Reabilitarea monumentelor istorice cu materiale compozite SIKA „Viitorul unei lumi se construieşte, nu se visează.” Nicolae Iorga
Dacă 2011 a fost anul în care Compania Multina ională SIKA cu sediul central în Elve ia a aniversat un secol de la înfiin are, 2012 este un an jubiliar pentru subsidiara sa Sika România S.R.L., care împlineşte 10 ani de existen ă activă pe pia a autohtonă a materialelor de construc ii. Prin promovarea unor solu ii, sisteme şi produse de top, Sika România S.R.L. s-a implicat în multe proiecte de anvergură deosebită, mare parte dintre ele de importan ă na ională, câştigând astfel notorietate şi recunoaştere. Pe plan na ional, este binecunoscută necesitatea consolidării structurilor, atât a celor vechi afectate de ultimele cutremure majore (04 Martie 1977, 30 August 1986 şi 30 Mai 1990), dar şi a celor noi care prezintă diverse riscuri în eventualitatea înregistrării unui posibil viitor seism major. Din acest motiv, s-au dezvoltat teorii care detaliază tipurile de interven ii ante-seism, distinct fa ă de lucrările specifice consolidărilor post-seism. Necesitatea up-gradării seismice a structurilor vechi decurge din reconsiderarea parametrilor de calcul dinamici recomanda i în versiunile recente ale normativelor de proiectare antiseismică şi din asimilarea euro-codurilor. Referitor la structurile noi, consolidările sunt necesare atunci când se constată defecte care se datorează unei execu ii defectuoase sau schimbării solicitărilor la care acestea sunt supuse. În egală măsură, se recurge la consolidări în situa iile în care armătura prevăzută este insuficientă sau este afectată de coroziune peste limita admisă, când se constată nerealizarea clasei betonului, la schimbarea destina iei structurii în ansamblul ei sau doar a anumitor spa ii, când se înregistrează săge i excesive şi când au loc degradări structurale după incendii sau chiar explozii. Folosite pentru prima dată în industria spa ială, apoi la fabricarea monoposturilor şi mai nou la crearea de instrumente muzicale, fibrele de carbon, dar şi cele de sticlă, definesc tehnologia viitorului în domeniul consolidării structurilor civile, în rândul cărora un loc aparte este ocupat de către clădirile monument. În ultimii ani, în România, adoptarea din ce în ce mai frecvent a solu iilor moderne de consolidări structurale bazate pe utilizarea materialelor compozite constand din fibre de carbon sau sticlă aplicate cu ajutorul adezivilor epoxidici, dovedeşte viabilitatea acestui sistem, ca alternativă performantă la metodele clasice bazate pe cămăşuieli cu beton armat sau o el. Deschiderea spre nou şi receptivitatea mediului tehnic românesc – ingineri proiectan i de structuri, verificatori de proiecte, exper i tehnici şi cadre universitare – au stimulat diversificarea aplicabilită ii tehnologiilor care folosesc materialele compozite. Este demnă de salutat preocuparea unui număr tot mai mare de structurişti pentru includerea în proiecte a acelor materiale care satisfac cel mai bine cerin ele impuse de condi iile reale de exploatare sau execu ie şi de starea, folosin a sau caracterul unei structuri, de care se ine seama în momentul analizării posibilită ilor de consolidare a acesteia. Pe scurt, sistemul de consolidări structurale cu materiale compozite este un: - sistem neinvaziv, care dă posibilitatea păstrării arhitecturii ini iale; - sistem versatil, care se poate adapta în fuc ie de necesită i şi care permite proiectantului să îşi pună din plin amprenta personalită ii şi experien ei sale asupra lucrării, datorită diversită ii tipo-dimensionale (pânze, lamele, carbon sau sticlă) care permite alegerea tipului adecvat pentru fiecare situa ie întâlnită în parte; - sistem care poate fi particularizat pe fiecare tip de structură – beton-armat, zidărie de cărămidă, piatră, blocuri, metal, lemn sau variante de structuri mixte; - sistem care contribuie la refacerea sau sporirea capacită ii portante a elementelor structurale, fiind folosit pentru consolidări la încovoiere şi la for ă tăietoare în cazul grinzilor, planşeelor şi pere ilor portan i, dar şi pentru confinarea stâlpilor de sec iune circulară sau rectangulară; - sistem care permite nesuplimentarea semnificativă a greută ii proprii a structurii, datorită greută ii reduse a materialelor utilizate; - sistem care constă din aplicarea unor straturi de compozite sub iri, de ordinul a câtorva milimetri, care nu afectează spa iile utile prevăzute în planurile de arhitectură. În plus, sistemul de consolidari structurale cu fibre de carbon sau sticlă are şi alte avantaje, cum ar fi: - posibilitatea de mascare a zonelor consolidate, cu tencuieli clasice pe baza de mortar, vopsitorii, rigips sau alte placări false; - punerea în operă deosebit de facilă şi de rapidă, care implică o durată de execu ie extrem de redusă şi care nu necesită o zonă tehnologică amplă; - aplicarea printr-o tehnologie curată, fără dotări costisitoare, cu deranj minim şi costuri reduse. Complexitatea lucrărilor de consolidare a monumentelor istorice sau arhitecturale necesită fără îndoială o evaluare amănun ită a solu iilor posibile, urmărind ca structura să nu sufere modificări estetice. În acelaşi timp, alegerea de către proiectan ii de structuri a solu iilor corecte bazate pe utilizarea materialelor compozite trebuie să ină seama de posibilită ile reale de execu ie. Pornind de la aceste considerente, pentru stabilirea unor solu ii optime de consolidare, structuriştii trebuie să aibă permanent în vedere următoarele aspecte: - cazuistica care justifică necesitatea lucrărilor de consolidare a structurii respective; - materialele adecvate pentru execu ia consolidării, pornind de la natura materialelor folosite ini ial; - ponderea utilizării compozitelor în lucrările de consolidare, ca alternativă la materialele conven ionale; - tipurile de compozite (alcătuire şi dispunere în func ie de scopul propus); - principalii parametri care definesc materialele compozite şi determinarea cantită ii necesare de fibre; - metodele şi posibilită ile de aplicare ale acestora în lucrările de consolidare.
Reabilitarea clădirilor vechi reprezintă o provocare complexă din toate punctele de vedere pentru inginerii structurişti. Pentru a satisface cât mai multe obiective cu care aceştia se confruntă în abordarea ® ® proiectelor de consolidări, Sika a perfec ionat sistemul de consolidări structurale Sika CarboDur – ® SikaWrap , bazat pe utilizarea compozitelor pentru consolidarea elementelor constructive din beton simplu sau armat, din zidărie de cărămidă, metalice sau din lemn. ® ® ® În cadrul sistemului Sika CarboDur – SikaWrap , din punct de vedere al tipo-dimensiunilor disponibile, proiectan ii de structuri au la dispozi ie o largă varietate de produse, printre care deja consacratele: ® - SikaWrap 230C – pânze unidirec ionale din fibre de carbon, cu modul de elasticitate de minim 2 2 234.000 N/mm şi rezisten a minimă de rupere la trac iune de 4.300 N/mm , cu lă imi de 300 şi 600 mm, care se pot tăia în lungul fibrelor la lă imea dorită şi care se aplică folosind ca adeziv şi totodată răşină de impregnare ® (laminare) produsul epoxidic Sikadur 330; ® ® - Sika CarboDur tip S, M sau H – lamele din fibre de carbon trase într-o matrice polimerică, cu 2 aspect de platbandă, cu moduli de elasticitate medii incepând de la 165.000 N/mm şi rezisten ă medie de 2 rupere la trac iune începând de la 3.100 N/mm , cu lă imi cuprinse între 15 şi 150 mm şi care se aplică folosind ® ca adeziv structural răşina epoxidică Sikadur 30; ® ® - Sika CarboShear L – lamele cu două bra e de lungimi diferite şi unghi de 90° între ele, trase în 2 polimer, cu modul de elasticitate de minim 95.000 N/mm şi rezisten a minimă de rupere la trac iune de 2 ® 1.350 N/mm , cu lă imi de 40 mm, aplicabile cu adeziv epoxidic Sikadur 30; ® - SikaWrap 430G – pânze unidirec ionale din fibre de sticlă, cu modul de elasticitate de minim 2 2 76.000 N/mm şi rezisten a minimă de rupere la trac iune de 3.400 N/mm , cu lă ime de 600 mm, care se pot ® tăia în lungul fibrelor la lă imea dorită, care se aplică şi se laminează cu răşina epoxidică Sikadur 330. ® Mai recent promovat pe pia a românească de profil, sistemul SikaGrid se bucură de un real interes din partea proiectan ilor care au în acest moment în aten ie elaborarea proiectelor de consolidări ale unor edificii ® monument, în care ponderea zidăriilor ocupă un loc important în ansablul lucrărilor. Sistemul SikaGrid constă ® dintr-o plasă din fibre de sticlă cu ochiuri SikaWrap 350G Grid, utilizată pentru armarea pere ilor din zidărie, prin înglobarea sa într-o matrice cimentoasa, realizată din două straturi sub iri de mortar cu con inut de fibre ® ® sintetice, Sika MonoTop 722 Mur. ® SikaWrap 350G Grid este o plasă de armare bidirec ională, cu o re ea simetrică din fibre de sticlă, cu protec ie rezistentă la alcali, care aşa cum arătam anterior se foloseşte pentru armarea tencuielilor de mortar ® ® Sika MonoTop 222 Mur. Sistemul este utilizat îndeosebi pentru: - armarea pere ilor portan i sau de umplutură, realiza i din zidărie de cărămidă, BCA sau piatră; - racordarea pere ilor din zidărie cu pere ii adiacen i sau cu celelalte elemente structurale vecine realizate din beton armat; - creşterea rezisten ei pere ilor din zidărie la pierderea planeită ii datorată ac iunii undelor seismice orizontale; - creşterea rezisten ei în plan şi sporirea ductilită ii, pentru pere ii din zidărie supuşi ac iunii undelor seismice orizontale; - repararea pere ilor de zidărie care prezintă crăpături. ® Plasa SikaWrap 350G Grid are rezisten ă mare la întindere pe ambele direc ii (77 kN/m), nu corodează şi este avantajoasă din punct de vedere economic. Cele mai noi produse Sika destinate lucrărilor de consolidări structurale sunt barele pultruzionate din fibre de carbon, de sec iune circulară cu diametre cuprinse între 6-12 mm, utilizate la consolidarea elementelor ® ® din beton, lemn sau zidărie – Sika CarboDur BC Rods. Acestea se introduc în şli uri tăiate pe suprafa a ® betonului, în straturile de acoperire de deasupra armăturilor existente şi se fixează cu adeziv epoxidic Sikadur ® ® ® + ® ® 30, Sikadur 330 sau Sika Anchorfix 3 , după caz. În plus, barele Sika CarboDur BC Rods se pot folosi ® pentru ancorarea sau conectarea pânzelor din fibre de carbon SikaWrap atunci când se doreşte o suplimentare a măsurilor de siguran ă la aplicarea acestora pe substraturi din beton sau din zidărie. ® ® Barele Sika CarboDur BC Rods pot fi utilizate pentru refacerea, îmbunătă irea sau sporirea performan elor şi a rezisten elor structurii prin: - consolidarea la încovoiere a elementelor structurale pentru momente pozitive sau negative; - consolidarea stâlpilor la încovoiere sub ac iunea încărcărilor axiale; - consolidarea la for ă tăietoare a grinzilor; - consolidarea pere ilor din zidărie. - sporirea capacită ii portante a planşeelor şi grinzilor; - limitarea vibra iilor structurii. Ca şi în cazul celorlalte tipuri de fibre, aplicarea barelor Sika® CarboDur® BC Rods este posibilă când: - cresc solicitările la nivelul superior ca urmare a schimbării destina iei; - se constată degradări ale elementelor structurale (degradări ale materialelor de construc ie existente, armături corodate) sau deteriorări provocate de lovituri datorate impactului cu corpuri dure, seism sau foc; - se doreşte creşterea duratei de exploatare sau a durabilită ii structurii în general prin reducerea săge ilor şi limitarea fisurării sau reducerea eforturilor din barele de armătură existente şi îmbunătă irea rezisten ei de rupere la oboseala; - apar modificări structurale (renun ări la pere i şi/sau stâlpi sau tăieri de goluri în planşee şi pere i); - se doreşte sporirea rezisten ei la seism sau există risc de explozie; - este necesară remedierea unor defecte de proiectare sau de execu ie (armare insuficientă sau elemente structurale sudimensionate); - este necesară combinarea cu alte produse destinate consolidărilor structurale cum ar fi lamelele Sika® CarboDur® sau pânzele SikaWrap®, pentru realizarea conectărilor sau a ancorajelor.
Avand la dispozi ie toate produsele compozite pentru consolidări trecute în revistă anterior şi beneficiind de întreaga consiliere necesară din partea specialiştilor din cardul Departamentului Tehnic al Sika România S.R.L., proiectan ii de structuri pot alege cu uşurintă solu iile adecvate de consolidare, în func ie de necesită i, dacă construc ia respectivă nu prezintă degradări, dacă este afectată de degradări uşoare sau grave din punct de vedere structural sau dacă prezintă avarii majore. Fiind în egală măsură alături de proiectan i, dar şi de constructori în şantier, acordându-le acestora întregul suport tehnic necesar, în cei 10 ani de existen ă în România, prezen a Sika s-a materializat prin implicarea sa masivă la realizarea lucrărilor de consolidare a unor obiective deosebite, cu caracter de monument istoric sau de interes na ional. Dintre acestea, amintim doar câteva lucrări unde au fost aplicate cantită i importante de fibre de carbon ® ® ® sub formă de lamele Sika CarboDur şi/sau pânze SikaWrap : - Clădirea Victor Slavescu din Calea Grivi ei 2-2A - Monument istoric construit în perioada 1905-1908 apar inând Academiei de Studii Economice, Bucureşti - Consolidarea pere ilor din zidărie de cărămidă cu pânze şi lamele, confinarea stâlpilor de beton armat cu pânze, centuri exterioare din lamele la fiecare nivel, ® ® consolidarea şi ancorarea scărilor de urgen ă cu piese preformate Sika CarboShear L, refacerea tencuielilor ® ® cu mortare cu rezisten e mecanice superioare din gama Sika MonoTop , umplerea crăpăturilor din pere ii de ® zidărie cu mortar turnabil de granula ie fină SikaGrout 311. Solu ia adoptată pentru consolidarea clădirii are un caracter de unicat şi se bazează pe principul izolării seismice a bazei, prin modificarea (mărirea) perioadei proprii de vibra ie a structurii, astfel încât aceasta să fie plasată în afara zonei de amplitudine maximă a spectrului de răspuns pentru amplasmentul existent.
Imobil A.S.E., Grivi ei 2-2A
A.S.E., Consolidare pere i
- Biserica Mănăstirii Golia, Iaşi – Monument istoric ctitorit de logofătul Ioan Golia în secolul al XVI-lea şi refăcut la dimensiunile de astăzi de către Vasile Lupu şi fiul său Ştefăni ă în perioada 1650-1660 - Consolidarea turlelor, cu lamele aplicate la exterior, pozate vertical şi centuri la partea superioară, realizate din pânză; tencuiala suport pentru aplicarea fibrelor s-a realizat cu mortare cimentoasă armate cu fibre sintetice din gama ® ® Sika MonoTop .
Biserica Golia, Consolidare pe verticală Turlă Pridvor
Biserica Golia, Centură Turlă Pridvor
- Biserica Banu, Iaşi – Monument istoric construit în forma actuală de către mitropolitul Iacob Stamati pe locul unei biserici din lemn ridicată în 1709 de boierul Savin Banul - Consolidarea la for ă tăietoare a arcelor interioare, realizată cu pânze dispuse transversal şi consolidarea la încovoiere cu lamele pozate urmărind curbura arcelor. Suprafa a suport din zidărie de cărămidă a fost recondi ionată prin aplicarea tencuielilor de ® ® rezisten ă cu produse din gama Sika MonoTop .
Biserica Banu, Vedere frontală
Biserica Banu, Consolidare arce
- Hotel Palace, Govora – Monument istoric şi arhitectural construit între anii 1911-1914 şi proiectat de arhitectul francez Ernest Doneaud, având ca model un hotel din sta iunea elve iană Ioachimstall – Consolidarea la ambele fe e a pere ilor din zidărie de cărămidă, cu făşii verticale de panză din fibre de carbon de 10 cm lă ime, cu diagonale din 50 în 50 cm pe verticală şi interconectare la fiecare intersec ie de fibre cu mănunchiuri de fibre (conectori) rulate şi impregnate cu răşină epoxidică, pozate în gauri de diametru 20 mm care traversează sec iunile pere ilor, injectate ulterior cu acelaşi tip de răşină. Recondi ionarea stratului suport din ® ® zidărie s-a realizat cu tencuiala cimentoasă Sika MonoTop .
Hotel Palace, Vedere spate
Hotel Palace, Consolidare pere i
- Parchetul Dolj, Craiova - Structură din zidărie de cărămidă a căror arce au fost consolidate la for ă tăietoare cu pânze din fibre de carbon dispuse transversal, pe suportul recondi ionat în prealabil cu tencuială ® ® cimentoasă de rezisten ă executată cu produse Sika MonoTop .
Parchetul Dolj, Vedere detaliu arcade
Parchetul Dolj, Consolidare la for ă tăietoare
®
Pe lângă utilizarea la structurile detaliate anterior, fibrele de carbon Sika au fost aplicate recent şi la alte obiective de importan ă deosebită, printre care: - Palatul Victoria, Bucureşti (sediul Guvernului României) - consolidare pere i şi planşee; - Teatrul Na ional, Bucureşti - consolidare grinzi spa ii tehnice şi acoperiş; - Muzeul Na ional de Artă al României, Bucureşti - consolidare grinzi sus inere acoperiş şi pod tehnic; - Catedrala Mitropolitană, Iaşi - consolidare pere i din zidărie de cărămidă; - Biserica Armenească, Iaşi - consolidare scări; - Palatul Prefecturii, Lugoj - consolidare grinzi și centuri perimetrale; - Filarmonica, Arad - consolidare grinzi metalice şi diagonale. Indiferent de amploarea lucrărilor necesare, pe lângă gama de produse destinate consolidărilor structurale, Sika oferă solu ii complete pentru toate tipurile de probleme întâlnite la structurile vechi: ® ® - produse pentru ancorări – gama Sika Anchorfix ; ® - produse pentru lipiri structurale – gama Sikadur ; - produse pentru repararea defectelor de suprafa ă ale betoanelor sau pentru realizarea unor tencuieli ® ® cimentoase de rezisten ă aplicate pe zidării – gama Sika MonoTop ; - produse pentru subturnări, pentru repararea defectelor de profunzime ale betoanelor şi pentru ® umplerea crăpăturilor existente în zidării – gama SikaGrout ; - produse pentru impregnarea hidrofobă sau pentru protec ia substraturilor cimentoase – gama ® Sikagard ; ® ® - aditivi pentru betoane – gama Sika ViscoCrete ; ® ® - produse pentru stoparea infiltra iilor din subsoluri prin injectări – SikaLatex sau gama Sika ® Injection ; - produse pentru asanarea umidită ii din subsoluri – tencuieli impermeabile realizate cu mortare ® ® cimentoase hidrofobizate cu Sika 1 sau gama SikaMur .
Consultant Tehnic SIKA România S.R.L. Dipl. Ing. Teodor-Ştefan TEODORESCU