Transcript

Expertizarea i reabilitarea structurala a construciilorReabilitarea turnurilor i structurilor istorice din zidarie i piatrautiliznd materiale pe baza de ciment

Cuprins 1. Introducere............................................................................. pag.4 2. Comportarea structurilor istorice din zidrie ...........................pag.5 3. Strategii de reabilitarea a structurilor istorice din zidrie.........pag.8 4. Avantajele materialelor contemporane utilizate la rabilitare ..pag.9 5. Studiu de caz .........................................................................pag.11 5.1 Reabilitarea turnurilor (clopotni) .......................................pag.11 5.2 Reabilitarea pereilor din zidrie degradai. ........................pag.15 5.3 Reabilitarea turnurilor. ........................................................pag.17 5.4 Reabilitarea turnurilor cu structura acoperiului realizat din piatr......................................................................pag.23 6. Concluzie................................................................................pag.27 7. Bibliografie............................................................................pag.28

Fig.1 structura cu turnuri din zidrie

1.IntroducerePentru a menine i a asigura utilizarea continu a cldirilor istorice este necesar de a depite mai multe obstacole ce apar pe parcursul existentei acestor cladiri. Problemele frecvente ale acestor tip de cladiri sunt absorbia de ap i scurgerea acesteia pe exteriorul anvelopei cldirii, proces ce rezultnd n deteriorarea interior i exterioar a materialelor din care este construit structura. Pentru cldirile istorice din zidrie, scurgere de ap este un eveniment comun, precum i materiale degradate, pericolele care se ncadreaz n cderea de pe structur a elementelor extrem de deteriorate, i integritatea structural compromis.n aceste situaii, nevoia pentru reparaii este evident, dar materialele i metodele utilizate pentru a repara i a proteja cldirile istorice din zidrie npotriva deteriorrilor viitoare pot fi o surs major de dezacorduri n comunitile de conservare i reabilitarea a monumentelor istorice. Schimbarea fundamental a modului construciei a unei structuri a pereilor de zidarie este de obicei descurajat, chiar dac mbuntete performana pe termen lung i are un efect redus asupra esteticii de constructii. Acest articol va aborda cum se poate reabilita o cldire istoric de zidrie, procesele pentru efectuarea reparaiilor necesare, i meninere a esteticului istoric n timp ce se utilizarea materiale i detalii de construcie contemporane.

Fig.2 structura cu perei din zidrie

2. Comportarea structurilor istorice din zidrienainte de cladiri s fie construite cu structuri din oel i cadre de beton armat placate sau dublate cu un pereii din furnir (de obicei, zidrie), greutatea proprie a cldirii era susinut de pereii din zidrie a acesteia ct i pentru a susine sarcinile de la fiecare nivel. Grosimea peretelui era de obicei proporional cu nlimea cldirii, astfel cldirile mai nalte necesitau pereii mai groi pentru a sprijini sarcinile de gravitaie. Grosimia pereilor a variat de la 20,3cm la civa metri. Dei nu sunt proiectate special pentru ncrcrile laterale, portante pereti din zidarie reziste presiunilor vntului i aspiraiei prin conectarea mai multor rnduri de zidrie pentru a crea o seciune compozit. Aceste ziduri portante, de asemenea, funcioneaz ca anvelopa cldirii. Deoarece pereii din zidrie au n structura lor o prezen a porilor acetia acioneaz ca rezervoare, colectnd apa n interiorul elementelor de zidrie lor n timpul ploilor i eliberndu-o sub form de vapori n timpul cu vreme uscat. - Structurile din zidrie se bazeaza pe suprafaa i structura peretelui pentru a gestiona apa provenit din aciunea intemperiilor

Fig.4 comportarea pereilor din zidrie la aciunea apeiProbleme tipice ale structurilor din zidrie- parapeii din zidrie sunt expui la exterior pe ambele pari- elementele nenclzite deasupra linii acoperiului- prezena rosturilor dintre zidrie cu orientare spre cer (cazul cupolelor i elementelor de acoperi din zidrie)Implicaiile problemelor pe structurile din zidrie- deteriorarea materialelor structurii- crapaturile ce apar in urma ciclului de nghe - dezghe- reducerea capacitaii portante n urma pierderii stabilitaii lateriale

n Romnia ct i n alte ri, mai multe constructii istorice din zidrie au ca anvelopa a cldirii perei exteriori din zidrie care sunt fie autoportani masivi sau zidrie de tranziie. Zidria de tranziie combin un perete de zidarie cu un cadru de otel structural pentru suport, dar se comporta similar cu pereii din zidrie portant cu privire la sarcinile laterale i a comportarii anvelopei. Acest tip de construcie supune anvelopa de zidrie la o varietate de mecanisme de deteriorare. Umectare i uscare continu a pereilor din zidrie poate duce la eroziunea de mortar. Iar n cazul n care zidria rmne saturat i este expus la temperaturi de nghe, pot aprea distrgeri nghe-dezghe. Cicluri multiple de ngheare i dezgheare exacerbeaza deteriorarea mortarului, provocnd fisurarea n zidrie care n cele din urm poate compromite integritatea structural a zidriei, cele ulterioare rezultnd n o capacitate sczut pentru a limita infiltrarea apei la interior, creeaz poteniale pericole de cdere (precum piesele de zidrie i mortar se desprind de cldirea), i n cele din urm afecteaz capacitatea structural.Fig.5 comportarea pereilor din zidrie la aciunea forelor laterale provenite din aciunea vntuluiImplicaiile problemelor pe structurile din zidrie- deteriorarea materialelor structurii- crapaturile ce apar in urma ciclului de nghe - dezghe- reducerea capacitaii portante n urma pierderii stabilitaii lateriale

Fig.6 comportarea pereilor din zidrie la ciclurile de nghe-dezgeInvestigaii ale cldirilor din zidrie n zonele cu clim rece arat c anumite elementele de construcie cu barierelor din zidrie sunt mai predispuse la deteriorri decat altele. Turnuri, couri de fum, parapei, i turle prezint degradri mai sever legate de aciunea umezelii asupra unei cldiri dect alte componente ct i o severitate mai mare a degradrilor produse de ciclurile de nghe-dezghe. Mai muli factori comuni contribuie la deteriorarea accelerat a acestor componente. Deoarece cele mai multe dintre aceste elemente se extind mai sus de linii de acoperi, ele sunt de obicei supuse aciunii apei pe ambele fee, cauz care crete n mod semnificativ valoarea potenial de ap care poate fi absorbit de ctre elementele n cauz, provocnd daune n aceste elemente de perete. Elementele cu suprafaa direct expus vertical (spre cer) n special rosturile de mortar la capetele pereilor se confrunt cu o vitez marit de infiltrare a apei i deteriorare, mai ales dac acoperirea de protecie nu este prezent. n construcii istorice, multe turnuri, couri de fum, precum i alte elemente proeminente sunt separati de restul mediului de construcie i prin urmare rmn nenclzite, marind adncimea i severitatea daunelor nghe-dezghe. Dac apare o deteriorare, lipsa de consolidare i fixare mecanic a acestor componente rezultat n desprinderea i caderea lor potenial avnd n vedere n special localizarea lor elevat pe multe cldiri.Construciile istorice cu anvelope din zidrie au nevoie de ntreinere de rutin i ca controlul s identifice i s reparare daunele legate de infiltrarea curs de desfurare a apei. Odat ce apar daunele ce nu pot fi ntreinute de reparaiile normale de ntreinere, este necesar de adoptat soluii mai drastice pentru repararea acestora.Fig.7 deteriorri ale structurilor din zidrie3. Strategii de reabilitarea a structurilor istorice din zidrieStrategiile indicate nu sunt nici tehnice, nici prescrise, dar sunt destinate s promoveze practici de conservarea responsabile care ajuta la protejarea resurselor culturale de nenlocuit. Strategiile conin patru abordri pentru a susine proprietile istorice legturi: conservare, restaurare, reabilitare, reconstrucie i, n general, definite dup cum urmeaz: Reabilitare - accentueaz reinerea i repararea materiale istorice, dar mai mult libertate este prevzut pentru nlocuirea lor. Conservare pune accent pe pstrarea aspectului istoric iniial. Restaurarea pune accent pe pstrarea materialelor din perioada cea mai semnificativa. Reconstrucia stabilete posibiliti limitate de a recrea cldirile care au fost distruse utiliznd materiale noi.Fig.8 Strategii de reabilitarea a structurilor istorice din zidrieCele mai des realizate lucrari de conservare a anvelopei cldirii n structurile existente sunt determinat de deteriorari vizibile sau scurgeri interioare a apei care nu pot fi remediate cu msurile de ntreinere sau de conservare tipice. Determinarea materialele i detaliilor corespunztoare pentru repararea deteriorarilor poate fi dificil; i, n cele mai multe cazuri, decizia se reduce la dou considerente: mbuntirea performanelor i sensibilitate la detaliile istorice.ntr-un efort de a fi fidel caracterul istoric i semnificaiei arhitectural a unei cldiri, multe metode de abordare vor avea un caracter conservativ avnd ca filosofie: nlocuirea materialelor i detaliilor existente cu altele similare n natur, pentru a evita orice abatere de la intenia designului original. Cu toate acestea, cldirile restaurate cu materiale istorice i detalii probabil vor mbtrni i i se vor deteriora din cauza aciunii intemperiilor n mod similar cu construcia iniial, ceea ce face deteriorarea observat s revin din nou n viitor. Astfel,performan cldire nu este mbuntit n mod semnificativ. Este posibil s reabiliteze aspectul arhitectural a anvelopei cldiri existente, n timp ce nu se fac modificrii la estetica aspectului istoric, fr restabilirea complet a materiale istorice i a detalii. Materiale si detalii contemporane, atunci cnd sunt aplicate n mod corespunztor, pot mbunti performana cldirii, fr a afecta estetica de ansamblu. Folosirea materialelor moderne permite realizarea unor noi structuri de perete, sistem care ar rezolva limitrile care stau la baza designul original, astfel se va face reducerea sau eliminarea semnificativ a deteriorarilor viitor. Cldiri reabilitate nu numai pot menine esteticul original a cladirii istorice, dar, de asemenea furnizeaz rezultate mai durabile.

4. Avantajele materialelor contemporane utilizate la reabilitareMateriale pe baza de ciment (prefabricate din beton, zidrie din beton armat, beton sau mortar torcretat, etc.)- Instalare rapida.- utilizarea materialelor cu greutate redus.- proprieti similare cu cele ale zidriei.- practici de construcie uzuale.

Fig.9 Structur tipic realizat pentru reabilitare

Fig.9.1 Avantajul principal n utilizarea acestui tip de strucur consst n rezistena sporit la infiltrarea apei n structur i o durabilitate maritMateriale contemporane din beton oferi flexibilitate i rezisten care pe care structurile din zidarie sau omologii lor istorici nu poate s o capete cu uurin. Materiale, cum ar fi prefabricate din beton i unitile din mixte beton-zidrie faciliteaz mai eficient reabilitarea, deoarece acestea sunt prefabricate i uor de asamblat la locur de asamblare. Betonul turnat direct n cadru structurii, mortarul torcretat, sau past de ciment pot oferi soluii structurale eficiente n cazul n care geometria iniial de construcie este complex sau nu poate fi dezasamblat necesitnd s rmn la locul iniial. Materiale contemporane ofer adesea rezisten mai mare cu o masa mai mic dect zidriea iniial. Reducerea masei total a structurii poate elimina fisurare care rezult din suprasolicitarea produs de ncrcare-gravitaional. Reducerea dimensiuni structurale prevede, de asemenea posibilitatea de reconstruire a sistemului de perete pentru a gestiona mai bine de ap i de a reduce pe termen lung daunele i deteriorrile survenite n urma aciunii apei prin includerea spaiilor cu caviti drenabile.n timpurile actuale, costurile i dificultile executrii construciilor din zidrie portante au fcut practica de realizare a acestor structuri una anevoioas i ineficient, astfel industria construciilor sa indeprtat de la realizarea pereilor barier din zidrie. n schimb, standarde moderne implic de obicei instalarea pereilor din zidrie de tip furnir impermeabil, drenate. Sistemele de perei fali de obicei includ placari exterioare (cum ar fi caramida sau piatra zidarie), un spaiu cavitate deschis, i o membran de impermeabilizare (care poate funciona i ca o barier de aer i vapori) lateral noului peretelui de rezerv. Aceste sisteme de perete sunt mult mai ieftine, mai uoare, i mai rapid pentru a construi dect predecesorii lor voluminoi care necesitau for de munc intensiv. Sisteme de perei fali, de asemenea asigur un management mai efectiv de ap, sunt mai durabil, fiabil. Spaiul cavitate previne zidrie s depoziteze cantiti n exces de umiditate n timpul evenimentelor de ploaie i promoveaz uscarea att suprafaa exterior i partea interioar, toate acestea servesc pentru a limita daunele nghe-dezghe. Includerea unei membrane de impermeabilizare dedicat previne, de asemenea infiltrare a apei prin contacta i deteriorarea finisaje interioare sensibile la umezeal. Anvelopele monumentelor Istorice din zidrie care utilizeaz tehnici moderne de construcie de perete-cavitate poate servi ca o reparaie durabil pe termen mai lung, meninnd estetica istoric exterioar, deoarece nveliul exterior vizibil poate fi nlocuit fr prea mult efort.5. Studiu de caz Urmtoarele studii de caz ilustreaz modul n care diferite materiale structurale contemporane pe baz de ciment au fost folosite pentru a reabilita o varietate de structuri istorice de zidrie i de a mbunti performana general a structurilor de perei. Prefabricate din beton, zidrie din beton, i torcret de mortar au fost utilizate n proiectele ce urmeaz pentru a aborda problemele de performan n curs de desfurare, fr a afecta intenia arhitectural al construciei istorice.5.1 Reabilitarea turnurilor (clopotni)Pereti noi de rezerv din elemente prefabricate din beton au fost instalate la Capela de la Bowdoin College din Brunswick, ME.Capela, care a fost ridicat n 1854, a fost proiectat de Richard Upjohn n stil romanic german utiliznd ziduri de granit spart din cariera local. Cladirea este caracterizat prin dou turnuri gemene orintate spre campus. Deschideri cu ferestre din plumb i sticl apar la fiecare nivelul, i deschideri arcuite mari cu obloane situate la nivelul clopotniei. Deasupra clopotniele sunt turnuri conice n turle mbrcat cu piatra, cu cornie nclinate.

Fig.10 Capela de la Bowdoin, degradrile acesteia

Un consultant a fost angajat pentru a efectua o investigaie a turnurilor care descoperit deplasri inafara planului a stratului exterior de zidrie de granit, aceste deplasri erau situate mai jos de lacune i deschiderile arcuite. Sa constatat i prezena fisurilor verticale la colurile turnului i deasupra deschiderilor. Apariia depunerilor de sruri i prezena eflorescenelor, zidarie interioar deteriorat i podea din lemn evident putrezit. Monstrele exploratorii au artat c elementele constitutive ale mbinrii de mortar ntre stratul exterior de zidrie de granit i pietriul de la interior a fost splat i acum constat n principal din nisip. Miezul din pitri i zidariea interioar era de obicei n stare bun. Sa stabilit c deplasrile in exterior a unor zone de zidrie au fost cauzate de forma degradat a pietrelor folosite pentru anvelopa exterioar, care a creat un punct de rotaie pentru greutatea proprie a pietrelor i din cauza apei care a ptruns in stratul de mortar i a dus la degradarea acestuia stratul exterior de zidrie nu mai avea o fixare calitativ n structur. Analiza bidimensional a elementului finit a turnurilor a indicat c o combinaie de mpingere lateral impus de pietrele de corni nclinate, sarcina provenit din greutatea proprie a peretelui i propagarea iniiale a fisurii a dus la deteriorrile observate.

Fig.10 Analiza cu elemente finite a turnurilor.Deoarece miezul din pietri a fost, n esen, n stare bun sub nivelul clopotniei, sa stabilit c ar putea fi pstrat n starea curent, n timp ce stratul exterior de zidrie din granit a fost reconstruit. Dei mortarul de baz folosit pentru miezul de pietris existent a fost un mortar din var hidraulic natural, testele au artat c mortar de ciment Portland realiza o legtur mai bun cu granitul existent de la exterior dect mortarul de var hidraulic. Din acest motiv, au fost specificat utilizarea mortarului de ciment Portland pentru reconstrucia perete exterior. Deteriorarea peste nivelul clopotni, de la expunere i sarcini axiale, au fost destul de semnificative pentru a solicita refacerea ntregii seciuni de perete. De asemenea, a fost proiectat o structur de susinere prefabricat din beton.

Fig.11 Montarea structurii de susinere din elemente prefabricate

Fig.12 Montarea zidriei exterioare pe structura de susinere din elemente prefabricate

a. b.Fig.13 Reprezentarea comparativ (a.-nainte i b.-dup reabilitare)5.2 Reabilitarea pereilor din zidrie degradai.

Fig.14 Structur din zidrie Fig.15 Deteriorri a elementelor din zidrieDei demolarea i reconstrucia zidurilor istorice din zidrie cu materiale noi de zidrie, beton sau structurile de susinere din prefabricate de beton poate oferi o soluie durabil i economic pentru repararea problemelor n curs de desfurare a cldirilor istorice din zidrie, exist unele cazuri n care aceast strategie este imposibil. n cazul n care poriuni existente ale sistemului de perete din zidrie sunt n stare bun i pot fi salvate reconstrucia nu este o soluie rentabil. Un astfel de caz de reabilitarea zidriei istorice fr refacerea ntregului sistem de perete a avut loc, de asemenea, la colegiul Bowdoin. n procesul de finisare a renovrii interiorului unuia dintre dormitoarele colegiului contractantul a constatat o deteriorare semnificativ a stratului interior de zidarie de caramida, la etajul superior al cldirii. Peretele exterior a fost recent restaurat, iar limitrile de timp de impuse program a fcut ca reconstrucia peretelui s nu fie o opiune viabil.

Eliminnd posibilitatea realizrii unui nou perete din elemente prefabricate din beton sau zidarie i beton. Pentru a oferi stabilitate structural pentru perete i ca s se realizeze renovarea n timpul stabilit sa luat decizia de a realiza un nou zid de susinere prin torcretare, zidul interior a fost proiectat ca fiind fixat mecanic de peretele din zidarie de caramida recent restaurat pentru a aciona ca o structur compozit. Noul zid din mortar torcretat a fost consolidat bu bare de armatur i meninut la o grosime minim, pentru a preveni un impact semnificativ la renovarea interior a structurii. Consultantul a proiectat peretele obinut prin torcretare ca s funcioneze ca un sistem complet independent de perete exterior, acest fiind capabil s reziste la toate incrcrile de pe sistemul de perete. Aceast abordare nou de consolidarea unui sistem de perete existent a permis deschiderea dormitor renovat la timp, fr nici o modificare a aspectului istoric exterior.Fig.16 armarea i consolidarea pregtitoare pentru aplicarea stratului de mortar.

Fig.17 aplicarea stratului de mortar5.3 Reabilitarea turnurilor.Curtea principal de la Emma Willard School (EWS) n nordul statului New York, are mai multe cldiri din zidrie istorice datnd din anii 1910, 1920, i 1930, multe proiectate de MF Cummings & Sons n stil gotic colegial. O evaluare a strii de zidrie a artat deteriorarea semnificativ a elementelor de zidrie de mai sus de corniele la partea superioar a construcie, n special la rndul de parapete crenelate. Parapetele sunt din zidrie de blocuri din calcar solid i sunt expuse la infiltrarea apei pe ambele pri, att spre interior ct i laturile exterioare. n plus, pietre parapetului erau acoperite incomple. Aceti factori au cauzat ca structura parapetului s absoarb cantiti semnificative de umiditate i rmn saturat continuu. Deoarece parapetele extinde deasupra nivelului acoperiului, ele sunt n ntregime nenclzit, lucru care a permis parapetele saturate s fie supuse extensiv la deteriorare din nghe-dezghe de-a lungul ntregii lor grosimi, ducnd la formarea crpturilor i a deplasrii laterale a pietrelor desprinse care a prezentat un pericol real de desprindere complet a acestora i cdere.

Fig.18 Turnul colii Emma WillardDupa terminarea lucrrilor de stabilizare imediat, sa ales pentru reabilitarea poriunile superioare deteriorate ale turnului. Dei cldirea este istoric, aceasta nu este listat n registrul monumentelor istorice, permind colii flexibilitate maxim cu reparaii structurii. Singura cerin pentru echipa de restaurare era ca: ". Estetic final al turnului s nu fie schimbat"

Fig.19 Deteriorrile parapeilor turnului

Fig.20 Deteriorrile la interiorul turnului

Deoarece parapetele crenelate existente au trebuit s fie eliminate i pereii turn reconstruit de la nivel superior a fereastrelor la partea de sus a turnului, consultantul a decis la nceputul procesului de a reconstrui perei structurali a parapetul folosind zidrie de beton armat n loc de crmid istoric i perei portani din calcar Fig.21 seciunea peretelui din zidrie reabilitat

n plus fa de costuri sczute de furnizarea, beneficii economie de timp i potrivirea eficient a grosimii peretelui variabil existent, utilizarea unei uniti de zidrie cu structur de rezisten din beton armat a permis pentru reconstruirea parapeilor i a pereilor superiori ai turnului s fie implementat sistemul de perete cu cavitate de drenare inclus.

Fig.22 schema reabilitarii parapetului i a crenelului

Prin crearea unui zid cu cavitate de drenare, apa care trece de furnirul exterior din piatr este capturat, gestionat, i regizat de perete la un punct amplasat la baza seciunii peretelui. Pentru a proteja noul perete structural din beton de ap, acesta a fost acoperit cu o membran de impermeabilizare care este integrat cu acoperirea cu tabl intermitent la baza seciunii de perete. Panourile din cupru de acoperire a parapetului acoper partea din spate a parapetele crenelat i previne absorbia de ap in partea interioar a acestuia .ntregul acoperi plat este nfurat cu o membran de impermeabilizare pentru a mpiedica ptrunderea apei in peretele structural de susinere sau n sistemul de acoperi cu rame de lemn. Utilizarea structurii de zidrie i beton armat pentru construcia pereilor fali crete durata de via a parapetele din zidrie iar procesul de reabilitare nu a schimbat estetica construciei.

Fig.23 realizarea pereilor i acoperiuluiFig.24 reconstrucia i acoperirea parapeilor cu membrana impermeabil

a. b.Fig.25 Reprezentarea comparativ (a.-nainte i b.-dup reabilitare)

5.4 Reabilitarea turnurilor cu structura acoperiului realizat din piatr

Fig.26 turn din piatrFig.27 degradrile la structur

Fig.28 realizarea structurii interioare de susinere a zidriei

ndeprtarea elementelor decorative de vrfElementele ce urmeaz a fi inlocuite

ancorare corniei ndeprtarea elementelor pentru a preveni din granit ce formeaz bolta deplasarea ei ndeprtarea peretelui interior de n timpul zidrie din crmizi lucrrilor de indeprtare ndeprtarea suporturilor metalice

Elementele plci acusticecare nu se vor muta ram din lemn elementele plcii acoperiului

Fig.29 seciunea turnului reabilitat. Elementele ce vor fi ndeprtateFig.30 structura bolii din piatrFig.31 seciunea structurii reabilitat6. ConcluzieStudiile de caz arat cum poate fi realizat reabilitarea cladirilor istorice cu structuri din zidrie la exterior folosind metode i materiale contemporane pe baz de ciment, fr a afecta aspectul estetica al cldirilor. Prin utilizarea unei strategii de reabilitare n loc de strategii de conservare care se bazeaz pe materiale i metode care asigur o reabilitare temporar i inefectiv , reparaiile pot elimina cauza iniial de deteriorare i de a crea o anvelop a cldirii mai durabil.

7. Bibliografie Rehabilitation of historic masonry buildings using contemporary cementitous materials and construction details Peter M. Babaian, Emily R. Hopps Rehabilitation of historic masonry buildings using contemporary materials Peter M. Babaian Case studies for rehabilitation, repair, retrofitting, and strengthening of structures international association for bridges and structural engineering. http://en.wikipedia.org/wiki/Mortar_(masonry) http://books.google.ro/books?id=zraEpIyEpCYC&pg=PA141&lpg=PA141&dq=rehabilitation+of+buildings+and+bridges&source=bl&ots=stThM1vYMu&sig=RVgGDQrhQ56H0U7nT1jHBows5XU&hl=en&sa=X&ei=FgWGVNnsB4zgaITwgYAD&ved=0CC0Q6AEwAjgK#v=onepage&q=rehabilitation%20of%20buildings%20and%20bridges&f=false https://bibliotecadigital.ipb.pt/bitstream/10198/1606/1/thermalbridges.PDF http://www.icri.org/publications/bookstore.asp http://en.wikipedia.org/wiki/Shotcrete

21


Recommended