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 Multinat
ională SIKA cu sediul central în Elvetia a aniversat un secol de la înfiintare, 2012 este un an jubiliar pentru subsidiara sa Sika România S.R.L., care împlineşte 10 ani de existentă activă pe piata autohtonă a materialelor de constructii. Prin promovarea unor solutii, sisteme şi produse de top, Sika România S.R.L. s-a implicat în multe proiecte de anvergură deosebită, mare parte dintre ele de importantă natională, câştigând astfel notorietate şi recunoaştere.

 

Pe plan national, 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 interventii ante-seism, distinct fată de lucrările specifice consolidărilor post-seism. Necesitatea up-gradării seismice a structurilor vechi decurge din reconsiderarea parametrilor de calcul dinamici recomandati 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 executii defectuoase sau schimbării solicitărilor la care acestea sunt supuse. În egală măsură, se recurge la consolidări în situatiile în care armătura prevăzută este insuficientă sau este afectată de coroziune peste limita admisă, când se constată nerealizarea clasei betonului, la schimbarea destinatiei structurii în ansamblul ei sau doar a anumitor spatii, când se înregistrează săgeti excesive şi când au loc degradări structurale după incendii sau chiar explozii. Folosite pentru prima dată în industria spatială, 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 solutiilor 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 otel.

 

Deschiderea spre nou şi receptivitatea mediului tehnic românesc – ingineri proiectanti de structuri, verificatori de proiecte, experti tehnici şi cadre universitare – au stimulat diversificarea aplicabilităii 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 cerintele impuse de condiiile reale de exploatare sau executie şi de starea, folosinta sau caracterul unei structuri, de care se tine seama în momentul analizării posibilitătilor de consolidare a acesteia.

 

Pe scurt, sistemul de consolidări structurale cu materiale compozite este un:

- sistem neinvaziv, care dă posibilitatea păstrării arhitecturii initiale;

- sistem versatil, care se poate adapta în functie de necesităti şi care permite proiectantului să îşi pună din plin amprenta personalitătii şi experientei sale asupra lucrării, datorită diversitătii tipo-dimensionale (pânze, lamele, carbon sau sticlă) care permite alegerea tipului adecvat pentru fiecare situatie 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 capacitătii portante a elementelor structurale, fiind folosit pentru consolidări la încovoiere şi la fortă tăietoare în cazul grinzilor, planşeelor şi peretilor portanti, dar şi pentru confinarea stâlpilor de sectiune circulară sau rectangulară;

- sistem care permite nesuplimentarea semnificativă a greutătii proprii a structurii, datorită greutătii reduse a materialelor utilizate;

- sistem care constă din aplicarea unor straturi de compozite subtiri, de ordinul a câtorva milimetri, care nu afectează spatiile 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 execuie 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 amănuntită a solutiilor posibile, urmărind ca structura să nu sufere modificări estetice. În acelaşi timp, alegerea de către proiectantii de structuri a solutiilor corecte bazate pe utilizarea materialelor compozite trebuie să tină seama de posibilităile reale de executie.

Pornind de la aceste considerente, pentru stabilirea unor soluii 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 executia consolidării, pornind de la natura materialelor folosite initial;

- ponderea utilizării compozitelor în lucrările de consolidare, ca alternativă la materialele conventionale;

- tipurile de compozite (alcătuire şi dispunere în functie de scopul propus);

- principalii parametri care definesc materialele compozite şi determinarea cantitătii necesare de fibre;

- metodele şi posibilitătile 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 perfectionat 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.

 

In cadrul sistemului SikaCarboDur - SikaWrap®, din punct de vedere al tipo-dimensiunilor disponibile, proiectantii de structuri au la dispozitie o largă varietate de produse, printre care deja consacratele:

- SikaWrap® 230C – pânze unidirectionale din fibre de carbon, cu modul de elasticitate de minim 234.000 N/mm2 şi rezistenta minimă de rupere la tractiune de 4.300 N/mm2, cu lătimi de 300 şi 600 mm, care se pot tăia în lungul fibrelor la lătimea 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 aspect de platbandă, cu moduli de elasticitate medii incepând de la 165.000 N/mm2 şi rezistentă medie de rupere la tractiune începând de la 3.100 N/mm2, cu lătimi cuprinse între 15 şi 150 mm şi care se aplică folosind ca adeziv structural răşina epoxidică Sikadur® 30;

- Sika® CarboShear® L – lamele cu două brate de lungimi diferite şi unghi de 90° între ele, trase în polimer, cu modul de elasticitate de minim 95.000 N/mm2 şi rezistenta minimă de rupere la tractiune de 1.350 N/mm2, cu lătimi de 40 mm, aplicabile cu adeziv epoxidic Sikadur® 30;

- SikaWrap® 430G – pânze unidirectionale din fibre de sticlă, cu modul de elasticitate de minim 76.000 N/mm2 şi rezistenta minimă de rupere la tractiune de 3.400 N/mm2, cu lătime de 600 mm, care se pot tăia în lungul fibrelor la lătimea dorită, care se aplică şi se laminează cu răşina epoxidică Sikadur® 330.

 

Mai recent promovat pe piata românească de profil, sistemul SikaGrid® se bucură de un real interes din partea proiectantilor care au în acest moment în atentie elaborarea proiectelor de consolidări ale unor edificii monument, în care ponderea zidăriilor ocupă un loc important în ansamblul lucrărilor. Sistemul SikaGrid® constă dintr-o plasă din fibre de sticlă cu ochiuri SikaWrap® 350G Grid, utilizată pentru armarea peretilor din zidărie, prin înglobarea sa într-o matrice cimentoasa, realizată din două straturi subtiri de mortar cu continut de fibre sintetice, Sika® MonoTop® 722 Mur.

SikaWrap® 350G Grid este o plasă de armare bidirectională, cu o retea simetrică din fibre de sticlă, cu protectie 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 peretilor portanti sau de umplutură, realizati din zidărie de cărămidă, BCA sau piatră;

- racordarea peretilor din zidărie cu peretii adiacenti sau cu celelalte elemente structurale vecine realizate din beton armat;

- creşterea rezistentei peretilor din zidărie la pierderea planeitătii datorată actiunii undelor seismice orizontale;

- creşterea rezistentei în plan şi sporirea ductilitătii, pentru peretii din zidărie supuşi actiunii undelor seismice orizontale;

- repararea peretilor de zidărie care prezintă crăpături.

Plasa SikaWrap® 350G Grid are rezistentă mare la întindere pe ambele directii (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 sectiune 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 şlituri tăiate pe suprafata 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 sigurantă la aplicarea acestora pe substraturi din beton sau din zidărie.

Barele Sika® CarboDur® BC Rods pot fi utilizate pentru refacerea, îmbunătătirea sau sporirea performantelor şi a rezistentelor structurii prin:

- consolidarea la încovoiere a elementelor structurale pentru momente pozitive sau negative;

- consolidarea stâlpilor la încovoiere sub actiunea încărcărilor axiale;

- consolidarea la fortă tăietoare a grinzilor;

- consolidarea peretilor din zidărie.

- sporirea capacitătii portante a planşeelor şi grinzilor;

- limitarea vibratiilor 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 destinatiei;

- se constată degradări ale elementelor structurale (degradări ale materialelor de constructie existente, armături corodate) sau deteriorări provocate de lovituri datorate impactului cu corpuri dure, seism sau foc;

- se doreşte creşterea duratei de exploatare sau a durabilitătii structurii în general prin reducerea săgetilor şi limitarea fisurării sau reducerea eforturilor din barele de armătură existente şi îmbunătătirea rezistentei de rupere la oboseala;

- apar modificări structurale (renuntări la pereti şi/sau stâlpi sau tăieri de goluri în planşee şi pereti);

- se doreşte sporirea rezistentei la seism sau există risc de explozie;

- este necesară remedierea unor defecte de proiectare sau de execuie (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 dispozitie toate produsele compozite pentru consolidări trecute în revistă anterior şi beneficiind de întreaga consiliere necesară din partea specialiştilor din cardul Departamentului Tehnic al Sika RomâniaS.R.L., proiectantii de structuri pot alege cu uşurintă solutiile adecvate de consolidare, în functie de necesităti, dacă constructia 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 proiectanti, dar şi de constructori în şantier, acordându-le acestora întregul suport tehnic necesar, în cei 10 ani de existentă în România, prezenta 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 national.

Dintre acestea, amintim doar câteva lucrări unde au fost aplicate cantităti importante de fibre de carbon sub formă de lamele Sika® CarboDur® şi/sau pânze SikaWrap®:

 

- Clădirea Victor Slavescu din Calea Griviei 2-2A - Monument istoric construit în perioada 1905-1908 apartinând Academiei de Studii Economice, Bucureşti - Consolidarea peretilor 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 urgentă cu piese preformate Sika® CarboShear® L, refacerea tencuielilor cu mortare cu rezistente mecanice superioare din gama Sika® MonoTop®, umplerea crăpăturilor din peretii de zidărie cu mortar turnabil de granulatie fină SikaGrout® 311. Solutia adoptată pentru consolidarea clădirii are un caracter de unicat şi se bazează pe principiul izolării seismice a bazei, prin modificarea (mărirea) perioadei proprii de vibratie a structurii, astfel încât aceasta să fie plasată în afara zonei de amplitudine maximă a spectrului de răspuns pentru amplasmentul existent.

 

 

 

- 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 Ştefănită 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 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 fortă tăietoare a arcelor interioare, realizată cu pânze dispuse transversal şi consolidarea la încovoiere cu lamele pozate urmărind curbura arcelor. Suprafata suport din zidărie de cărămidă a fost reconditionată prin aplicarea tencuielilor de rezistentă cu produse din gama Sika® MonoTop®.

 

 

 

- 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 statiunea elvetiană Ioachimstall – Consolidarea la ambele fete a peretilor din zidărie de cărămidă, cu făşii verticale de panză din fibre de carbon de 10 cm lătime, cu diagonale din 50 în 50 cm pe verticală şi interconectare la fiecare intersectie de fibre cu mănunchiuri de fibre (conectori) rulate şi impregnate cu răşină epoxidică, pozate în gauri de diametru 20 mm care traversează sectiunile peretilor, injectate ulterior cu acelaşi tip.

 

 

 

- Parchetul Dolj, Craiova - Structură din zidărie de cărămidă a căror arce au fost consolidate la fortă tăietoare cu pânze din fibre de carbon dispuse transversal, pe suportul reconditionat în prealabil cu tencuială cimentoasă de rezistentă executată cu produse Sika® MonoTop®.

 

 

 

Pe lângă utilizarea la structurile detaliate anterior, fibrele de carbon Sika® au fost aplicate recent şi la alte obiective de importantă deosebită, printre care:

- Palatul Victoria, Bucureşti (sediul Guvernului României) - consolidare pereti şi planşee;

- Teatrul National, Bucureşti - consolidare grinzi spatii tehnice şi acoperiş;

- Muzeul National de Artă al României, Bucureşti - consolidare grinzi sustinere acoperiş şi pod tehnic;

- Catedrala Mitropolitană, Iaşi - consolidare pereti 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 solutii 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 suprafată ale betoanelor sau pentru realizarea unor tencuieli cimentoase de rezistentă 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 protectia substraturilor cimentoase – gama Sikagard®;

- aditivi pentru betoane – gama Sika® ViscoCrete®;

- produse pentru stoparea infiltratiilor din subsoluri prin injectări – SikaLatex® sau gama Sika®Injection®;

- produse pentru asanarea umiditătii 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