată înainte de subzidire (b)(c) Cedarea terenului de fundare prin umezire îndelungată provenită de la reţeaua de canalizare

În multe situaţii deteriorarea clădirilor din zidărie se poate produce din cauza interacţiunii necontrolate între teren şi structură care poate proveni din:

• alcătuirea necorespunzătoare a fundaţiilor: - fundaţii cu dimensiuni insuficiente; - încărcări neuniforme pe fundaţii; - adâncimi de fundare insuficiente faţă de limita de îngheţ; - fundare pe terenuri cu caracteristici geotehnice diferite; - lipsa legăturilor între fundaţii;

Page 10: Cladiri Zidarie Comentarii

10

• amenajarea necorespunzătoare a spaţiului exterior: - amenajare exterioară care nu asigură îndepărtarea apelor de ploaie de

construcţie;

• acţiuni dinamice asupra terenului de fundare: - vibraţii din trafic; - vibraţii/ şocuri produse de lucrări de construcţii (baterea piloţilor); - cutremure.

Cunoaşterea fundaţiilor existente şi în special identificarea cotelor de fundare şi a naturii terenului de fundare se realizează prin: sondaje geotehnice, gropi deschise sau sondaje geoelectrice. Se recomandă ca sondajele să se execute în subsolul clădirii (pentru a se reduce volumul de săpătură şi a se evita acumularea apei din precipitaţii în gropi). Poziţiile sondajelor se consemnează în planuri care fac parte integrantă din raportul de expertiză

Fig. CD.7a.Indicarea poziţiei sondajelor (S) la fundaţiile unei clădiri cu pereţi structurali din zidărie

(C2) Releveul avariilor/degradărilor care face parte integrantă din raportul de evaluare.consemnează sub formă de desene constatările expertului. Desenele sunt de regulă completate/explicitate prin fotografii (releveu foto)

Fig. CD.7b.Releveul avariilor la subsolul unei clădiri cu pereţi structurali din zidărie

CD.2.3. Date privind geometria structurilor din zidărie

(C1) Dintre datele privind geometria structurilor din zidărie enumerate în acest paragraf continuitatea pe verticală a pereţilor structurali are o importanţă deosebită deoarece:

• Defineşte regularitatea /neregularitatea structurală

Page 11: Cladiri Zidarie Comentarii

11

• Constituie reper privind intervenţiile în timp asupra structurii (suprimarea/ adăugarea unor pereţi)

• Oferă informaţii privind fluxul încărcărilor spre fundaţii şi zonele/elementele unde se produc concentrări de eforturi

Din acest motiv în cazul în care prin examinarea vizuală se constată discontinuitatea pe verticală a pereţilor se recomandă întocmirea unor planuri care să materializeze aceste situaţii.

(c) (d) Fig.CD.7c.Identificarea continuităţii pe verticală a pereţilor structurali Fig.CD.7d.Releveul unei clădiri cu pereţi structurali din zidărie şi planşeu din profile metalice şi bolţisoare de cărămidă.

Releveul trebuie să consemneze şi:

• Poziţionarea şi dimensiunile în plan şi în elevaţie ale golurilor (uşi, ferestre) şi ale zonelor de perete cu grosime redusă (nişe);

• Poziţionarea în plan şi dimensiunile elementelor principale ale planşeelor din lemn sau metalice, grosimea plăcilor de beton; planşee parţiale sau cu goluri mari.

Page 12: Cladiri Zidarie Comentarii

12

CD.2.4. Detalii constructive specifice structurilor din zidărie

Examinarea vizuală a alcătuirii şi stării de afectare a zidăriei se poate face numai după îndepărtarea tencuielilor. Expertul trebuie să indice executantului condiţiile/măsurile necesare pentru această operaţie dintre care menţionăm:

• Pentru desfacere nu se vor folosi utilaje care pot deteriora construcţia sau pot transmite vibraţii clădirilor învecinate.

• Lucrările vor începe numai după debranşarea tuturor instalaţiilor şi în special a instalaţiilor electrice şi de gaz.

• Molozul rezultat nu se va depozita pe planşee • Executarea lucrărilor de decopertare se va face cu respectarea tuturor

prevederilor privind protecţia muncii, paza şi stingerea incendii şi normele sanitare.

• Constructorul va sesiza de urgenţa expertului toate anomaliile constatate cu ocazia decopertărilor şi va opri lucrările până la examinarea situaţiei.

(C1) Informaţiile privind detaliile constructive specifice structurilor din zidărie sunt necesare pentru:

• Identificarea calităţii zidăriei - aspectul cărămizilor (omogenitatea culorii care indică şi gradul de ardere) - omogenitate (numai cu cărămizi, mixt - cărămidă & piatră); - ţesere/umplerea rosturilor

Cunoaşterea calităţii efective a zidăriei, exprimată în principal prin aceste caracteristici , permite expertului să aprecieze oportunitatea aplicării unor coeficienţi de reducere a rezistenţelor zidăriei faţă de valorile recomandate în Cod (la paragraful D.3.4.1.3.1)

(a) (b)

Fig.CD.8 Zidărie neomogenă (cărămidă&piatră de râu), (a) Vedere generală

(b) detaliu zidărie cu multe fragmente de cărămizi şi cu raport de ţesere necorespunzător

• Identificarea alcătuirii buiandrugilor/riglelor de cuplare în cazul pereţilor cu goluri:

- materiale (beton/lemn/arc plat din zidărie) - condiţii de rezemare - starea de afectare (reazeme suprimate, de exemplu)

Pe baza acestor constatări expertul va aprecia capacitatea efectivă a buiandrugilor / riglelor de cuplare de a asigura legătura între montanţi (capacitatea de rezistenţă la încovoiere/forfecare) şi va decide asupra modelului de calcul (console izolate, legate prin planşee sau cadru echivalent).

Page 13: Cladiri Zidarie Comentarii

13

(a) (b)

Fig.CD.9 Buiandrugi din lemn fără rezistenţă la încovoiere (a) Buiandrug din lemn cu rezemare insuficientă pe zidărie degradată (b) Buiandrug din lemn rezemat pe montanţi din lemn (cadrul uşii ?)

Existenţa şarpantelor care dau împingeri în pereţii de reazem contribuie la cedarea pereţilor prin încovoiere perpendicular pe plan sau prin răsturnare.

Fig.CD.10 Efectul împingerilor laterale date de şarpante [Marini,A.,Plizzzari,G., Tecniche di analisi, di rinforzo e di miglioramento sismico di edifici storici,

Corso di perfezionamento, Universita di Brescia , 2007.]

Identificarea capacităţii de rezistenţă la încovoiere a buiandrugilor (capacitate de cuplare a montanţilor) este necesară pentru stabilirea modelului de calcul în cazul pereţilor cu goluri de uşi/ferestre.

De asemenea, investigarea tipului şi a calităţii legăturilor între pereţi la colţuri, ramificaţii şi intersecţii serveşte pentru stabilirea modelului de calcul al secţiunii transversale a pereţilor structurali.

Fig.CD.11. Modelarea intersecţiilor de pereţi pentru calcul

Page 14: Cladiri Zidarie Comentarii

14

În lunga lor existenţă clădirile vechi din zidărie au schimbat de mai multe ori proprietarul. Din punct de vedere al siguranţei, aceste schimbări au generat, aproape în toate cazurile, intervenţii brutale la pereţii structurali, în special deschiderea, modificarea dimensiunilor şi/sau poziţiei sau închiderea improvizată a unor goluri şi chiar supraînălţarea pereţilor .

(a) (b)

Fig.CD12.Intervenţii în timp asupra pereţilor structurali din zidărie (a) Supraînălţarea pereţilor (la schimbarea funcţiunii clădirii)

(b) Modificarea golurilor la faţadă cu deteriorarea bolţilor plate de peste goluri

(c) (d)

Fig. CD.12. Intervenţii în timp asupra pereţilor structurali din zidărie (c) Închiderea unui gol cu materiale eterogene (elemente din BCA + cărămizi)

(d) Micşorarea înălţimii unui gol

(C2) Numărul minim elementelor dintr-o anumită categorie care se inspectează este stabilit prin reglementările tehnice specifice. Valorile date în SR EN 1998-3 sunt superioare celor din Codul P100-3. Este evident că sporirea numărului de verificări/încercări deşi reprezintă costuri suplimentare în faza de expertizare asigură premizele unei cunoaşteri mai exacte a proprietăţilor clădirii şi posibilitatea de a adopta valori CF mai mici

Procentajul elementelor care trebuie verificate pentru detalii Tabelul CD.5a

Tipul inspecţiei Reglementarea

Limitată Extinsă Completă Eurocode SR EN 1998-3 20 50 80 Cod P100-3 15 30 50

Page 15: Cladiri Zidarie Comentarii

15

Numărul elementelor care trebuie testate pentru fiecare nivel al clădirii Tabelul CD.5b

Tipul testării Reglementarea

Limitată Extinsă Cuprinzătoare Eurocode EN 1998-3 1 2 3 Cod P100-3 0 1 3

CD.2.5. Proprietăţile materialelor

Operaţiile de relevare a structurii şi de tesatere a materialelor sunt dificil de realizat în condiţii bune (uneori chiar imposibil de executat!) deoarece la faza întocmirii expertizei clădirile sunt, de regulă, în exploatare, iar structura este acoperită de finisaje care nu pot fi desfăcute fără a afecta funcţionarea clădirii. În aceste condiţii expertul recurge la folosirea datelor obţinute la clădiri presupuse "similare" din punct de vedere al caracteristicilor constructive fără posibilitatea de a verifica în ce măsură această similitudine există cu adevărat.

Calitatea zidăriei poate fi apreciată numai după îndepărtarea finisajelor (tencuieli, placaje, lambriuri). Îndepărtarea limitată pentru examinarea prin sondaj poate conduce la informaţii incomplete mai ales în cazul clădirilor vechi pentru care s-au folosit materiale eterogene fie la construcţia iniţială fie la intervenţiile ulterioare. Obţinerea datelor privitoare la caracteristicile zidăriei se poate face prin:

• examinare vizuală; • extragerea carotelor şi încercarea lor în laborator • încercări in-situ

Alături de cercetarea vizuală în prezent, pe plan mondial, există numeroase procedee tehnologice avansate pentru cercetarea instrumentală a calităţii zidăriei. Principalul avantaj al acestor metode este posibilitatea de a extinde rezultatele investigaţiilor locale (punctuale) privitoare la proprietăţile mecanice, determinate pe epruvete, pe arii mai mari (prin corelare, pe baze experimentale) dând astfel o imagine mai completă a caracteristicilor structurii. De asemenea prin astfel de metode este posibilă şi urmărirea eficienţei lucrărilor de intervenţie (de exemplu, prin verificarea modificării densităţii materialului, dacă se execută injectarea crăpăturilor/golurilor).

• Radiografiere (cu raze gamma): permite identificarea neomogenităţilor / discontinuităţilor profunde în zidărie (identificarea golurilor, armăturilor, altor elemente inglobate în zid); în general sunt necesare aparate cu radiaţii puternice ceea ce implică şi măsuri corespunzătoare de protecţie.

• Termografie în infraroşu: identificarea stratificaţiei (de exemplu straturi vechi de tencuială) şi existenţa unor goluri sau discontinuităţi (de exemplu, starea de fisurare, fracturi sau goluri incomplet umplute); permite şi verificare operativă în faza de intervenţie prin vizualizarea traseului materialelor introduse în fisuri/crăpături.

• Metode magnetice: permit poziţionarea elementelor metalice înglobate în zidarie (armături, ancore,etc).

• Metode radar: se bazează pe recepţionarea energiei electrice, transmisă sau reflectată şi permit identificarea diferitelor straturi de zidărie (mai ales în cazul zidurilor mixte, groase) a golurilor şi a altor elemente înglobate în zidarie (beton, de exemplu).

Page 16: Cladiri Zidarie Comentarii

16

• Încercări cu ultrasunete: se folosesc cu precădere pentru materiale omogene cum este zidăria din piatră naturală; în cazul zidăriei de cărămidă adâncimea de pătrundere este insuficientă pentru a furniza informaţii concludente.

• Endoscopie: permite verificarea alcătuirii interne a zidăriei prin mini camere introduse în goluri de mici dimensiuni (cu diametrul de 10÷20 mm) practicate în perete; adâncimea pe care se face cercetarea este de circa 1000÷1200 mm în funcţie de tipul aparatului folosit; zonele cu fisuri mari pot fi cercetate cu aparate prevăzute cu tub flexibil care se adaptează traseului; aceste aparate, dotate cu fibra optică, furnizează fotografii sau imagini video ale structurii interioare a zidăriei.

(a) (b)

Fig.CD.13 Procedee de cercetare nedistructivă a zidăriei (a) Imaginea în infraroşu a unei clădiri din zidărie (b).Instalaţie pentru încercări cu ultrasunete

(a) (b) (c)

Fig. CD.14 Cercetarea zidăriei prin endoscopie (a) Vederea generală a încercării (b) zonă de zidărie cu degradare în dreapta sus

(c) zonă de zidărie fără degradări

Totodată, prin această abordare nu se pot căpăta informaţiile necesare referitoare la omogenitatea calităţii materialelor pe ansamblul clădirii. Pe de altă parte, este evident că sporirea numărului de teste şi extinderea acestora la un număr mai mare de elemente conduce la creşterea gradului de încredere în valorile obţinute. Nivelul de cunoaştere a proprietăţilor mecanice ale zidăriei determină şi tipul metodelor de calcul care pot fi folosite. De exemplu, precizia rezultatelor obţinute prin folosirea metodelor de tip element finit, cu urmărirea comportării postelastice a structurii, depinde de cunoaşterea cât mai exactă a legilor constitutive σ-ε şi τ -γ ceea ce nu se poate realiza fără executarea unui număr suficient de mare de încercări in-situ şi/sau în laborator. Sporirea numărului de teste este necesară şi în cazurile în care împrăştierea rezultatelor obţinute pe numărul minim de teste prevăzut de reglementări este mare (orientativ, cu coeficient de variaţie ≥ 25%).

Page 17: Cladiri Zidarie Comentarii

17

Din acest motiv stabilirea planului de investigare este o problemă deosebit de dificilă pentru inginerul evaluator deoarece inspecţiile şi testele trebuie să furnizeze informaţii cât mai multe şi cât mai precise în condiţiile unor intervenţii cât mai limitate asupra clădirii.

În lipsa încercărilor, sau cu un număr mic de încercări, valorile de calcul folosite nu sunt individualizate pentru a ţine seama de proprietăţile efective ale materialelor din clădire şi de omogenitatea acestora şi, în consecinţă, erorile care rezultă pot fi în ambele sensuri şi din acest motiv reglementările prevăd penalizarea valorilor forfetare cu factori de încredere care conduc la reduceri substanţiale, acoperitoare, ale rezistenţelor de calcul. Subestimarea rezistenţelor efective poate conduce la măsuri mai ample de intervenţie, şi deci mai costisitoare, în timp ce supraestimarea acestora poate ascunde vulnerabilitatea reală a clădirii. În normele americane [FEMA 356 Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of

Buildings, November 2000 ] nivelurile de cunoaştere şi factorii de cunoaştere (k) care înmulţesc valorile medii ale proprietăţilor mecanice, se determină în funcţie de:

• obiectivele de performanţă stabilite pentru lucrările de intervenţie; • procedeele de calcul; • conditiile de evaluare; • sursele de informare privind detaliile şi materialele.

În cazul încercărilor uzuale, numărul minim de probe pentru cazul în care nu este cunoscută rezistenţa de proiectare a zidăriei este de cel puţin şase probe pentru întreaga clădire, dar cel puţin câte una pentru fiecare tip de element de construcţie. Numărul încercărilor se dublează dacă valoarea medie a rezultatelor încercărilor este mai mică decât valoarea forfetară dată în tabelul 6 [FEMA 356 Prestandard and

Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, November 2000 ]. Dacă se realizează cel puţin numărul minim de încercări, factorul de cunoaştere se ia k=1.0. În absenţa testelor pe materialele din lucrare, valorile forfetare sau cele din documentaţie se corectează prin reducere cu factorul de cunoaştere k = 0.75. Tot reglementările americane [ FEMA 310 Seismic Evaluation Handbook ] impun obligaţia ca pentru clădirile cu pereţi structurali din zidărie nearmată şi cu planşee cu rigiditate nesemnificativă în plan orizontal (de regulă, planşee din lemn) valorile de calcul ale rezistenţei medii la forfecare în rost orizontal vte şi cele ale rezistenţelor ancorelor să se stabilească prin încercări (nu se admite folosirea valorilor forfetare date în text).

Teste specifice pentru evaluarea proprietăţilor mecanice ale zidăriei

Pentru clădirile cu pereţi structurali din zidărie se utilizează cu precădere încercări de tip nedistructiv. Sunt definite astfel încercările care nu afectează echilibrul static al elementului sau al clădirii din care acesta face parte. Extragerea de carote este considerată tot încercare nedistructivă dacă dimensiunile acestora sunt nesemnificative în raport cu dimensiunile elementului respectiv. Încercările pentru determinarea proprietăţilor mecanice ale zidăriei necesare pentru evaluarea prin calcul a rezistenţei şi rigidităţii acesteia se pot executa in-situ sau în laborator. Ambele categorii de încercări permit determinarea valorilor rezistenţelor la compresiune, la întindere din încovoiere şi la forfecare precum şi a legilor constitutive ale zidăriei (σ-ε şi/sau τ-γ), şi, implicit, a modulilor de elasticitate E şi G. În cazul clădirilor cu pereţi structurali din zidărie nearmată, Eurocode EN 1998-3, Anexa C, prevede în exclusivitate teste in-situ şi nu menţionează posibilitatea unor

Page 18: Cladiri Zidarie Comentarii

18

teste de laborator pe epruvete de zidărie extrase din lucrare sau confecţionate cu elemente din lucrare care reprezintă o practică curentă în multe ţări. Preluarea EN 1998-3 ca normă naţională (SR EN) impune cunoaşterea acestor procedee, însuşirea şi utilizarea lor.

Încercări de laborator

Încercări pentru determinarea rezistenţei la compresiune

Forma şi dimensiunile epruvetelor care se extrag prin carotare din zidăria existentă şi procedeul de încercare se stabilesc prin reglementările fiecărei ţări sau prin reglementări cu caracter internaţional (Euronorme, de exemplu).

Fig. CD.15 .Piesele componente ale carotierei [Brencich, A Tecniche diagnostiche et loro analisi critiche Universita degli Studi di Genova , DISEG -

Dipartamento di Ingegneria Strutturale et Geotecnica, 2003]

Epruvetele extrase prin carotare permit deasemeni identificarea structurii interne a zidăriei (de exemplu, straturile din care aceasta este alcătuită). În USA, reglementările [FEMA 274 NEHRP Commentary on the guidelines for the seismic

rehabilitation of buildings , october 1997 ] şi [FEMA 310 Seismic Evaluation Handbook] permit determinarea rezistenţei la compresiune şi prin încercări pe prisme confecţionate cu cărămizi extrase din construcţie şi cu mortar proiectat pe baza rezultatelor analizei chimice a mortarului existent [ACI 530.1/ASCE 6TMS 602 Specifications for Masonry Structures, Section 1.4.B.3] soluţie care evită degradarea mortarului inerentă la extragerea din perete. Acest tip de încercare nu poate ţine însă seama de efectele reologice sau fizice care au afectat zidăria originară.

Încercări pentru determinarea rezistenţei la întindere din încovoiere

Încercările pentru determinarea rezistenţei la întindere se efectuează pe epruvete (fragmente de perete) alcătuite din mai multe elemente pentru zidărie suprapuse, solicitate la încovoiere perpendicular pe plan. Proba este solicitată la încovoiere în raport cu axa minoră şi ruperea se produce prin depăşirea aderenţei între mortar şi elementul de zidărie în zona întinsă din încovoiere. Încercarea furnizează date mai exacte decât încercarea de întindere directă care este influenţată, în mare măsură, de neomogenitatea contactului între mortar şi element şi de comportarea fragilă a ansamblului încercat. În USA încercarea este reglementată prin standardele ASTM C1072-99 şi ASTM E518-00.

Page 19: Cladiri Zidarie Comentarii

19

Fig.CD.16. Schema încercării la întindere din încovoiere (wrench bond)

Deşi încercările pe epruvete extrase din lucrare sunt cele mai simple, trebuie menţionate şi unele limitări ale utilizării acestora care sunt determinate de următoarele considerente:

• epruvetele trebuie să fie de dimensiuni mari pentru a fi reprezentative pentru comportarea de ansamblu a zidăriei; această condiţie nu poate fi realizată în toate cazurile (în special în cazul monumentelor istorice pentru care intervenţiile trebuie să fie cât mai puţin invazive);

• încercările pe epruvete extrase din clădire implică şi costuri legate de transportul la laborator, regia laboratorului şi, nu în ultimul rând, costurile pentru refacerea pereţilor din care s-au extras epruvetele;

• în zidăriile vechi, datorită rezistenţei scăzute a mortarului (sau degradării acestuia în timp) prelevarea epruvetelor fără a fi deteriorate implică folosirea unor procedee complicate şi în consecinţă costisitoare.

Încercări in-situ

Încercări cu prese plate (engl. flatjacks, ital. martinetti piatti)

Încercările de laborator pe epruvete extrase din lucrare pot fi înlocuite cu încercări in-situ de tip nedistructiv cu prese plate (procedeu preluat din geologie). Aceste încercări permit determinarea următoarelor caracteristici ale zidăriei existente:

a. Efortul unitar de compresiune într-un punct oarecare al peretelui b. Rezistenţa de rupere la compresiune c. Proprietăţile de deformabilitate (legea constitutivă σ-ε şi modulul de

elasticitate); d. Rezistenţa de rupere prin forfecare în rost orizontal.

Încercările se pot face în orice zonă a elementului de construcţie (perete, stâlp, arc) şi astfel permit obţinerea unei imagini cuprinzătoare a stării de eforturi pentru ansamblul clădirii. În raport cu încercările în laborator pe epruvete extrase din lucrare, încercările in-situ cu prese plate prezintă, în primul rând, avantajul rapidităţii de execuţie al încercării propriu zise şi al obţinerii rezultatelor. Aceste avantaje, la care se poate adăuga şi faptul că încercarea se poate repeta imediat dacă rezultatele apar ca fiind mult diferite, fac posibilă utilizarea acestui tip de încercări atât în etapa de expertizare cât şi pe parcursul lucrărilor de intervenţie, de exemplu, dacă în urma decopertărilor se constată existenţa unor zone de zidărie cu caracteristici mecanice inferioare celor medii pe clădire. Pentru determinarea efortului unitar de compresiune în zidărie se foloseşte o singură presă şi două linii de repere pentru măsurarea deformaţiilor verticale.

Page 20: Cladiri Zidarie Comentarii

20

Presa se introduce într-o fantă creată în rostul orizontal al zidăriei existente, în poziţia în care se doreşte măsurarea efortului unitar de compresiune. La tăierea fantei, ca urmare a eliminării efortului interior din rostul respectiv se produce o deformaţie a peretelui care este înregistrată de reperele de măsurare. Presiunea la presă care anulează deformaţia produsă la tăierea fantei măsoară efortul unitar de compresiune în zidărie. În cazul pereţilor cu forme complexe (I,L,U) încărcaţi neuniform la nivelul planşeelor, procedeul permite evaluarea corectă a distribuţiei eforturilor unitare de compresiune în inima şi în tălpile profilului.

Fig.CD17. Încercare cu presa plată pentru determinarea efortului unitar de compresiune

Pentru determinarea efortului unitar de rupere la compresiune şi a legii σ-ε se folosesc două prese plate paralele dispuse la o distanţă de circa 50 cm pe verticală. Zidăria aflată între cele două prese este supusă la compresiune axială cu efort unitar determinat de presiunea la prese iar între punctele de măsurare se citesc deformaţiile laterale şi axiale. Repetând operaţia pentru mai multe valori ale forţei axiale se poate trasa curba σ-ε pe care se determină modulul de elasticitate la compresiune. Presiunea în prese poate fi sporită până la ruperea zidăriei determinând astfel rezistenţa ultimă a acesteia. Rezistenţa zidăriei la forfecare în rost orizontal în prezenţa unei forţe de compresiune se poate determina folosind montajul cu două prese plate şi o presă cilindrică sau plată care "împinge" un element de zidărie legat în masiv numai prin mortarul din rosturile orizontale (Shove test). Există trei variante ale acestui procedeu în funcţie de elementele pentru zidărie care sunt afectate de intervenţie. Cea mai redusă intervenţie asupra peretelui implică numai desfacerea rosturilor verticale adiacente elementului care se încearcă. Într-unul din rosturile desfăcute se introduce o presă plată care împinge elementul, generând astfel forfecarea rosturilor orizontale (rupere prin lunecare în rost orizontal) iar celălalt rost este desfăcut pentru a permite deplasarea elementului fără a fi împiedicat de cel alăturat. Cunoscând efortul unitar de compresiune (σ0), determinat tot cu prese plate, se poate determina direct efortul unitar tangenţial cu una din formulele cunoscute.

(a) (b)

Fig.CD.18 Încercări cu două prese plate Încercari pentru determinarea rezistenţei la compresiune (a) şi rezistenţei la forfecare (b)

Page 21: Cladiri Zidarie Comentarii

21

Încercare in-situ la compresiune diagonală

Este de fapt o încercare distructivă care impune izolarea unui panou de zidărie de dimensiuni semnificative şi solicitarea lui cu forţe aplicate pe una sau pe ambele diagonale

Fig. CD.19. Încercare in-situ la compresiune diagonală

În USA desfăşurarea încercării este reglementată prin standardul ASTM E519-81. Rezultatele obţinute reprezintă numai aproximativ proprietăţile peretelui real deoarece, spre deosebire de acesta, starea de eforturi normale şi tangenţiale din panoul încercat este în general neuniformă, iar redistribuţia eforturilor după amorsarea fisurării nu se poate produce. Ca atare valorile obţinute prin acest procedeu nu pot fi folosite pentru evaluarea comportării post elastice. Trebuie menţionat şi faptul că, pentru a se obţine rezultate cât mai exacte, panoul încercat trebuie să aibă dimensiuni importante (peste 1.20 x 1.20 m) ceea ce este greu de realizat pentru un număr semnificativ de probe. În plus operaţia este costisitoare deoarece implică şi lucrări importante de refacere a continuităţii peretelui.

Evaluarea rezistenţei mortarului prin proba de smulgere

Constă în introducerea în mortarul din rost a unui şurub cu diametrul de circa 6 mm şi măsurarea forţei necesare pentru extragerea acestuia. Valoarea forţei la care se produce smulgerea permite calculul rezistenţei mortarului la compresiune, încovoiere şi întindere folosind relaţii stabilite pe baza experimentărilor.

Fig. CD.20. Încercarea rezistenţei mortarului prin proba de smulgere (pull-out)

CD.3. Evaluarea siguranţei seismice

CD.3.3. Evaluarea calitativă a clădirilor din zid ărie

Evaluarea calitativă urmăreşte să stabilească măsura în care regulile de conformare generală a structurilor şi de detaliere a elementelor structurale şi nestructurale sunt respectate în construcţiile analizate. Natura deficienţelor de alcătuire şi întinderea acestora reprezintă criterii esenţiale pentru decizia şi soluţiile de reabilitare seismică.

Page 22: Cladiri Zidarie Comentarii

22

Principalele componente ale evaluării calitative privesc următoarele categorii de condiţii:

• Condiţii privind traseul încărcărilor

Aceste condiţii au în vedere existenţa unui sistem structural continuu şi suficient de puternic care să asigure un drum neîntrerupt, cât mai scurt, în orice direcţie, al forţelor verticale (permanente şi utile) şi al forţelor seismice din orice punct al structurii până la terenul de fundare.

Fig.CD.21 Etaje slabe (exemple)

• Condiţii privind redundanţa

Evaluarea va stabili dacă există pericolul ca la atingerea rezistenţei de rupere într-unul din elementele structurii, sau în câteva elemente, clădirea să prezinte riscul de pierdere a stabilităţii generale sau parţiale (de exemplu, numai la un etaj).

• Condiţii privind regularitatea / neregularitatea configuraţiei clădirii

Evaluarea trebuie să evidenţieze lipsa sau existenţa unor abateri de la condiţiile de compactitate, simetrie şi regularitate, care pot afecta negativ răspunsul seismic. Astfel vor fi identificate discontinuităţile în distribuţia rigidităţii şi a rezistenţei la forţe laterale (etaje slabe), a geometriei, a maselor. Aceste condiţii se verifică, separat, în plan şi pe verticală

• Condiţii pentru planşeele clădirilor

Evaluarea seismică trebuie să stabilească măsura în care planşeele pot distribui în condiţii sigure forţele seismice orizontale la elementele structurale verticale (de exemplu, la pereţi structurali). Comportarea planşeelor este optimă atunci când acestea sunt realizate ca diafragme rigide şi rezistente pentru forţe aplicate în planul lor. Aceste condiţii sunt îndeplinite, la nivel maximal, de planşeele de beton armat monolit. În figura următoare sunt prezentate două cazuri în care planşeele nu respectă condiţia de indeformabilitate în plan orizontal

• planşee mixte constituite atât din plăci din beton armat cât şi din grinzi şi podină din lemn

• planşee cu goluri mari (AGol > 0.5 XY).

Fig. CD.22 Planşee cu rigiditate nesemnificativă în plan (exemple de alcătuire)

• Condiţii privind infrastructura şi terenul de fundare

Se identifică, în această etapă, următoarele elemente:

Page 23: Cladiri Zidarie Comentarii

23

- sistemul fundaţiilor şi al infrastructurii şi se evaluează rigiditatea acestuia;

- natura terenului şi eventualele efecte ale acestuia asupra structurii.

CD.3.3.1. Evaluarea calitativă preliminar ă (pentru metodologia de nivel 1)

(C1-a) Evaluarea calitativă preliminară are în vedere caracteristicile alcătuirii arhitectural structurale care conform experienţei acumulate cu ocazia cutremurelor anterioare influenţează decisiv caracterul răspunsului seismic al clădirii

1. Regimul de înălţime 2. Rigiditatea planşeelor în plan orizontal 3. Regularitatea geometrică şi structurală

Pentru metodologia de nivel 1 condiţiile de regularitate geometrică şi structurală se identifică prin prezenţa/absenţa deficienţelor de alcătuire generală/de ansamblu a construcţiei:

• Clădiri cu deficienţe de alcătuire în elevaţie (DAE). - discontinuităţi flagrante ale structurii pe verticală care conduc la formarea unor etaje

"slabe" (parter flexibil, săli mari susţinute pe "grinzi cadru", etc.); - etaje în consolă (bowindow-uri); - retrageri din planul faţadelor cu rezemări de ordinul II (stâlpi rezemaţi pe grinzi).

• Clădiri cu deficienţe de alcătuire în plan (DAP). - forme complexe în plan (convexe, concave, neregulate); - clădiri cu excentricităţi mari între centrul maselor şi centrul de rigiditate (care au pereţii

structurali sau nucleele dispuse excentric faţă de centrul de greutate al planşeului); - forma alungită în plan (raport lungime/lăţime > 4÷5, de exemplu); - planşee incomplete (supante) sau planşee cu goluri mari.

• Clădiri fără deficienţe importante de alcătuire (FDA ). - clădiri care se apropie de prevederile generale de alcătuire din Codul P100-1/2006.

(C6) Avariile caracteristice în pereţii din zidărie, care se iau în considerare pentru evaluarea calitativă preliminară conform acestui paragraf, depind în mare măsură de alcătuirea geometrică a pereţilor şi de dispunerea golurilor

(a) (b)

(c)

Page 24: Cladiri Zidarie Comentarii

24

(d) (e)

Fig. CD.23. Avarii caracteristice în pereţi de zidărie (a) Perete plin (b) Pereţi cu goluri dispuse neregulat (c) Pereţi cu goluri dispuse regulat (d) Perete cu un

montant suprimat la parter (e) Perete cu montanţi cu dimensiuni diferite şi elemente orizontale cu deschidere mare

Avarii la planşee cu grinzi metalice şi bolţişoare de cărămidă:

- Avarii grave: Fisuri cu deschidere peste 1 mm în bolţişoare, paralele cu grinzile şi însoţite de multe fisuri transversale.

. Fig. CD.24 Avarierea unui planşeu cu grinzi metalice şi bolţişoare din zidărie

CD.3.3.2. Evaluare calitativă detaliată (pentru metodologia de nivel 2 şi 3)

(C2) Criteriile de evaluare calitativă au fost selecţionate în principal pe baza experienţelor acumulate după cutremurele severe care s-au manifestat în ultimele decenii. Au fost luate în considerare atât experienţa ţărilor abvansate din punct de vedere tehnologic cât şi experienţa ţărilor în curs de dezvoltare în care nivelul de calitate al materialelor şi al punerii în operă sunt similare cu cele din România

S-a considerat că prevederile din Codul de proiectare P100-1 reprezintă nivelul general acceptabil în condiţiile actuale din România atât din punct de vedere tehnicşi tehnologic cât şi din punct de vedere al efortului material

În particular se recunoaşte, în primul rând, efectul favorabil al:

• calităţii alcătuirii generale arhitectural-structurale în plan şi în elevaţie;

• calităţilor zidăriei (materiale componente şi execuţie)

• efectelor negative provenite din mediul natual şi antropic

Valorile punctajelor acordate sunt fără îndoială orientative. Judecata expertului bazată pe experienţa sa trebui să intervină pentru a "personaliza" nivelul notelor acordate fiecărui criteriu (de exemplu, acordarea unui punctaj maxim pentru elemente nestructurale într-o clădire în care acestea reprezintă un procent minim din valoare modifică " birocratic" scorul general dar nu contribuie la evidenţierea vulnerabilităţii reale a clădirii.

Page 25: Cladiri Zidarie Comentarii

25

CD.3.4. Evaluarea prin calcul a siguranţei clădirilor din zid ărie

CD.3.4.1. Siguranţa faţă de efectele acţiunii seismice în planul peretelui

CD.3.4.1.1. Determinarea forţei tăietoare de bază pentru ansamblul clădirii pentru metodologiile de nivel 1 şi 2

(C3) Deşi din punctul de vedere al criteriilor generale, calculul modal bazat pe spectrul de răspuns trebuie efectuat dacă sunt îndeplinite condiţiile pentru care procedeul de calcul static cu forţa laterală static echivalentă nu mai este acceptabil, expertul trebuie să analizeze cazurile în care adoptarea acestui procedeu este absolut necesară. Printre criteriile de analiză trebuie avute în vedere:

• nivelul hazardului seismic la amplasament;

• clasa de importanţă şi de expunere aclădirii

• nivelul performanţelor seimice impus prin tema de proiectare

(C4) Cele trei modele de calcul menţionate la acest paragraf se diferenţiază prin contribuţia riglelor de cuplare la preluarea forţelor laterale

CD.3.4.1.3. Calculul capacităţii de rezistenţă pentru acţiunea seismică în planul pereţilor

CD.3.4.1.3.1. Rezistenţele de proiectare ale zidăriei

În condiţiile testelor limitate, în unele ţări care dispun de baze de date importante privitoare la rezistenţele zidăriei din clădirile existente, reglementările tehnice specifice prevăd valori forfetare, acoperitoare, ale principalelor caracteristici mecanice ale zidăriei. Cităm în continuare prevederi din cele mai importante reglementări în domeniu

Prevederi ale reglementărilor din Italia

Reglementarea din Italia include un tabel de valori minime şi maxime ale caracteristicilor mecanice ale zidăriilor de diverse alcătuiri de zidărie specifice clădirilor existente în Italia. Spre exemplu, în cazul zidăriilor cu cărămizi pline şi mortare slabe de var şi ţesere neregulată, sunt date valorile din tabelul CD.6.

Caracteristicile mecanice ale zidăriilor vechi în Italia Tabelul CD.6

Valoare (N/mm2) Caracteristica mecanică Notaţie

minimă maximă Rezistenţa medie la compresiune fm 1.80 2.80 Rezistenţa medie la forfecare τ0 0.060 0.092 Modul de elasticitate longitudinal E 1800 2400 Modul de elasticitate transverasal G 300 400

Pentru a se ţine seama de calitatea zidăriei din lucrare valorile de calcul pot fi determinate, la aprecierea expertului, prin multiplicarea valorile din tabel cu factori supraunitari

• ≤ 1.5 - dacă se constată existenţa unui mortar de bună calitate; • ≤ l.3 - dacă ţeserea este apropiată de cea corectă.

Page 26: Cladiri Zidarie Comentarii

26

Valorile de proiectare ale rezistenţelor medii se aleg în funcţie de nivelurile de cunoaştere după cum urmează:

• KL1⇒ valorile minime din tabele • KL2⇒ valorile medii din tabele • KL3 ⇒ valori stabilite în funcţie de numărul de probe încercate:

- pentru trei probe valorile rezistenţelor şi ale modulilor de elasticitate se iau egale cu media rezultatelor încercărilor; alternativ, valorile modulilor de elasticitate se iau egale cu mediile din tabel;

- pentru o singură probă încercată, dacă valoarea rezultată este cuprinsă în intervalul din tabel sau este mai mare, valoarea rezistenţei medii se ia egală cu media valorilor din tabel; dacă valoarea rezultată este mai mică decât limita inferioară din tabel, valoarea medie se va lua egală cu valoarea experimentală.

Prevederile de mai sus încurajează astfel efectuarea unui număr mai mare de încercări pentru cunoaşterea cât mai exactă a datelor de intrare pentru calcul Reglementarea permite autorităţilor locale să stabilească valori diferite de cele din tabele pe baza datelor constructive specifice din zonă.

Prevederi ale reglementărilor din USA

În standardul [ASCE/ACI/TMS] sunt date valori forfetare, considerate limite inferioare pentru principalele caracteristici mecanice ale zidăriei. Valorile sunt diferenţiate în funcţie starea în care se găseşte zidăria, stabilită prin examinarea vizuală:

• bună, dacă degradările nu depăşesc nivelul nesemnificativ sau uşor; • acceptabilă, dacă degradările nu depăşesc nivelul moderat; • slabă pentru care degradările sunt grele sau extreme

Definirea nivelului degradărilor este detaliată în [FEMA 306,307,308]. Valorile medii probabile ale caracteristicilor respective (N/mm2) se deduc din valorile forfetare prin înmulţire cu factorul 1.3. Folosirea valorilor forfetare este permisă numai pentru calcule liniar elastice.

Caracteristicile mecanice ale zidăriilor vechi în USA

Tabelul CD.7 Starea zidăriei

Caracteristica mecanică Notaţie bună acceptabilă slabă

Rezistenţa la compresiune fme 8.2 5.5 2.7 Rezistenţa la întindere din încovoiere fte 0.18 0.09 0.00 Rezistenţa la forfecare vme 0.25 0.18 0.12 Modul de elasticitate longitudinal Eme 4500 3000 1500 Modul de elasticitate transversal Gme 1800 1200 600

În cazul absenţei testelor, pentru obiectivele de performanţă de bază, valorile din tabel se înmulţesc cu factorul de cunoaştere k = 0.75; idem în cazul obiectivelor de performanţă superioare dacă nu se dispune decât de încercări uzuale. Valorile ridicate ale rezistenţelor medii forfetare ale zidăriei existente sunt explicabile, în primul rând, prin rezistenţa mare a cărămizilor folosite în USA chiar din primele două decenii ale secolului 20. Astfel, un raport din 1929, bazat pe datele producătorilor, arăta că 92% din producţia de cărămizi a USA avea media rezistenţelor la compresiune de 50 N/mm2 (circa 7.200 psi) [FEMA 274, sect.7.2.2]

Page 27: Cladiri Zidarie Comentarii

27

CD.3.4.1.3.2 Capacitatea de rezistenţă a pereţilor structurali pentru for ţe în plan

(C1) Forţa tăietoare asociată cedării prin compresiune excentrică (Vf1) a unui perete din zidărie nearmată solicitat de o forţă axială date (Nd) se poate exprima mai exact decât prin relaţia (D.5) folosind relaţii analitice care ţin seama de forma legii σ-ε specifică zidăriei respective şi de parametrii acestei legi.

Forţa tăietoare Vf se poate exprima prin relaţia

echiv

dd1f H

)N(MV = (CD.1)

unde

• Md este momentul încovoietor capabil asociat forţei axiale Nd

• Hechiv este înălţimea la care se aplică rezultanta forţelor seismice de etaj (forţa tăietoare de bază) pentru a se obţine momentul Md

În cazul clădirilor monotone, care au aceiaşi înălţime (het) şi aceiaşi masă (m) la fiecare nivel şi pentru care forma de vibraţie amodului fundamental se poate aproxima printr-o linie dreaptă astfel încât distribuţia forţei tăietoare se face cu relaţia (4.6) din Codul P100-1 valoarea Hechiv este dată în tabelul CD.8.

Înălţimea Hechiv pentru clădiri cu n niv≤ 5 Tabelul CD.8

nniv n=2 n=3 n=4 n=5 1.666 het 2.33 het 3.00 het 3.66 het Hechiv 0.833 Htot 0.777Htot 0.75 Htot 0.733 Htot

Se defineşte valoarea adimensională a momentului încovoietor (Md) prin relaţia

d,izr

dd M

Mm = (CD.2)

unde valoarea de proiectare a momentului izorezistent ultim pentru un perete dreptunghiular din zidărie cu lungime lw şi grosime t, se calculează cu relaţia

d

2w

d,izr f6

tlM = (CD.3)

În expresia momentului izorezistent fd este valoarea de proiectare a rezistenţei la

compresiune a zidăriei calculată cu relaţia CF

ff m

d = (a se vedea D.3.4.1.3.1.)

NOTĂ FOARTE IMPORTANT Ă !

Pentru calculul rezistenţei de proiectare fd rezistenţa medie fm se împarte numai la factorul CF. În textul publicat în MO formula ca re prevede şi împăr ţirea la coeficientul de siguranţă γM este provine dintr-o eroare de rdactare.

În graficul din figura CD26 este dată variaţia valorii md în funcţie de intensitatea relativă a efortului axial de compresiune sd din relaţia (D.5) şi pentru următoarele categorii de zidărie:

• Zidărie cu legea σ-ε de tip liniar (la care εm1≡ εuz) - de regulă zidărie cu elemente ceramice din grupa 2S

Page 28: Cladiri Zidarie Comentarii

28

• Zidărie cu legea σ - ε de tip "liniar-dreptunghiular" cu ductilitatea

convenţională 5.21m

uz ==εεµ

Această lege este denumită în literatura de specialitate şi lege de comportare "elastică-perfect plastică, cu ductilitate limitată"

Fig.CD.25 Relatii σ - ε pentru zidărie cu elemente din argilă arsă din grupele 1 şi 2

Intensitatea relativă a efortului axial de compresiune pe perete se calculează cu relaţia

dw

d

d

0d ftl

N

fs == σ

(CD.4)

Fig.CD.26 Variatia momentului capabil asociat unei forţe de compresiune date (perete dreptunghiular)

Din examinarea graficului rezultă următoarele concluzii:

• Pentru valori sd ≤ 0.25 valorile md calculate cu relaţia (D.5) sunt practic egale cu cele calculate pentru cele două legi constitutive de referinţă

• În cazul zidăriilor cu lege constitutivă de tip liniar (fără palier de deformare post elastică) pentru valori 0.40 < sd ≤ 0.70 valorile date de relaţia (D.5) supraevaluează momentul capabil cu procente care variază între 20 ÷ 40%

Page 29: Cladiri Zidarie Comentarii

29

• În cazul zidăriilor cu lege constitutive de tip"liniar-dreptunghiulară" pentru valori sd ≥0.45 relaţia (D.5) subevaluează momentul capabil cu 20 ÷ 30%

Ca atare se recomandă ca relaţia (D.5) să fie folosită numai pentru pereţii cu sd ≤ 0.25

(C2) Referitor la calculul valorii de proiectare a forţei tăietoare de cedare prin lunecare în rostul orizontal se menţionează că relaţia (D.7) trebuie aplicată având în vedere caracterul alternant al acţiunii seismice.

(a) (b)

Fig.CD.27. Echilibrul secţiunii orizontale a peretelui solicitată de forţă tăietoare produsă de cutremur

În figura CD.26(a) este arătată situaţia de echilibru pentru acţiunea seismică orizontală "stânga→dreapta". Pe zona comprimată, cu lungimea lc ≡ D, rezistenţa este asigurată atât de aderenţa mortarului (fvk0) cât şi de frecare (0.4σ0). La inversarea sensului acţiunii seismice "dreapta→stânga" pe zona care a fost fisurată în ciclul precedent (lw - lc) aderenţa a fost ruptă şi acţionează numai frecarea. Această observaţie se regăseşte şi în [ATC 43-FEMA 306, 1998] care afirmă că modelul Mohr-Coulomb este mai potrivit pentru estimarea rezistenţei înainte de fisurare deoarece, după fisurare, aderenţa este deteriorată şi rezistenţa este, probabil, asigurată numai prin frecare. Fenomenul de degradare semnificativă a rezistenţei s-a constatat experimental pentru valori ale driftului de 3÷4 ‰ care corespund, probabil, anihilării complete a aderenţei. Deoarece conform prevederilor din Codurile de proiectare seismică (inclusiv P100-1/2006) driftul pentru cutremurul de serviciu (SLS) este de 5‰, această observaţie va trebui luată în considerare pentru evaluarea clădirilor din zidărie care au suferit mai multe cutremure severe [Petrovici,R., 2008].

Cu notaţiile din figura CD.26 lungimea zonei comprimate (lc) în cazul unui perete dreptunghiular cu grosimea t depinde de excentricitatea forţei de compresiune şi se calculează din relaţia

)l

e21(l5.1l

wwc −= (CD.5)

• Pentru 6

1

l

e

w≤ întreaga secţiune este comprimată, avem lc ≡ lw şi σd = σ0 şi

efortul tangenţial unitar este

00vkw

k 4.0ftl

V σ+= (CD.6)

• Pentru 3

1

l

e

6

1

w≤< lungimea redusă (l*) pe care acţionează aderenţa (fvk0) după

inversarea excentricităţii, adică pe zona care pe care nu s-a produs fisurarea rostului orizontal, este

Page 30: Cladiri Zidarie Comentarii

30

( )

−=−−=

wwcwc

*

l

e31l2llll (CD.7)

şi efortul tangenţial unitar devine

00vkww

k 4.0fl

e312

tl

V σ+

−= (CD.8)

• Pentru 3

1

l

e

w> avem l* < 0, adică rostul orizontal a fost fisurat în totalitate prin

acţiunea alterantă a momentului şi, prin urmare, forţa tăietoare este preluată numai prin forţa de frecare corespunzătoare efortului unitar mediu (σd) pe zona comprimată (lc) care satisface egalitatea σdlct ≡ σ0lwt = N

0w

k 4.0tl

V σ==== (CD.9)

Graficul din figura CD.27 arată reducerea efortului unitar tangenţial (ρV) care rezultă din fisurarea rostului orizontal, în funcţie de valoarea excentricităţii relative (e/lw) şi de intensitatea efortului unitar de compresiune (σ0)- valori valabile pentru fvk0 = 0.3 N/mm2. Linia roşie indică reducerea capacităţii de preluare a forţei tăietoare pentru secţiunile din zidărie simplă proiectate conform Codului CR6-2006.

Fig.CD27. Reducerea rezistenţei unitare la forfecare în funcţie de valoarea

excentricităţii relative pentru valori σ0 = 0.2 ÷ 1.0 N/mm2

II. Valoarea de proiectare a forţei tăietoare de rupere prin fisurare diagonală (în scară) se bazează pe ipotezele din lucrarea [Turnšek, V.,Cacovic,F Some experimental results on the strength of brick masonry walls. Proc. of the 2nd Intern.Brick Masonry Conference, Stoke-on-Trent,1971, pp.149-156 ] :

1. Se neglijează anizotropia zidăriei (permite să se folosească un singur parametru de rezistenţă: rezistenţa convenţională la întindere a zidăriei ftu).

2. Se admite că panoul este suficient de zvelt pentru a se accepta ipoteza lui Saint -Venant.

3. Ruperea se produce când efortul principal de întindere în zidărie atinge valoarea limită ftu .

Page 31: Cladiri Zidarie Comentarii

31

În aceste ipoteze rezultă formula:

tu

0ptuu f

1b

AfV

σ++++==== (CD.10)

în care p

0 A

N====σ este efortul unitar mediu de compresiune pe secţiunea transversală a

peretelui (Ap = lwt) iar b este un coeficient care depinde de proporţiile panoului h/l . Pentru aplicarea formulei la panouri scunde, în [Turnšek,V., Sheppard, P The shear and flexural resistance of masonry walls Proc.of the Intern. Research Conference on Earthquake Engineering, Skopje,1980, pp.517-573] [Benedetti, D.,Tomaževic, M. Sulla verifica sismica di

costruzioni in muratura Ingegneria Sismica, vol.1 no.2 ,1984] se propune corectarea rezultatelor obţinute cu formula pentru panouri zvelte prin folosirea unor valori "b", diferenţiate în funcţie de raportul h /lw după cum urmează:

• b = 1.5 pentru h/lw ≥1.5

• b = 1.0 pentru h/lw < 1.0

• b = h/lw pentru 1.0 ≤ h/lw < 1.5

Rezistenţa convenţională la întindere (f tu) se poate lua aproximativ ftu = 0.05fk, unde fk este rezistenţa caracteristică la compresiune a zidăriei. Ruperea în scară se poate produce :

• prin rosturi verticale şi orizontale (mortar slab în raport cu elementele) • prin rosturi şi elemente (elemente slabe)

(a) (b) (c)

Fig.CD.29 Ruperea zidăriei din eforturi principale de întindere (a) Vedere generală a unei clădiri avariate (b) Zidărie cu mortar slab în raport cu elementele

(c) Zidărie cu elemente şi mortar cu rezistenţe apropiate

CD.3.4.2. Siguranţa faţă de acţiunea seismică perpendiculară pe planul pereţilor

(C1) Avarierea pereţilor de zidărie sub efectul acţiunii seismice perpendiculare pe planul peretelui este un fenomen constatat în special în următoarele situaţii:

• la clădirile cu planşee susţinute de elemente liniare (grinzi metalice sau din lemn) • la panourile de umplutură la cadre de beton armat sau metalice şi, în special , la pereţii dublu strat cu gol interior • la toate categoriile de panouri de zidărie în consolă (elemente majore de tip fronton/calcan/timpan şi la elemente minore de tip parapet)

Cedarea se produce cel mai adesea prin ieşirea din plan sau răsturnarea unui perete întreg sau a unor fragmente de perete.

Page 32: Cladiri Zidarie Comentarii

32

Fig.CD.30 Mecanismul de avariere de etaj prin acţiunea seismică perpendiculară pe planul peretelui

Comportarea zidăriei nearmate la această solicitare este deosebit de complexă şi reprezintă un domeniu insuficient cunoscut al proiectării seismice aşa cum se subliniază şi în lucrarea de referinţă [Paulay T., M.J.N. Priestley, Seismic design of reinforced

concrete and masonry buildings John Wiley & Sons, 1992]. Spre exemplu, sunt insuficient cunoscute şi verificate experimental influenţele condiţiilor efective de fixare pe laturile verticale şi la nivelul planşeelor, efectul de amplificare dat de mişcarea planşeului în timpul cutremurului (în special în cazul planşeelor cu rigiditate nesemnificativă în plan), caracteristicile mecanice ale zidăriei pe cele două direcţii, etc. În ultimele decenii s-au desfăşurat, în multe ţări, cercetări pentru elucidarea acestor aspecte. Unele dintre primele cercetări în acest domeniu au avut ca scop practic stabilirea raţională a raportului limită între înălţime/grosime în cazul solicitării cu forţe de inerţie perpendiculare pe plan date de acţiunea seismică [ABK – A joint venture, Methodology for Mitigation of Seismic Hazards in Existing Unreinforced Masonry Buildings: Wall Testing, Out-Of-Plane, Topical Report 04, El Segundo, California, 1981]. Introducerea în practica de proiectare a unor metode de calcul mai exacte, de exemplu, cele bazate pe rotirea de corp rigid a fragmentelor de perete, a fost facilitată de încercări mai complexe, pe modele la scară mare (1:2), desfăşurate în ultimii ani. [Doherty K., B. Rodolico, N.T.K. Lam, J.L. Wilson, M.C. Griffith, Displacement-based seismic analysis for out-of-plane bending of unreinforced masonry walls Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2002, Vol. 31,pp. 833-850][Griffith M.C., N.T.K. Lam, J.L. Wilson, K. Doherty, Experimental investigation of unreinforced brick masonry walls in flexure, Journal of Structural Engineering, 2004, Vol. 130, No. 3, pp. 423-432.(2004)].

Cea mai frecventă situaţie de încărcare cu forţe perpendiculare pe planul peretelui este dată de acţiunea "directă" a cutremurului care se exercită asupra tuturor pereţilor dintr-o clădire. Această solicitare, care rezultă din acceleraţia imprimată peretelui în timpul cutremurului, afectează pereţii exteriori şi interiori dintr-o clădire cu consecinţe care privesc atât starea limită ultimă (avarii care ajung până la răsturnare) cât şi starea limită de serviciu (se produce fisurare mai mult sau mai puţin extinsă). Pierderea stabilităţii (răsturnarea) pereţilor structurali de zidărie este un fenomen care se produce, în special, în cazul pereţilor care nu sunt ancoraţi corespunzător de planşee sau în cazul elementelor majore de zidărie care lucrează în consolă (calcane, frontoane înalte). Aceste avarii sunt tipice pentru clădirile vechi, cu planşee care au rigiditate nesemnificativă în plan orizontal. Trebuie să menţionăm însă faptul că în clădirile mai vechi la care zidurile portante aveau grosimi importante (2÷3 cărămizi), modulul de rezistenţă, proporţional cu pătratul grosimii peretelui, asigura peretelui o rezistenţă satisfăcătoare pentru forţe seismice relativ ridicate.

Page 33: Cladiri Zidarie Comentarii

33

Schemele de rupere indicate în figura următoare arată variantele posibile ale mecanismului de răsturnare dintr-o clădire (răsturnare parţială sau a întregului fronton) . Probabilitatea cea mai ridicată de răsturnare există în cazul pereţilor care, în cazul planşeelor care descarcă pe două laturi sunt paraleli cu grinzile principale.

Fig.CD.31 Mecanismul de avariere de ansamblu prin acţiunea seismică perpendiculară

pe planul peretelui

În cazul pereţilor nestructurali din clădirile noi, reglementările moderne de proiectare au în vedere faptul că solicitarea seismică perpendiculară pe plan poate avea drept consecinţe deteriorări cu diferite niveluri de severitate, de la fisurarea superficială a pereţilor până la distrugerea completă a acestora. Aceste deteriorări pot avea consecinţe minore, care să impună numai refacerea finisajelor sau mai grave mergând până la rănirea persoanelor din încăpere. În încăperile cu funcţiuni speciale (săli de operaţii, de exemplu) deteriorarea pereţilor nestructurali poate avea drept consecinţă întreruperea activităţii.

Mai multe studii menţionate în literatură pun în evidenţă existenţa unui fenomen de "rezonanţă" între oscilaţiile corespunzătoare celor două categorii de excitaţii (în plan şi perpendicular pe planul peretelui). Acest fenomen poate fi cuantificat cu suficientă precizie numai prin procedee de calcul dinamic neliniar ceea ce este imposibil de realizat pentru practica curentă de proiectare. [Paulay,T.,Priestley,M.J.N. Seismic design of

Reinforced Concrete and Masonry Buildings, John Wiley& Sons, Inc,1992]. Din acest motiv toate reglementările tehnice disociază cele două verificări stabilind cerinţe şi proceduri specifice pentru fiecare situaţie în parte.

Calculul momentelor încovoietoare în pereţii solicitaţi de încărcări perpendiculare pe plan

Sub efectul încărcărilor perpendiculare pe planul lor, pereţii de zidărie se deformează luând forma unei suprafeţe cilindrice sau cu dublă curbură în funcţie de :

• dimensiunile panoului;

• condiţiile de rezemare de pe cele patru laturi ;

• poziţia şi forma golurilor (dacă acestea există).

În cazul general, ruperea se produce pe trasee care sunt dictate de aceşti parametri şi care parcurg zonele cu rezistenţa cea mai redusă.

Page 34: Cladiri Zidarie Comentarii

34

Fig. CD.32 Traseul liniilor de rupere pentru pereţi solicitaţi perpendicular pe plan (exemple)

În detaliu alura liniilor de rupere identificate mai sus este arătată în figura CD.31

Fig.CD.33.Detalii ale traseelor posibile ale liniilor de rupere

Figura CD.33A corespunde ruperii pe un plan paralel cu rosturile orizontale iar figurile CD.33B şi C corespund ruperii pe un plan perpendicular pe rosturile orizontale (acestea sunt mecanismele de rupere fundamentale menţionate în SR EN 1996-1-1)

Detaliile de rupere pe trasee înclinate sunt arătate în figurile CD.33D şi E

Ruperile pe traseele indicate în figurile CD.33C şi D sunt specifice zidăriilor cu mortare slabe în raport cu elementele iar ruperea din figurile CD.33B şi E sunt specifice zidăriilor în care elementele şi mortarul au rezistenţe apropiate.

Pereţii care sunt rezemaţi numai la partea inferioară şi la cea superioară şi sunt liberi pe cele două laturi verticale se deformează în plan vertical după o suprafaţă cilindrică. Încovoierea în plan vertical sub acţiunea forţelor perpendiculare pe plan produce momente încovoietoare care dau naştere la eforturi unitare de întindere/compresiune perpendicular pe rosturile de aşezare. În acest caz, comportarea pereţilor este liniar elastică până în momentul depăşirii rezistenţei unitare la întindere a mortarului sau a rezistenţei de aderenţă a acestuia la elementele pentru zidărie, când, de regulă, deformaţiile cresc brusc (rupere fragilă);

Valoarea de proiectare acestor momente, pentru unitatea de lungime a peretelui, este cea mai mare dintre valorile momentelor încovoietoare calculate folosind teoria grinzilor drepte cu considerarea condiţiilor de reazem respective:

• reazeme simple la ambele extremităţi→ moment maxim la jumătatea înălţimii etajului

8

hfM

2w

w ==== (CD.11a)

• reazeme cu continuitate totală la ambele extremităţi→ moment maxim în sectiunile de la nivelul planşeelor

12

hfM

2w

w ==== (CD.11b)

Page 35: Cladiri Zidarie Comentarii

35

• reazem cu continuitate totală la una din extremităţi şi reazem simplu la cealaltă extremitate → moment maxim în secţiunea cu continuitate

8

hfM

2w

w ==== (CD.11c)

Tot o deformată cilindrică se realizează dacă peretele este rezemat numai lateral. Această situaţie poate întâlnită în cazul unui perete care nu este fixat la partea superioară iar la partea inferioară este rezemat pe un strat de rupere a capilarităţii (situaţia este foarte rar întâlnită la proiectarea clădirilor curente).

Examinarea modului de rupere în acest caz are însă o valoare metodologică deoarece încovoierea cu plan vertical de rupere reprezintă o componentă a comportării reale a pereţilor rezemaţi pe toate cele patru laturi.

În cazul pereţilor rezemaţi pe trei sau pe patru laturi, forma deformată este o suprafaţă cu dublă curbură (se produce încovoiere atât în plan vertical cât şi în plan orizontal). În această situaţie calculul momentelor încovoietoare prezintă dificultăţi care provin din două surse principale:

• anizotropia zidăriei face ca rezistenţa şi rigiditatea peretelui să fie diferite pe cele două direcţii ortogonale (paralel cu rosturile de aşezare şi perpendicular pe acestea);

• modelarea condiţiilor de margine.

Din cauza anizotropie zidăriei, reprezentarea mai exactă a comportării la încovoiere perpendicular pe plan, implică folosirea unui model mai complex.

Astfel reprezentarea comportării bidirecţionale se poate face prin

• momentele principale şi unghiul θ al axelor principale cu axele peretelui;

• cele trei componente ale momentului (Mxx,Myy,Mxy)

În cazul pereţilor rezemaţi pe trei sau patru laturi, conform standardului SR EN 1996-1-1 momentele de calcul date de încărcarea laterală WEd se determină astfel:

• dacă planul de rupere este paralel cu rosturile de aşezare, adică în direcţia fxk1 momentul încovoietor pe unitatea de lungime:

2wEd1Ed1 lWM α= (CD.12a)

• dacă planul de rupere este perpendicular pe rosturile de aşezare, adică în direcţia fxk2 momentul încovoietor pe unitatea de înălţime:

2wEd2Ed2 lWM α= (CD.12b)

în care:

• α1 şi α2 sunt coeficienţi care ţin seama de

- anizotropia zidăriei (raportul rezistenţelor pe cele două direcţii µ = fxd1/fxd2 ≡ fxk1/fxk2);

- condiţiile de fixare pe laturile peretelui;

- raportul între înălţimea şi lungimea peretelui;

• lw este lungimea peretelui între reazeme;

Page 36: Cladiri Zidarie Comentarii

36

• WEd este încărcarea laterală de proiectare pe unitatea de suprafaţă; în cazul încărcării din cutremur avem WEd ≡ fa,E

În anexa E (informativă) a SR EN 1996-1-1 sunt daţi coeficienţii α1 şi α2 în funcţie de raportul între rezistenţele de proiectare µ = fxd1/fxd2.

Se precizează faptul că utilizarea acestor coeficienţi este pemisă numai pentru:

• pereţi cu grosimea ≤ 250 mm;

• pereţi din zidărie cu mortar de utilizare generală (G) cu toate verticale umplute.

Fig.CD.34 Coeficienţi α pentru calculul momentelor încovoietoare la pereţi încărcaţi perpendicular pe planul median

Aceste valori s-au determinat folosind metoda "liniilor de rupere" (a se vedea comentariul C8 în continuare)

În cazul pereţilor nestructurali, condiţiile de margine pot fi:

• Încastrate: perete nestructural legat prin ţesere cu un perete structural cu grosime cel puţin dublă

• Cu continuitate: perete nestructural intersectat de un alt perete perpendicular • Cu simplă rezemare: în această situaţie se află marginea inferioară a peretelui

(rezemată pe planseul inferior) şi marginea superioară (fixată de planşeul superior); de asemenea marginile verticale ale panourilor de zidărie de umplutură alăturate stâlpilor / pereţilor de beton

• Laturi libere: marginea superioară a pereţilor parţial dezvoltaţi pe înălţime şi marginile laterale lângă goluri (chiar dacă golul nu se dezvoltă pe toată înălţimea panoului).

(C2) Modelele de calcul pentru identificarea efectelor acţiunii seismice perpendiculare pe planul peretelui se stabilesc, pentru fiecare mecanism de avariere al panoului de perete, în primul rând funcţie de caracteristicile constructive ale peretelui şi în particular în funcţie de legarea panourilor pe marginile verticale:

1. Existenţa sau lipsa pereţilor perpendiculari, la ambele extremităţi sau la o singură extremitate. 2. Geometria peretelui: raportul între lungime (distanţa între pereţii perpendiculari "l" ) şi înălţime (distanţa între planşee "h").

Page 37: Cladiri Zidarie Comentarii

37

(a) (b)

Fig.CD.35 Condiţii de fixare pentru pereţi nestructurali (a) Perete rezemat pe amble laturi verticale

(b) Perete rezemat pe o latură verticală şi liber pe cea de a doua

Pereţii care nu sunt fixaţi la partea superioară , de exemplu cei de la grupurile sanitare sau de la coridoarele cu supra lumină prezintă riscul cel mai ridicat de răsturnare.

Fig.CD.36. Perete liber la partea superioară

(C3) Verificarea prin calcul a stabilităţii şi rezistenţei pereţilor la acţiunea seismică perpendiculară pe plan este stabilită de diferite reglementări tehnice în funcţie de:

• poziţia panoului pe înălţimea clădirii;

• modul de fixare a panoului de structura principală a clădirii

• nivelul acceleraţiei seismice de proiectare la amplasament

Totodată, în funcţie de concepţia fundamentală de "performanţă seismică" stabilită de fiecare reglementare, răspunsul seismic al pereţilor la acţiunea perpendiculară pe plan se diferenţiază în funcţie de:

• categoria de importanţă şi de expunere a clădirii sau a zonei din clădire în care se află perete;

• comportarea cerută pentru cutremurul "moderat" (SLS) sau pentru cutremurul "sever" (SLU) :

- nefisurat

- fisurat dar reparabil (necesită/nu necesită înlocuirea)

- fisurat/crăpat dar stabil în poziţia din proiect

(C5) Mecanismele de răsturnare sub acţiunea seismică perpendiculară pe planul peretelui depind în primul rând de:

• alcătuirea peretelui/zonele slăbite de goluri (materiale, zvelteţe, dimensiunea golurilor) • prezenţa unor solicitări neseismice (împingeri date de bolţi, şarpante, alte elemente similare) • modul de fixare la nivelul planşeelor sau de alţi pereţi structurali

Page 38: Cladiri Zidarie Comentarii

38

(a) (b)

Fig.CD.37.Ruperea pereţilor în funcţie de modul de prindere (a) Prindere numai la bază (b) Prindere la ambele extermităţi

(C7) Pentru starea limită ultimă (ULS), momentul capabil al secţiunii transversale a peretelui la rupere din compresiune excentrică perpendiculară pe plan se poate calcula acceptând diagrama de eforturi de compresiune dreptunghiulară, cu valoarea de proiectare egală cu 0.85 fd (neglijând rezistenţa la întindere a zidăriei). Această situaţie de echilibru implică acceptarea unei stări avansate de fisurare a peretelui. În cazul zidăriilor cu elemente din argilă arsă cu pereţi subţiri (grupa 2S) această ipoteză nu mai este integral aplicabilă (în zonele marcate cu roşu din fig.CD.36 este posibil ca lăţimea zonei comprimate (0.1t) să fie superioară grosimii peretelui exterior al elementului pentru zidărie!)

Figura CD.38. Starea limită ultimă pentru un perete solicitat perpendicular pe plan

(C8) Pentru evaluarea capacităţii unui perete la acţiunea seismică perpendiculară pe plan în starea limită ultimă (ULS), se poate lua în considerare formarea liniilor de rupere pe trasee compatibile cu geometria şi condiţiile de fixare pe contur ale peretelui.

Figura CD.39 Linii de rupere pentru pereţi solicitaţi normal pe plan

Coeficientul momentului încovoietor α2 se obţine din relaţia

++++−−−−====

βλββλα

2

22

2 1

5.1

6 (CD.13)

în care, coeficientul β defineşte poziţiile liniilor de rupere (figura CD.37)

Page 39: Cladiri Zidarie Comentarii

39

2

2 115.1

λλβ −−−−++++==== (CD.14)

În cazul zidăriei, metoda "fâşiilor" (folosită pentru plăcile din beton armat) poate fi particularizată pentru a ţine seama de ortotropia zidăriei, folosind valori diferite ale rigidităţii zidăriei pentru fâşiile verticale şi orizontale.

ph + pv = p

4wvv,z

4hh,z

4hh,z

h lIEhIE

hIpEp

++++====

4wvv,z

4hh,z

4wvv,z

v lIEhIE

lIpEp

++++====

Fig.CD.40. Metoda fâşiilor pentru pereţi din zidărie încărcaţi normal pe plan Încărcările pe cele două categorii de fâşii se pot determina, egalând săgeţile în centrul peretelui, din relaţiile din figura CD.38 unde

• Ez,h şi Ez,v sunt modulii de elasticitate ai zidăriei pe orizontală şi respectiv pe verticală;

• Ih şi Iv momentele de inerţie ale zidăriei pe orizontală şi, respectiv pe verticală

• lw şi h , lungimea şi respectiv înălţimea peretelui.

Pentru proiectarea pereţilor cu forme neregulate sau a celor cu goluri se poate folosi un calcul bazat pe o metodă recunoscută de determinare a momentelor încovoietoare în plăcile plane, de exemplu, metoda elementului finit, sau analogia liniilor de rupere, ţinând seama, după caz, de anizotropia zidăriei. Pentru aplicarea metodei liniilor de rupere ţinând seama de anizotropia zidăriei în standardul SR EN 1996-1-1 nu sunt date nici un fel de indicaţii.