Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României
CRIŞAN, RODICA Construcţii din zidărie şi beton armat / Rodica Crişan – Bucureşti: Editura Universitară “Ion Mincu”, 2012 Bibliogr. ISBN 978-606-638-013-3 69
Coperta: Andra Panait
© Editura Universitară “Ion Mincu”, str. Academiei 18-20 010014 Bucureşti, România
Aceasta este o publicaţie non-profit, cu scop didactic, destinată studenţilor UAUIM. Este interzisă multiplicarea şi difuzarea chiar parţială, pe orice fel de suport, în scop comercial.
Cuprins Cuvânt înainte
5
Zidăria – între tradiţie şi actualitate
7
Forme ale spaţiului şi forme ale construcţiei
7
Tradiţie, continuitate, inovare
11
Funcţia structurală a zidăriei
12
Funcţia de închidere a zidăriei
13
Valoarea semantică a zidăriei
17
Zidăria în arhitectura secolului XX şi tendinţele actuale
17
Produse pentru zidării
21
Produse ceramice
21
Produse din beton
31
Produse din silico-calcar
48
Piatra naturală
49
Alcătuirea modulară a zidăriilor
53
Dimensiuni modulare şi dimensiuni nominale
54
Tipuri de apareiaje
54
Coordonarea modulară
59
Proiectarea modulară
60
Elemente constructive din zidărie
61
Pereţi din zidărie
61
Stâlpi din zidărie
68
Ziduri de sprijin
70
Pereţi liberi autoportanţi
72
Proiectarea construcţiilor din zidărie
73
Concepţia de ansamblu a clădirilor
73
Cerinţe constructive
77
Realizarea golurilor in pereţi din zidărie
82
Rosturi de control in pereţi din zidărie
89
De la proiect la realizarea construcţiei
91
Proiectul de execuţie
91
Pregătirea terenului de amplasament
92
Trasarea săpăturii generale
92
Realizarea săpăturii generale
93
Trasarea construcţiei
94
Realizarea săpăturilor la şanţurile de fundaţii
98
3
Tipuri de construcţii din zidărie
101
Construcţia din «celule»
101
Construcţia din «cutii înşiruite»
102
Construcţia cu pereţi izolaţi
106
Construcţia cu schelet
108
Betonul, un material asociat cu modernitatea
109
Marile inovaţii de la sfârşitul secolului XIX şi începutul secolului XX
109
Afirmarea betonului armat în arhitectura modernă
112
Estetica betonului armat
121
Formă şi structură
121
Expresivitatea materialului
122
Structuri curente din beton armat
125
Structuri în cadre
125
Structuri cu pereţi portanţi (cu diafragme)
127
Structuri mixte
129
Planşee la construcţii din zidărie şi beton armat
131
Planşee din lemn
131
Planşee din beton armat şi mixte
135
Relaţia clădirii cu terenul
147
Infrastructura
147
Rosturi
155
Protecţia hidrofugă şi protecţia termică
157
Pereţi de inchidere din zidărie şi beton armat
173
Alcătuirea pereţilor
174
Problema punţilor termice
184
Controlul migraţiei vaporilor de apă
187
Execuţia elementelor din beton armat
189
Betonul aparent
209
Betonul armat cu fibre
211
Betonul prefabricat
215
Construcţiile cu pereţi portanţi prefabricaţi
218
Prefabricarea construcţiilor cu schelet
233
Faţade prefabricate din beton armat
251
Tendinţe actuale în prefabricarea construcţiilor
269
Studii de caz
275
Bibliografie
317
4
Cuvânt înainte
Volumul de faţă reprezintă suportul teoretic al cursului omonim predat studenţilor anului 2 al Facultăţii de Arhitectură din UAUIM şi se referă la modul de a construi arhitectura folosind ca materiale principale zidăria şi betonul armat. Sunt evidenţiate caracteristicile respectivelor materiale, ale punerii lor în operă şi ale principalelor subansambluri constructive în care ele intervin, din perspectiva posibilităţilor, limitelor şi cerinţelor specifice în proiectarea de arhitectură pentru execuţie, dar şi din perspectiva implicaţiilor asupra calităţii arhitecturale, inclusiv cu referire la sustenabilitatea produsului final. In acest context, perspectiva istorică – prezentă în volum ca şi în cursul predat – este menită să pună în evidenţă felul în care de-a lungul timpului şi cu precădere pe parcursul secolului XX aceste materiale au influenţat arhitectura. Studiile de caz din arhitectura recentă au fost selectate cu scopul de a evidenţia o dată în plus rolul materialelor şi tehnologiilor, precum şi al rezolvărilor de detaliu, în creaţia de arhitectură; totodată ele ilustrează felul în care preocupările actuale pentru sustenabilitate „redescoperă” şi „reinterpretează” materiale cu o lungă tradiţie de utilizare precum zidăria şi betonul. In cadrul volumului, ca şi în cadrul cursului, cele două materiale sunt prezentate într-o manieră integrată, având în vedere că foarte frecvent în practică ele sunt utilizate împreună. Acest volum nu este o colecţie de produse şi tehnologii, nici un „reţetar” de detalii constructive şi nu poate suplini documentaţia personală; produsele, tehnologiile şi detaliile prezentate aici au numai un caracter ilustrativ într-un anumit context. Volumul, ca şi cursul, reprezintă doar o introducere, la nivel de principii generale, în problematica foarte complexă a relaţiei între arhitectura imaginată şi posibilităţile de materializare a ei în obiectul real, construit, unde cele din urmă depind fundamental de oferta de produse şi tehnologii, aflată în permanentă şi rapidă schimbare. Ca atare, o componentă importantă a formării profesionale în domeniul tehnologiilor arhitecturale o reprezintă obişnuinţa documentării personale continui, alături de dobândirea competenţelor necesare pentru a selecta şi utiliza corect produsele, tehnologiile şi documentaţiile existente în raport cu cerinţele unui caz concret de proiectare.
Rodica Crişan
5
6
ZIDĂRIA – INTRE TRADIŢIE ŞI ACTUALITATE Zidăria are o lungă tradiţie care, timp de mai multe milenii, a furnizat pe cale empirică soluţiile cele mai raţionale pentru realizarea construcţiilor. Pe parcursul istoriei, din zidărie s-au realizat atât construcţii de mică anvergură, destinate locuinţelor modeste, dar şi mari palate, biserici, fortăreţe, poduri, apeducte etc Dintotdeauna constructorii zidăriilor s-au confruntat cu o serie de problemele specifice acestui mod de a construi; ceea ce a diferit în timp a fost „soluţia” dată acestor probleme, mereu perfecţionată de progresul tehnologic. Aceste probleme specifice zidăriilor se referă la: -
alegerea materialor de bază adecvate pentru a construi zidăria: -
pietre naturale
-
pietre artificiale - de la cărămizile tradiţionale, până la blocurile moderne din material ceramic sau beton;
-
asocierea elementelor de bază („elementele legate” din alcătuirea zidăriei), astfel încât să fie asigurată continuitatea zidăriei;
-
realizarea structurilor orizontale de acoperire şi de separare între nivele;
-
realizarea golurilor de uşi şi ferestre;
-
în zone seismice, preluarea acţiunilor orizontale, în plus faţă de cele din încărcările gravitaţionale;
-
necesitatea de a îndeplini şi alte funcţii decât cea portantă, cum ar fi protecţia contra factorilor climatici, dar şi cerinţe estetice.
In rezolvarea majorităţii problemelor de mai sus, principala limită o reprezintă SLABA REZISTENŢĂ LA ÎNTINDERE (practic neglijabilă) a zidăriilor, de unde au rezultat o serie de restricţii privind înălţimile construcţiilor, distanţele între pereţii portanţi şi dimensiunile golurilor. Pe de altă parte, creativitatea constructorilor a oferit în timp diverse rezolvări ale acestor probleme, bazate pe mijloacele tehnice disponibile în diverse epoci istorice.
Forme ale spaţiului şi forme ale construcţiei In ceea ce priveşte relaţia între spaţiu şi construcţie, istoria arhitecturii pune în evidenţă două ipostaze distincte. a) Construcţiile “nediferenţiate” - unde nu se deosebesc elemente constructive cu funcţii distincte; construcţia este un tot unitar rezultat din „acumularea” de pietre dispuse după reguli statice precise, dând astfel formă
spaţiului
interior;
amplificarea
spaţiului
se
realizează uneori cu pseudo-cupole din pietre de mari dimensiuni sau blocuri în consolă.
7
Piramida lui Kheops, ansamblul de la Giseh (2575 – 2465 î.Hr). Tunelul Al-mamoun.
”Nuraghe”: construcţii antice de tip „tholos”. Ansamblul Su Nuraxi, Barumini, Sardinia: turnul central (1500 î.Hr)
“Trulli”: arhitectură vernaculară de uz agricol, Puglia, Italia meridională
8
“Crotti”: arhitectură vernaculară de uz agricol, Bruscio, Elveţia
b) Construcţiile “diferenţiate” - unde se disting componente constructive cu funcţii distincte, respectiv structuri portante verticale şi orizontale; spaţiul este condiţionat de relaţia între cele două categorii de componente (colaborarea lor în transmiterea solicitărilor şi limitările dimensionale reciproce) Diferenţierea între elemente verticale portante şi structuri orizontale purtate a existat din vremuri străvechi. La locuinţele modeste din oraşul antic Ur (Mesopotamia) ridicate în mileniul III î.Hr. spaţiile erau acoperite cu o structură orizontală realizată din şipci de lemn şi trestie, asociate cu lut; în mod similar au fost acoperite mai târziu şi locuinţele pentru muncitori din oraşele antice de pe valea Nilului.
Deir el-Medina, Egipt, 1567-1085 î.Hr. Secţiune printr-o casă tipică de muncitori, la necropola de la Teba; pereţii din cărămidă de argilă nearsă susţin un planşeu din lemn, trestie şi lut
9
Pe de altă parte, la realizarea construcţiilor monumentale – cum sunt templele – structurile orizontale erau realizate din lespezi mari de piatră. In alcătuirea curentă a templului egiptean (începând cu sec. XVI î.Hr.), şiruri de coloane sau semicoloane adosate pereţilor de închidere reduc deschiderile la dimensiunile impuse de lespezile de piatră; imaginea de ansamblu a templului egiptean este încă cea a unei construcţii generate prin „acumulare”. La templul grec (sec. VI-V î.Hr.), cutia din zidărie creează un nucleu central rigid înconjurat la exterior de coloane pe care reazemă arhitrave din piatră; întreg spaţiul este acoperit de o şarpantă din lemn în două ape, cu pane longitudinale ce descarcă pe frontoane. Diferenţierea părţilor constructive şi, în particular, a componentelor cu funcţii structurale, pune în evidenţă problema
„nodului”
ce
realizează
conexiunea între părţi şi care, prin modul de
realizare,
trebuie
să
asigure
continuitatea şi soliditatea ansamblului. In ceea ce priveşte structurile boltite, arhitectura etruscă şi cea romană sunt cele în care arcul şi bolta s-au afirmat ca elemente constructive cu funcţie distinctă, a căror formă este astfel
concepută
încât
distribuţia
încărcărilor să nu genereze în zidărie decât eforturi de compresiune. Arhitecţii
epocii
romane
republicane târzii sunt cei care au avut meritul “de a fi îndrăznit să elibereze bolta, care nu era decât un gol într-o masă, pentru a face din ea un volum liber în spaţiu.”
1
Bolta devine astfel o
componentă constructivă cu rol distinct – cel de acoperire a spaţiilor – ce reazemă pe pereţi verticali portanţi.
1
Adam, Jean-Pierre, La construction romaine. Materiaux et techniques. Editions A. et J. Picard, Cahors, Paris, 1984.
10
Tradiţie, continuitate, inovaţie Fie ea manifestare spontană a unui meşteşug transmis de-a lungul secolelor sau rezultatul unei “reinterpretări” moderne, ştiinţifice, a tehnicii tradiţionale, arhitectura din zidărie include elemente de continuitate milenară pe care inovaţia în materie de produse şi evoluţia cunoştinţelor nu le anulează. La
construcţiile
din
zidărie
portantă,
peretele
este
deopotrivă structură şi închidere. Sistemul constructiv este organizat pe bază de celule, conform unui criteriu ordonator al spaţiului puternic legat de ordinea structurală, de dimensiunile limitate ale elementelor ce formează structura orizontală şi de slaba rezistenţă la întindere a pereţilor. Stabilitatea la solicitări, nu numai verticale, ci şi orizontale sau înclinate, impune organizări spaţiale pe cât posibil simetrice şi care să ofere trasee continui pentru transportul încărcărilor către terenul de fundare. Simetria şi controlul raportului plin–gol influenţează organizarea spaţială a clădirilor din zidărie, generând o regulă ordonatoare a proiectului bazată pe respectarea logicii constructive.
A. Palladio, Villa Capra „La Rotonda”, Vicenza, cca.1570
Ceea ce nu înseamnă că tradiţia construcţiilor din zidărie portantă nu a fost capabilă să interpreteze aceste limite, găsind deseori soluţii specifice care exprimă, dicolo de respectarea cerinţelor structurale şi constructive, capacitatea de inovare. Concepţia construcţilor din zidărie a introdus pe parcursul secolelor elemente de continuă înnoire, tinzând să deschidă „cutia” zidită, să lase lumina să intre în volumele delimitate de pereţi, tinzând să amplifice distanţele între reazeme, să crească înălţimea pereţilor. Prin intermediul experimentării unor moduri diverse de dispunere a blocurilor de piatră şi a cărămizilor în zidărie, prin adoptarea unor forme adecvate în raport cu solicitările şi folosirea detaşate
unor
elemente
(peretele,
constructive
arcul,
stâlpul),
distribuţia încărcărilor a fost organizată conform
unor
criterii
eficienţă
structurală
de mai mare în
cadrul
unor
expresii arhitecturale diverse; de la arhitectura catedralelor gotice, până la formele complexe ale lui Gaudi şi configuraţiile spaţiale deschise ale vilelor Frank Lloyd Wright, Robie House, Chicago, 1908-1910
lui Wright de la începutul sec. XX, istoria
arhitecturii demonstrează potenţialul zidăriei de a ieşi din „tiparele” consacrate de tradiţie. Importanţa acordată în prezent intervenţiilor de reabilitare a clădirilor existente considerate ca „resurse reutilizabile” impune cunoaşterea tehnicii zidăriei, abandonată în
11
trecutul recent în favoarea sistemelor cu schelet din oţel sau beton armat. Prin intermediul intervenţiilor asupra existentului construit, se redescoperă mecanismele de funcţionare structurală a construcţiilor istorice din zidărie, diferite de schemele luate în considerare de normativele actuale. 1
Totodată preocupările actuale pentru sustenabilitatea mediului construit redescoperă mecanismul de control ambiental bazat pe masivitatea zidăriei şi acordă atenţie sporită continuităţii în raport cu tradiţia, cu cultura constructivă a unui loc, reînnoind astfel interesul pentru sistemele constructive din zidărie ce au demonstrat potenţialul unei tehnici constructive milenare de a genera o arhitectură „durabilă”, adaptată contextului local.
Funcţia structurală a zidăriei Slaba rezistenţă la întindere a zidăriei impune ca solicitările induse de greutatea proprie şi de încărcările exterioare să se distribuie în masa zidăriei în aşa fel încât să implice volumul maxim de material, fără să genereze eforturi de întindere. Ca atare, construcţia zidăriei portante se subordonează unui sistem de reguli de compunere a elementelor de bază ce trebuie astfel dispuse încât să nu se formeze plane de lunecare şi separare. Modul de dispunere a elementelor legate
într-un
APAREIAJ.
zid In
poartă cazul
numele
de
componentelor
constructive cu rol structural, apareiajul este cel
care
asigură
continuitatea
zidăriei.
Decalajul rosturilor trebuie să aibă în vedere toate posibilele planuri verticale de lunecare, în direcţie longitudinală şi transversală. In plus, continuitatea zidăriei este asigurată de sistemele de conexiune între elementele legate, bazate pe frecarea între elemente, pe ancoraje mecanice sau pe aderenţa mortarului. Ca “material de legătură” în zidării, MORTARUL asigură:
-
conlucrarea “elementelor legate”, prin aderenţă transmiterea şi repartizarea solicitărilor între “elementele legate”
Continuitatea zidăriei face ca fiecare rând (asiză) să descarce pe cel de dedesupt. Această continuitate poate fi însă întreruptă de prezenţa unor goluri; în astfel de cazuri, zidăria se comportă ca o placă şi deviază eforturile interioare din dreptul golului către şpaleţi, unde materialul oferă o rezistenţă corespunzătoare. Traseul de descărcare către şpaleţi valorifică relaţia dintre centrele de greutate ale elementelor zidite, distribuţia eforturilor făcându-se după un fals arc obţinut prin console succesive între elemente. Deasupra golului descarcă doar o
1
Sustainable development: “development which meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs.” (The World Commission on Environment and Development)
12
porţiune redusă de zidărie, ce trebuie suportată
de
un
element
adecvat:
(arhitrava). Se pune astfel în evidenţă un mecanism de adaptare specific zidăriei, bazat pe apareiaj. Un fenomen similar de ‘adaptare’ se manifestă şi în cazul unor cedări la baza zidului; el devine evident atunci când în pereţi apar fracturi la separaţia între materialul ‘activ’ şi cel ‘inactiv’.
Masa zidăriei nu este deci permanent şi în totalitate implicată în funcţia structurală; construcţia zidăriei nu coincide cu alcătuirea rezistentă a peretelui. Tehnica de realizare a zidăriei este lizibilă la nivelul paramentului; dacă acesta nu este tencuit, apareiajul este perceput ca ‘textură’ ce exprimă vizibil modul în care este ordonat decalajul rosturilor, regularitatea paturilor de mortar, ţeserile la intersecţii, ranforsările de la capetele libere, bordajele de goluri. Astfel, dincolo de raţiunea sa structurală, apareiajul poate genera efecte estetice căutate.
Funcţia de închidere a zidăriei Până la sfârşitul secolului XIX, închiderile din zidărie masivă au constituit principalul element de control şi reglare a micro-climatului interior al clădirilor, având la bază comportamentul “conservativ” specific zidăriilor. Zidăria masivă permite controlul microclimatului interior în relaţia cu clima exterioară prin capacitatea sa de a acumula căldură şi a o restitui mediului ambiant cu un decalaj de timp (efect de „volan termic” sau „schimbător de căldură”).
Efect de „volan termic” zi - noapte în timpul verii
Efect de „volan termic” zi - noapte în timpul iernii
13
La construcţiile tradiţionale din zidărie pot fi identificate o serie de caracteristici – de conformare şi amplasare a clădirilor – care ajută zidăria la îndeplinirea funcţiei sale “conservative”: -
forme compacte ale clădirilor;
-
goluri mici (care să nu reducă masa închiderilor în raport cu volumul interior)
-
amplasarea adosată terenului;
-
acoperişe divers conformate în raport cu funcţia care este mai importantă: cea de conservare a căldurii la interior în nopţile reci, sau cea de răcire în nopţile calde de vară;
-
acoperişe boltite care activează circulaţia aerului în spaţiul interior prin forma lor şi dispunerea golurilor.
In particular, în regiuni cu clime diverse s-au născut în timp – ca expresie a unor culturi constructive locale – diverse rezolvări ale închiderilor din zidărie, capabile să “optimizeze” raporturile cu mediul înconjurător. La „trulli” (Puglia, Italia, climă mediteraneană),
grosimea
variabilă şi forma pseudo-cupolei din piatră permit vara un efect de aspirare a aerului interior care se ridică spre vârful mai cald al cupolei şi este evacuat prin gol.
La construcţiile de piatră din zonele
montane
(ex.
Masivul
Pasubio, Alpii de est, nordul Italiei), acoperişul din piatră şi înclinat până aproape de pamânt, cu
pantele
orientate
spre
expunerile însorite, acumulează căldură din radiaţiile soarelui în poziţie joasă pe linia orizontului şi contribuie la limitarea pierderilor de căldură în nopţile reci.
14
In regiunile unde soarele estival intens impune umbrirea faţadelor, zidăriile se “deschid” în logii şi portice adânci care devin spaţii locuibile umbroase, dar şi protecţii solare pentru interior.
Louis
Kahn,
Indian
Management,
Institute
Ahmedabad,
of
India,
1962 – 1974.
In zonele cu climă caldă şi uscată din Asia, faţadele expuse la soare rămân complet blindate, în timp ce porticele se deschid spre curţi interioare umbrite. Când curţile sunt înalte, pe mai multe nivele, diferenţa de temperatură între zonele înalte şi nivelul terenului permite activarea naturală a ventilării.
Casele tradiţionale din Baghdad au închideri din zidărie dublă care captează vânturile dinspre NV, răcesc pivniţă
aerul şi
ameliorarea
trecându-l
îl
utilizează climatului
prin pentru
interior
(sistem de climatizare naturală “badgir-sirdab”)
15
In
climele
reci,
peretele
se
deschide în suprafeţe vitrate mari, pentru a beneficia de ‘însorire’. Dacă sunt bine orientate (S, SE, SV),
ferestrele
ample
pot
funcţiona ca sisteme de captare a energiei
solare
valorificarea
şi,
capacităţii
prin de
acumulare a pereţilor interiori, se poate realiza încălzirea spaţiilor locuibile.
F. L. Wright, Jacobs House, the Solar Hemicycle,
Middleton,
Wisconsin,
1944.
La sfârşitul secolului XIX şi începutul secolului XX, progresiva “dematerializare” a închiderilor odată cu extinderea sistemelor portante de tip schelet, a fost însoţită de introducerea instalaţiilor centralizate de încălzire şi climatizare care au făcut posibilă o relativă autonomie a confortului interior în raport cu clima şi performanţele închiderilor. Criza energetică din 1973 a readus în discuţie problema funcţiei termice a închiderilor; dar deja zidăria masivă nu mai era soluţia constructivă cea mai răspândită; ca atare atenţia s-a îndreptat cu precădere către ameliorarea capacităţii de izolare termică a pereţilor de închidere prin dezvoltarea de noi produse mai performante şi noi moduri de alcătuire a pereţilor (pereţii multistrat, cu termoizolaţie eficientă). Astăzi, preocupările privind REDUCEREA CONSUMURILOR ENERGETICE în utilizarea clădirilor se asociază cu folosirea de TEHNOLOGII ECO-COMPATIBILE, care să nu irosească resursele şi să nu polueze.
16
Din această perspectivă, sunt aduse din nou în atenţie calităţile „conservative” ale peretelui monostrat din zidărie masivă, folosind materialele cu impact ambiental redus şi consum energetic mic la producerea lor. Diversele soluţii tradiţionale regionale bazate pe zidărie sunt astăzi privite ca răspunsuri “inteligente” la problemele create de folosirea neraţională a sistemelor de încălzire şi de climatizare, precum şi a materialelor termoizolante moderne; arhitectura tradiţională devine sursă de inspiraţie pentru promovarea unor rezolvări arhitectural-tehnologice sustenabile.
Valoarea semantică a zidăriei Atâta timp cât apareiajul portant şi masivitatea au reprezentat „adevărul” tehnicconstructiv al zidăriei, de aceste aspecte a fost legată concepţia peretelui şi sub aspectul valorii sale semantice. Evoluţia tehnicilor constructive şi a produselor a acţionat însă în sensul uşurării zidului, reducerii dimensiunilor sale şi simplificării apareiajelor. Preocupările privind limitarea consumului de energie şi o mai bună izolare termică au adăugat tendinţa de stratificare a pereţilor: diferenţierea paramentului “cortină“ de termoizolaţie şi de stratul portant. In aceste condiţii, rezistenţa peretelui nu mai decurge din decalajul rosturilor, grosimea redusă nu mai permite diverse moduri de dispunere a cărămizilor iar funcţia termică nu se mai bazează pe masivitatea zidului. Dar fascinaţia zidăriei aparente s-a păstrat, indiferent dacă ea corespunde unui adevăr tehnic-constructiv sau doar îl simulează. Calităţile texturii unei zidării aparente nu rezultă neapărat din masivitatea zidului; în timp, ele au fost asumate de limbajul arhitectural ca sugestie a funcţiunii rezistente originare a peretelui sau ca o compoziţie decorativă autonomă, în cadrul unor stiluri diverse.
Zidăria în arhitectura secolului XX şi tendinţele actuale In cea mai mare parte a istoriei arhitecturii zidăria a fost deopotriva structură şi închidere. Apariţia scheletului portant din oţel sau beton armat la sfârşitul sec.XIX a făcut posibilă separarea celor două funcţii; acest fapt a determinat atitudini diverse ale arhitecţilor şi teoreticienilor secolului XX faţă de zidărie. CĂRĂMIDA nu a fost nici o clipă respinsă total; aparentă sau tencuită, ea a fost constant utilizată pe parcursul secolului XX, fiind integrată aproape tuturor stilurilor arhitecturale. Pot fi însă identificate mai multe direcţii şi maniere de valorificare a ‘tradiţionalei’ cărămizi în relaţie cu noile materiale, oţelul şi betonul. O prima direcţie o reprezintă ‘reinterpretarea’ cărămizii aparente în spiritul ideilor moderniste, tinzând către suprafeţe simple, relativ neornamentate, direcţie ilustrată de proiectul lui Daniel Burnham pentru Monadnock Building (Chicago, 1889).
17
O a doua direcţie, mai complexă, poate fi observată la Wainwright Building (Louis Sullivan, St. Louis, 1890). Deşi neportantă, faţada de cărămidă a fost astfel concepută încât să sugereze scheletul de oţel din spatele ei. Considerată ca expresie a „sincerităţii în arhitectură”, această atitudine a influenţat puternic arhitectura de cărămidă a începutului de secol XX. Multe dintre construcţiile de început ale lui F.L.Wright – Larkin Building (Buffalo, 1904), Robie House (Oak Park, 1909), Hotel Imperial (Tokyo, 1906) – includeau elemente ascunse din oţel sau beton care făceau posibilă materializarea viziunii sale formale. O a treia direcţie derivă din arhitectura fabricilor secolului XIX din zidărie portantă. Clădirile din această categorie sunt caracterizate de mari suprafeţe plane de cărămidă, distribuţie funcţională a volumelor şi folosirea unor elemente portante (stâlpi) din lemn sau fontă. O a patra direcţie combină valenţele de textură ale apareiajului de cărămidă cu interesul pentru modelarea liberă a volumelor şi siluete romantice, în contextul arhitecturii „expresioniste” a începutului de secol XX. Alături de remarcabile creaţii expresioniste din nordul Europei (Michael de Klerk, Piet Kramer, Fritz Höger, Bernhard Hötger, Eduard Scotland, Alfred Runge etc), modernismul catalan valorifică într-o manieră particulară tradiţia locală a zidăriei de cărămidă (Cesar Martinell, Puig i Cadafalch, Antoni Gaudí etc). Intre cele 2 războaie mondiale, cărămida a fost utilizată de o generaţie tânără de arhitecţi modernişti concepte
europeni spaţiale
care bazate
experimentau pe
noi
ortogonalitate
carteziană şi volume simple. In particular, lucrările timpurii ale lui Mies van der Rohe încearcă să concilieze această nouă concepţie formală cu construcţia tradiţională din zidărie de cărămidă „ajutată” de noile materiale ale vremii, oţelul şi
Piet Kramer, Ansamblul rezidenţial De Dageraad, Amsterdam, 1923
betonul (Haus Lange, Krefeld, 1927-1930). Dar cel mai frecvent în arhitectura modernistă zidăria de cărămidă era acoperită cu un strat neted de tencuială. In SUA, arhitecţii păreau mai puţin interesaţi de confruntarea ideologică între estetica modernistă în ascensiune şi folosirea materialelor tradiţionale. Asociată unui schelet portant din oţel, cărămida a fost folosită la închideri, ca material principal (American Standard Building, 1923) dar şi în asociere cu oţelul (Crysler Building, 1930).
18
După al doilea război mondial, folosirea aparentă a cărămizii – atât în pereţi portanţi, cât şi la închideri neportante – a fost „revitalizată” datorită unui nou interes pentru materialele brute evidenţiate într-o manieră foarte directă şi agresivă de estetica brutalistă. Zidăria portantă a avut un impact redus în arhitectura postbelică; prezenţa ei s-a făcut simţită cu precădere în închideri neportante asociate unor structuri din oţel sau beton. In această perioadă, Mişcarea Modernă acceptă închiderea din cărămidă aparentă ca pe un compromis; rezonanţa istorică a texturii ei este complet integrată în vocabularul modernist. In a doua jumătate a secolului XX, post-modernismul utilizează cărămida ca referinţă la tradiţia istorică într-o manieră stilizată şi/sau ironică. In Europa s-a conturat un post-modernism diferit de cel din SUA: în contextul unei sinteze de elemente geometrice clasice, ‘esenţa’ cărămizii – masivitatea, rezistenţa, soliditatea – au fost apreciate şi exploatate. In prezent cărămida continuă să fie utilizată cu precădere la ÎNCHIDERI, situându-se în fruntea competiţiei cu materiale mai moderne şi mai sofisticate tehnologic, ca dovadă a faptului că sunt apreciate calităţile sale „nestructurale”: costul rezonabil, flexibilitatea, durabilitatea şi, nu în ultimul rând, aspectul. In contextul preocupărilor actuale pentru o arhitectură sustenabilă, calităţile ecologice ale ceramicii – ca material “sănătos” şi cu impact redus asupra mediului ambiant – precum şi capacitatea de control ambiental a peretelui masiv, Mario Botta, Biserica Santo Volto, Torino, 2001-2006.
readuc în atenţie zidăria monostrat, bazată însă pe produse cu perfomanţe ameliorate. PIATRA – din ce în ce mai anacronică din perspectiva
strict funcţională a peretelui portant – a „supravieţuit” în arhitectura secolului XX pe de o parte ca mijloc prin care diverse atitudini puteau fi exprimate în mod simbolic, pe de altă parte ca material accesibil, utilizat în virtutea unor tradiţii locale. Piatra are două „feţe” arhitecturale: în arhitectura monumentală ea exprimă bunăstare, forţă, permanenţă; atunci când este utilizată în arhitectura domestică, se prezintă ca un material modest, natural, accesibil. Acestor două aspecte le corespund nivele diferite de exigenţă privind calitatea pietrei, prelucrarea şi punerea ei în operă: pe de o parte, piatra tăiată şi prelucrată cu grijă, uneori de provenienţă exotică şi/sau lustruită, în arhitectura monumentală; pe de altă parte, bolovani de râu, pietriş sau piatră cioplită, asociate cu straturi groase de mortar, în arhitectura domestică. La începutul secolului XX, arhitectura monumentală din piatră se asociază cu stilul neoclasic şi cel neo-gotic, înglobând totodată noile tehnologii constructive: metal şi sticlă, elemente ascunse din beton armat. In acelaşi timp, ca reacţie contra industrializării, mişcarea Arts and
19
Crafts utiliza piatra în arhitectura domestică, propunând o întoarcere la valorile „oneste” ale materialelor şi tehnicilor constructive tradiţionale. Invocând tot „onestitatea” dar în sprijinul schimbărilor majore aduse de revoluţia industrială – raţionalizarea procesului constructiv, pentru creşterea productivităţii şi reducerea costurilor – Mişcarea Modernă utilizează şi ea piatra dar în manieră specifică, eliminând decoraţiile „inutile” ale arhitecturii monumentale tradiţionale. Pereţii portanţi din zidărie de piatră rămân o rezolvare curentă doar în arhitectura domestică. Dezvoltarea scheletului din oţel sau beton armat a oferit o nouă soluţie, mai adecvată pentru structura portantă a clădirilor de dimensiuni mari ce adăpostesc instituţii sau funcţiuni comerciale; în acest caz, peretele din piatră devine exclusiv “închidere”. Promovarea închiderilor nestructurale de către Otto Wagner şi Adolf Loos a furnizat o bază teoretică pentru expresia „onestă” a paramentului de piatră. Frecvent el este utilizat pentru a conferi „legitimitate tradiţională” unor clădiri moderniste. In perioada imediat următoare celui de-al doilea război mondial, timp de trei decenii utilizarea pietrei a cunoscut un regres, în favoarea unor materiale şi sisteme de pereţi-cortină mai avansate din punct de vedere tehnologic. In contextul arhitecturii moderniste a epocii, pietrei i-a fost rezervat rolul de parament fără decoraţii, efectele estetice limitându-se la culoare şi textură. Anii ’80 au marcat o „explozie” în ceea ce priveşte utilizarea pietrei la închideri: rigoarea inhibantă a modernismului a lăsat locul exuberanţei post-moderne, în timp ce progresele în tehnologia de fabricare a pietrei au redus semnificativ costurile. Combinând valorile simbolice ale arhitecturii tradiţionale cu structura raţională a modernismului, post-modernismul a căpătat notorietate şi legitimare odată cu construcţia clădirii AT&T a lui Philip Johnson la New York (1983) ce aminteşte de zgârie norii începutului de secol XX, având un parament din granit roz. Astăzi,
piatra
nu
mai
este
printre
principalele materiale de zidării structurale. Cu toată productivitatea utilajelor actuale, costul prelucrării pietrei este în continuare ridicat, la fel costul transportului şi manoperei de şantier. De cele mai multe ori piatra este utilizată ca parament (simplu sau dublu, în asociere cu b.a.) sau ca placaj. In anumite regiuni se menţine o utilizare relativ extinsă a zidăriilor din pietre locale. Peter Zumthor, Baie termală, Vals, Elveţia, 1994-1996
20
PRODUSE PENTRU ZIDĂRII Este vorba despre produsele ce constituie „elementele legate” din alcătuirea zidăriilor portante – pereţi şi alte elemente structurale (stâlpi, bolţi, arce) – dar şi cele folosite la elemente constructive neportante, cum sunt pereţii de închidere la structurile cu schelet şi pereţii de compartimentare. In plus, anumite produse pentru zidării – cele cu calităţi estetice deosebite – au fost din totdeauna folosite ca paramente aparente ale unor pereţi realizaţi din alte materiale.
I. PRODUSE CERAMICE Produsele ceramice sunt încă cele mai răspândite în lucrările de zidărie. Producţia s-a diversificat însă mult în ultimul timp, pentru a oferi pe piaţă produse optimizate în ceea ce priveşte performanţele zidăriei în care vor fi utilizate: produse termoizolante pentru închideri, produse uşoare pentru compartimentări, produse apte să primescă în interior armături etc. Mai mult, se manifestă tendinţa de a majora dimensiunile elementelor, pentru a reduce timpul de execuţie a zidăriilor, dar şi pentru a reduce numărul de rosturi; faţă de tradiţionala cărămidă, manevrabilă cu o singură mână, astăzi se produc elemente de dimensiuni mari (blocuri) prevăzute cu goluri de priză pentru manevrare. In producţia de elemente ceramice pentru zidării există tendinţa către o progresivă specializare a lor pentru diverse destinaţii de folosinţă: -
cărămizi pline sau semipline pentru zidării tencuite sau aparente;
-
blocuri semipline pentru zidării portante;
-
blocuri semipline pentru pereţi portanţi de închidere;
-
blocuri cu goluri mari, pentru pereţi de umplutură la structuri cu schelet;
-
cărămizi şi blocuri cu goluri pentru pereţi despărţitori.
Cărămizi pline şi semipline
Cărămizi masive sau cu număr mic de goluri verticale (3 ... 20-24)
Tăierea cărămizilor
Trasarea liniei de tăiere
Tăiere cu târnăcopul (variantă)
Tăiere cu dalta (variantă)
21
Realizarea zidului
1.
Inaintea punerii în operă cărămizile trebuie udate. Se aşează primul rând de cărămizi pe talpa de beton; se materializează feţele zidului
2.
prin sfori întinse; se verifică orizontalitatea, apoi se fixează cu mortar rândul următor de cărămizi decalând rosturile (1). Se
realizează
întâi
colţurile
sau
extremităţile, apoi se completează mijlocul peretelui. Se verifică permanent orizontalitatea şi verticalitatea peretelui, cu nivela cu bulă de
3.
aer, respectiv cu firul cu plumb (2). Pentru controlul planeităţii asizelor se foloseşte o sfoară de ghidaj care se mută pe verticală pentru rândul următor (3). Mortarul trebuie să umple rosturile orizontale
şi
verticale
(4);
rosturile
se
4.
adâncesc cu o mistrie specială (trebuie să fie uşor retrase în raport cu faţa zidăriei); surplusul de mortar se îndepărtează imediat.
Cărămizi pentru zidării aparente Caramidă
plină
cu
feţe
netede,
pentru
paramente exterioare; culori: galben, roşu deschis, roşu, roşu nuanţat (Wienerberger-Terca)
TERCA Klinker NF, 120 x 250 x 65 mm
Caramidă cu goluri mari, cu feţe netede, pentru paramente exterioare; culori: roşu deschis, roşu, roşu nuanţat (Wienerberger-Terca)
TERCA Klinker NF, 120 x 250 x 65 mm
Caramidă cu goluri mici, cu feţe netede sau rugoase, pentru coşuri de fum la exterior; culori: roşu deschis, roşu, roşu nuanţat (Wienerberger-Terca) 22
TERCA Klinker NF, 120 x 250 x 65 mm
Blocuri ceramice cu goluri Cele mai multe inovaţii în domeniul materialelor pentru zidării privesc producţia de elemente de dimensiuni mari (blocuri) şi se referă la: reducerea greutăţii specifice prin goluri şi/sau prin porozitatea pastei de argilă; noi forme menite să faciliteze punerea în operă; creşterea preciziei dimensiunilor şi formei pentru a reduce dimensiunile rosturilor, ca şi pentru a simplifica execuţia zidăriilor şi a lucrărilor de finisaj. Cu titlu de exemplificare, sunt prezentate în continuare produsele din seria Porotherm (Wienerberger) folosite în România. Blocuri ceramice cu goluri pentru pereţi EXTERIORI structurali şi nestructurali
Blocuri ceramice cu locaş de mortar, pentru pereţi structurali şi nestructurali (la structuri în cadre) l x b x h = 250 x 300 (380) x 238 mm; disponibil şi sub formă de jumătăţi (pentru ţeserea zidăriei) POROTHERM 30; POROTHERM 38; POROTHERM 30 ½; POROTHERM 38 ½
Bloc ceramic pentru pereţi structurali, cu configuraţie
specială
care
îmbunătăţeşte
comportarea în regim seismic l x b x h = 250 x 300 (380) x 238 mm POROTHERM 30S; POROTHERM 38S
Blocuri ceramice cu goluri pentru pereţi INTERIORI structurali şi nestructurali
Bloc ceramic cu locaş de mortar, pentru pereţi structurali şi nestructurali (la structuri în cadre)
l x b x h = 375 x 250 x 238 mm POROTHERM 25
Bloc ceramic pentru pereţi structurali, cu configuraţie
specială
care
îmbunătăţeşte
comportarea în regim seismic l x b x h = 375 x 250 x 238 mm POROTHERM 25S
23
Blocuri ceramice cu nut şi feder pentru pereţi de compartimentare nestructurali
l x b x h = 500 x 200(115; 100) x 238 mm POROTHERM 20N+F; 11.5N+F; 10N+F
Elemente pentru buiandrugi la zidării din blocuri ceramice
Elemente din beton armat precomprimat în cofraj ceramic, pentru goluri cu deschideri de 0,25 - 2,50 m în pereţi exteriori şi interiori.
120 x 65 mm POROTHERM*
Elemente pentru buiandrugi din beton armat precomprimat în cofraj ceramic, la goluri cu deschideri de 0,50 - 2,75 m în pereţi exteriori şi interiori. 80 x 238 mm POROTHERM S*
Realizarea zidăriilor din blocuri Porotherm Asizele şi apareiajul Rosturi verticale decalate la ½ din dimensiunea blocului, în lungul zidului; rosturi orizontale de mortar: 12 mm. Locaşurile de mortar trebuie umplute complet.
24
Zidărie confinată - colţ de perete exterior
Betonul
(stâlpişor
b.a.)
este
acoperit la exterior cu elemente de
protecţie
(ex.
elemente
ceramice PTH 11.5 N+F) pentru evitarea punţilor termice.
Zidărie confinată – intersecţie perete interior cu perete exterior
Betonul
(stâlpişor
b.a.)
este
acoperit la exterior cu elemente de protecţie (ex. plăci polistiren min.
5
cm)
pentru
evitarea
punţilor termice.
25
Realizarea golurilor de uşi şi ferestre în zidării din blocuri Porotherm
Montaj buiandrugi prefabricaţi din beton
armat
precomprimat
în
cofraj ceramic (120 x 65 mm) peste goluri de uşi şi ferestre; rezemare laterală min.25 cm, pe blocuri întregi cu golurile verticale umplute cu mortar.
26
Asiză din cărămizi pline 240 x 115 x 63, pentru completarea zidăriei la nivel cu buiandrugii Poroteherm.
Elemente de b.a. (centuri în dreptul planşeului) acoperite la exterior cu elemente de protecţie (corpuri ceramice + plăci polistiren) pentru evitarea punţilor termice.
Buiandrugi prefabricaţi din beton armat precomprimat în cofraj ceramic (120 x 65 mm) peste goluri de uşi şi ferestre.
27
Sortimente optimizate
Blocuri
ceramice
cu
proprietăţi
termice
ameliorate: au faţa superioară şi cea inferioară absolut plane (proces de fabricare controlat de computer);
în
rosturile
orizontale
mortar
special cu grosime de 1 mm, aplicat cu o rolă. (Wienerberger – Porotherm)
Blocuri
ceramice
cu
proprietăţi
termice
ameliorate: geometrie optimizată a golurilor; compoziţie optimizată a argilei (cu adaos de materiale care îi cresc porozitatea); umplutură de perlit în golurile blocului. (Wienerberger – Porotherm)
POROTON T9
Blocuri ceramice cu proprietăţi acustice (de izolare la zgomot) ameliorate: blocuri grele; blocuri destinate umplerii cu mortar sau beton (în imagine). Pentru cerinţe speciale de izolare se folosesc pereţi dubli. (Wienerberger – Porotherm)
28
Blocuri cu goluri din ceramică alveolară Ceramica alveolară (poroasă) pentru corpuri cu goluri de greutate redusă (şi capacitate de izolare termică ameliorată) este obţinută adăugând în amestecul “tradiţional” de argilă+apă +nisip, anumite materiale naturale (pleavă de orez, resturi de măsline stoarse, făină de lemn, celuloză din hârtie reciclată) sau sintetice (granule de polistiren) cu granulometrie mică (2-2,5 mm) care, în timpul arderii, degajă gaze, lăsând “alveole” (goluri) închise, uniform distribuite în masa materialului ceramic.
Laterizi Torres – Poroton
Blocuri ceramice din argilă uşoară, cu alveole sferice închise (în argila crudă se adaugă granule de polistiren de 1-2 mm diametru care prin ardere degajă CO2), cu feţe plane şi profilate.
Mortar discontinuu în rosturile orizontale şi verticale.
Bellenberg – Monomur 3B
Blocuri ceramice din argilă cu conţinut mare de carbonat de calciu car e, prin ardere, determină o porozitate naturală. Feţe orizontale plane rectificate cu laser. Montaj cu mortar de ciment 1 mm în rosturile orizontale, întins cu un dispozitiv special. Feţe verticale profilate (montaj “uscat”).
29
Imbinări între pereţi ranforsate cu benzi din oţel la fiecare două asize.
Terreal – Calibric
Fâşii ceramice cu goluri pentru pereţi despărţitori
30
II. PRODUSE DIN BETON Prima utilizare a blocurilor de beton pentru zidării la construcţii civile se situează la începutul secolului XX în SUA şi este rezultatul căutării „pietrei artificiale” în prima jumătate a sec. XIX. Primul bloc de beton a fost turnat în 1882. Şi astăzi produsele din beton pentru zidării sunt în continuare legate de două moduri de a le interpreta şi utiliza în construcţii şi arhitectură. 1) Ca materiale economic, înlocuind alte materiale mai scumpe. Blocurile de beton costă mai puţin ca piatra, dar şi decât cărămida. Din acest motiv, dacă în unele ţări b.b. sunt utilizate cu precădere în alte construcţii decât cele de locuit (Italia), în diverse alte ţări (Franţa, SUA) utilizarea b.b este foarte răspândită în zidării destinate a fi tencuite la orice fel de clădiri . 2) Ca materiale capabile să simuleze calităţile estetice ale pietrei. Capacitatea betonului de a simula calităţile estetice ale pietrei a condus la punerea la punct a unor produse speciale, destinate zidăriilor aparente, cu moduri de finisare foarte diverse (culoare, agregate, tratamente superficiale); blocul din beton este utilizat ca element de modulare a texturii de zidărie, cu trimitere la piatră. In prima jumătate a scolului XX, F. L. Wright a experimentat blocul de beton în construcţia de locuinţe economice şi adaptate contextului regional. Ideea sa se baza pe posibiltatea de a amprenta materialul, atribuindu-i decoraţii diverse pe suprafaţa văzută.
F.L.Wright, Storer House, Hollywood, 1923. Zidărie armată din blocuri de beton (“textile block slab”)
31
Sistemul „textile block slab”, pus la punct şi aplicat de Wright la diverse clădiri construite între anii ’20 şi 50’, are la bază cărămizi de beton pătrate (41 x 41 cm) cu grosime de 9 cm, asamblate cu mortar fluid şi bare de oţel. Plăcile puteau forma paramentele unui perete dublu cu gol de aer interior, sau ale unui perete (sau stâlp) cu miez din b.a. turnat in situ. Wright a exploatat natura compozită a betonului pentru a varia culorile şi granulaţia plăcilor, folosind nisipuri de diverse tipuri sau pietre sfărâmate. Elementele din beton pentru zidării sunt în principal blocuri pline, semipline sau cu goluri mari produse prin matriţare; sunt realizate din beton de ciment cu agregate de diverse naturi. Forma lor – volumul, golurile, feţele, rosturile – rezultă din conformarea matriţelor în care betonul proaspăt, într-un amestec relativ uscat (cu puţină apă), este turnat, compactat şi vibrat. Caracteristicile
agregatelor
sunt
importante
pentru
determinarea
proprietăţilor
elementului şi a costului său; se utilizează agregate normale (nisip şi pietriş) sau agregate uşoare (argilă expandată, spume vulcanice, scorii, zgură). In raport cu greutatea betonului şi procentul de goluri, se obţin produse cu greutăţi specifice diverse – deci cu diverse rezistenţe mecanice şi diverse rezistenţe la transferul căldurii. Aspectul blocurilor de beton este influenţat întâi de toate de natura şi dimensiunile agregatelor, precum şi de cantitatea de apă din amestec. Culoarea se datorează cu precădere materiilor prime utilizate. Forma blocurilor – inclusiv profilatura superficială (striuri, caneluri, basoreliefuri) – şi structura materialului sunt obţinute prin cicluri rapide de amprentare sub presiune în matriţe din care blocul încă proaspăt este transferat către procesul de maturare, prin care betonul atinge stadiul de întărire. Procedeul folosit pentru maturarea betonului influenţează coloraţia blocului. Odată întărite, blocurile destinate zidăriilor aparente pot fi supuse unor tratamente superficiale (ca şi piatra): şlefuire, sablare, buciardare, flamare etc. Dacă sunt destinate a fi utilizate în zidării “uscate” sau cu rosturi foarte subţiri, suprafeţele sunt frezate sau rectificate mecanic. Un tip particular de finisare care imită bosajul de piatră (relief superficial pronunţat) este finisajul „split”. Alt tip de finisaj, care imită piatra neregulată, este cel al blocului „slump”, obţinut cu amestecuri mai fluide şi care în momentul decofrării suferă o deformare în sens vertical, determinând o formă neregulată a blocului.
32
Blocurile pentru zidării aparente pot suferi şi tratamente superficiale peliculogene, pe bază de răşini, emailare şi glazurare. Şi blocurile din beton au suferit o evoluţie interesantă, menită să le amelioreze performanţele şi/sau să le lărgească domeniul de utilizare. Folosirea argilei expandate ca agregat a fost pusă la punct la finele anilor ’30 în Danemarca şi este astăzi larg răspândită îndeosebi în Europa. Blocurile din b.c.a. (inventat în anii ’20 în Suedia) au o greutate foarte redusă, sunt uşor de prelucrat, au feţe regulate şi netede. Tipuri de blocuri din beton
a) – b) Blocuri pline
c) Bloc semiplin
d) Bloc cu gol interior
e) Bloc pentru parament aparent (cu caneluri)
f) Bloc cu gol interior format special de colţ
g) Bloc special pentru zidării de umplutură la structuri în cadre
h) Bloc special pentru centuri şi buiandrugi
Montarea blocurilor din beton
Cu mortar în rosturi orizontale şi verticale
Cu mortar în rosturi orizontale şi profile de îmbinare verticală
Montaj ‘uscat’ + miez turnat
33
Blocuri VOBB
Blocuri din beton cu goluri mari, zidite uscat şi monolitizate cu mortar de ciment preparat şi turnat “in situ”; peretele include armături verticale şi orizontale.
Montaj “uscat”+ miez turnat
34
Blocuri DAC-ART
Blocuri din beton colorat pentru
zidării
aparente cu aspectul şi rezistenţa pietrei de calcar; blocuri de diverse dimensiuni pentru pereţi interiori şi exteriori, inclusiv cu forme speciale (ex. de colţ).
Blocurile pot include carcase de polistiren cu gol interior.
Blocurile sunt zidite uscat, apoi în goluri se dispun armături şi se toarnă beton.
Blocuri TRENWYTH – VERASTONE
Blocuri de zidărie prefinisate, din material reciclat,
pentru
pereţi
structurali
şi
nestructurali.
35
Produse din beton celular autoclavizat 1
Betonul celular autoclavizat (BCA ) a fost inventat în Suedia în anii ’20, de către arhitectul Johan Axel Ericksson, ca alternativă pentru produsele de lemn, deficitare după război. Betonul celular autoclavizat este un beton uşor preturnat, care, spre deosebire de alte produse din beton, se poate tăia cu fierăstrăul la dimensiunile cerute şi permite realizarea de şliţuri pentru trasee de instalaţii. Unul din motivele importante pentru care în prezent BCA este utilizat în construcţia de locuinte, este economia de energie. Numit “termoizolaţia structurală”, BCA are o bună capacitate de izolare termică, dar şi calitatea de a acumula căldură.
2
Blocurile de BCA au feţe regulate şi netede, aşa încât se zidesc cu rosturi subţiri şi se finisează cu o tencuială „la piele” realizabilă rapid. Se folosesc în principal la zidării de 3
umplutură şi compartimentare; sunt utilizabile şi pentru zidării portante, dar cu restricţii.
1
Corespondentul în engleză este AAC - Autoclaved Aerated Concrete. “In some European countries 60% of new home construction uses autoclaved aerated concrete (AAC) blocks or panels for exterior wall construction. AAC is also a common building material in the Middle East, Far East, Australia, and South America” (Residential Concrete Magazine, May 1st, 2006) 3 Conform Normativului CR6-2006, din BCA GBN 50 în România se pot construi: ZNA – numai P; ZC – max. P+1 în zone cu seismicitate foarte redusă (ex. Sibiu, Deva...) 2
36
Blocuri YTONG Dimensiuni standard. Montaj cu mortar în rosturi subţiri (2-3 mm)
37
Zidărie din blocuri Ytong – detalii caracteristice.
38
39
40
41
42
43
Elemente pentru pereţi despărţitori
a) Plăci -
cu feţe lise – montate cu mortar în rosturile verticale şi orizontale
-
cu feţe profilate – montate cu mortar numai în rosturile orizontale
b) Fâşii armate
44
Fâşii armate pentru acoperişe înclinate la mansarde Lungime standard: 6m; posibil până la 8m. Lăţime: 62.3 (şi peste). Grosime: 20 cm (şi peste)
45
Sistem constructiv din fâşii de BCA, pentru hale industriale (Ytong – Hebel)
46
47
III. PRODUSE DIN SILICO-CALCAR
YTONG-SILKA
48
Pereţi prefabricaţi din blocuri de silico-calcar (Ytong-Silka)
IV. PIATRA NATURALĂ Intrucât piatra este în continuare prezentă în tradiţia locală, în diverse ţări europene normativele recente de zidării portante o iau în considerare; utilizarea sa este admisă cu condiţia să poată fi demonstrată asigurarea comportamentul mecanic şi durabilitatea, ca şi comportamentul termic cerut de normele actuale privind economia de energie. Tipurile istorice de zidării din piatră sunt: -
zidăriile din piatră brută - piatră spartă sau bolovani de râu
-
zidăriile din piatră de carieră cioplită grosier (moloane)
-
zidăriile din piatră făţuită sau piatră de talie In prezent, cu aceste tipuri de zidării se confruntă în mare parte activitatea de
restaurare, în timp ce normativele actuale privind zidăria portantă exclud (cel puţin în zone seismice) zidăriile care nu sunt realizate din elemente cu forme rectangulare regulate, astăzi produse chiar şi industrial (v. Eurocode 6). Zidărie din piatră brută
Planul unei asize
49
Zidărie din piatră cioplită grosier (moloane)
50
Zidărie din moloane + beton armat
Zidărie din piatră făţuită
Zidărie din piatră de talie Tipuri de apareiaje
51
Tipuri de zidării portante din piatră (conform Normativului italian DM 20.11.1987)
In zone seismice, se admit numai zidării din blocuri rectangulare; la clădiri cu max 2 nivele se admit şi zidării din piatră brută listate la max 160 cm.
Planul unei asize Planul unei asize
52
Aldo Rossi, Casa Alessi, Lago Maggiore, 1989
ALCĂTUIREA MODULARĂ A ZIDĂRIILOR „Ca toate dispozitivele sau instrumentele simple, unitatea de zidărie este un element ingenios al vieţii de zi cu zi”.
1
Cărămida este fecvent indentificată ca fiind primul element de construcţie standardizat, cu dimensiuni şi proporţii prestabilite. Elementul de bază al zidăriei (unitatea, modulul) condiţionează apareiajul zidăriei: modul de ţesere şi dispunerea în asize cu distribuţie regulată a rosturilor depind de o anumită relaţie între părţi cu dimensiuni prestabilite. Dimensiunile elementelor de zidărie alese, cu raportul lor specific lungime-lăţimeînălţime, determină un sistem de coordonare modulară propriu fiecărui proiect. Grosimea pereţilor, lungimea, înălţimea, poziţia şi dimensiunile golurilor sunt definite ca rezultantă a multiplilor modulului de bază. Dimensiunile cărămizii arse au variat în timp şi de la regiune la regiune, dar rareori au depăşit 35 cm în lungime şi lăţime, şi 11 cm în înălţime, pentru a garanta arderea corespunzătoare şi a preveni deformarea excesivă în timpul arderii; în plus, elementele de zidărie trebuie să fie uşor de manipulat (cu o mână). Cu puţine excepţii, această regulă este valabilă şi azi. Dimensiunile elementelor de zidărie sunt întotdeauna indicate în această ordine: lungime x lăţime x înălţime (în mm). Formatele sunt diverse, dar în general se respectă o regulă de bază ce asigură ţeserea:
lungimea = 2 x lăţimea + 1 rost Ca sistem de reguli de compunere (“ţesere”) a elementelor de bază ce asigură „legarea” peretelui pe 3 direcţii, APAREIAJUL se bazează pe acest raport între dimensiunile elementului de bază. Orice zidărie – şi îndeosebi cea aparentă – trebuie să ţină cont de coordonarea dimensională a elementelor de bază, pentru raţionalizarea proiectării şi execuţiei, dar şi pentru obţinerea unui aspect corespunzător (în cazul zidăriilor aparente). In cazul zidăriilor tencuite, elemente de dimensiuni mai mici pot fi obţinute prin tăierea piesei de bază în şantier. In cazul zidăriilor aparente se folosesc elemente speciale cu dimensiuni mai mici standardizate, corespunzătoare unor submultipli ai cărămizii: 3/4, 1/2, 1/4.
1
Ramcke, Rolf, Masonry in Architecture, Masonry Construction Manual, Basel/Boston/Berlin, 2001
53
Proiectul trebuie deci să respecte restricţiile care decurg din ţeserea zidăriei, evitând printr-o corectă dimensionare nevoia de a tăia cărămizi şi de a folosi bucăţi cu dimensiuni speciale.
Dimensiuni modulare şi dimensiuni nominale Dimensiunile modulare (dimensiuni tehnice de coordonare) se referă la elementele de zidărie ‘puse în operă’ şi sunt cele care se folosesc în proiectare. Se bazează pe un sistem modular cu baza 10 cm, ceea ce
Dimensiune modulară (cm)
Dimensiune nominală (mm)
75
63
înseamnă că fiecare dimensiune a cărămizii majorată cu 2 semigrosimi de rost este multiplu de 10 cm; sunt utilizate şi semimodule (5 cm). Dimensiunile nominale sunt dimensiunile utilizate în comerţ pentru a desemna un anumit sortiment de cărămidă sau
10
90
125
115
15
140
20
190
bloc. Sunt determinate în raport cu sistemul modular, scăzând
25
240
grosimea rostului din dimensiunea modulară.
30
290
GROSIMI DE ZIDURI / DIMENSIUNI MODULARE pentru cărămida cu dimensiuni nominale 240 x 115 x 63 Zidărie de ¼ cărămidă
75cm
(63+12 mm)
Zidărie de 1 cărămidă
25cm (240+10 mm)
Zidărie de 1 1/2 cărămizi
375cm
(240+115+10+10mm)
Zidărie de ½ cărămidă
Zidărie de 2 cărămizi
125cm (115 +10 mm)
50cm (240+240+10+10)
Tipuri de apareiaje In cazul cărămizilor, dimensiunile mici ale elementului de bază fac posibile apareiaje diferite, rezultând zidării de diverse grosimi şi cu diverse texturi pe faţa expusă. In regiunile unde cărămida a fost şi este folosită frecvent, s-au utilizat în timp diverse tipuri de apareiaje, cu diverse moduri de dispunere a cărămizilor în alternanţa din cadrul unui rând şi în rândurile suprapuse; diversele apareiaje răspund unor cerinţe structurale şi/sau estetice diverse.
54
Zidărie de 1/2 cărămidă stretcher bond
Zidărie de o cărămidă header bond
flamish bond
55
monk bond
Zidărie de o cărămidă şi jumătate english bond
Zidărie de două cărămizi english bond
56
english cross bond
dutch bond
57
In cazul elementelor de dimensiuni mai mari – blocurile ceramice sau din beton – diferenţierile între apareiaje sunt minore, întrucât în general blocul ocupă toată grosimea zidului. Pentru decalarea rosturilor pe verticală se folosesc local elementele de dimensiuni mai mici obţinute prin tăiere sau elemente speciale (jumătăţi de blocuri).
Blocuri ceramice
Blocuri din BCA
Proiectul trebuie să prevadă dimensiuni stabilite funcţie de dimensiunile modulare ale blocurilor de zidărie.
MODULUL (M) = dimensiunea nominală a blocului + grosimea rostului vertical
Determinarea cotelor A, B, C pentru J = grosimea rostului = 5 mm A (exterior-exterior) = (n x M) – J = (n x M) – 0.5 cm B (interior-interior) = (n x M) + J = (n x M) + 0.5 cm C (exterior-interior) = (n x M)
58
Inălţimea zidăriilor din blocuri trebuie să fie un multiplu întreg al înălţimii modulare a blocului (înălţimea nominală a blocului + grosimea rostului orizontal)
Coordonarea modulară Este un mijloc de a defini dimensiunile spaţiilor arhitecturale şi ale elementelor din care ele sunt realizate, astfel încât să fie posibilă corelarea dimensională între componente produse independent. Are ca efect creşterea eficienţei în proiectarea şi execuţia construcţiilor, şi facilitează întreţinerea.
1
In general, coordonarea modulară are la bază un sistem de axe şi plane de coordonare, bazat pe anumite ‘măsuri’ repetabile şi cumulabile - respectiv un modul (M). Conceptul de “modulare” este foarte vechi. Folosirea modulelor (bazate pe măsuri antropomorfice) ca instrumente de compoziţie şi coordonare dimensională se întâlneşte încă din arhitectura clasică greco-romană. Fără a neglija valabilitatea demonstrată a modulului ca instrument de dimensionare şi compoziţie, conceptul modern de coordonare modulară este legat întâi de toate de industrializarea proceselor constructive. In arhitectura modernă, istoria coordonării modulare începe în 1936, când Albert Farwell Bemis propune un modul (M = 4 inci) pentru construcţiile de serie. In perioada primului război mondial şi anii imediat următori, s-au formulat mai multe propuneri privind valoarea modulului: 1. In Germania – Ernst Neufert propune modulul 1/8 m = 12.5 cm – baza “sistemului octametric”.
1
"Greater productive capacity in the construction industry to meet the demands of an expanding population must be provided by increases in efficiency in the processes and techniques of designing and building. An ultimate objective is the development of a system of construction in which all materials, components, products and equipment fit together simply and easily with minimum alterations required on the job.“ (Modular Practice, 1962, John Wiley & Sons)
59
2. In Franţa – Jean Pierre Paquet propune modulul de 10 cm (aproximând valoarea de 4 inci a lui Bemis) 3. In Suedia – Lennart Bergwall ajunge la aceeaşi propunere ca şi Paquet - modulul de 10 cm (cca 4 inci). Dar abia în 1953 “European Productivity Agency” (organism tehnic al OEEC) lansează un studiu sistematic privind coordonarea modulară (Proiectul EPA 174), la care au participat reprezentanţi ai 11 ţări vest-europene. In prezent, valoarea standardizată pe plan internaţional a modulului de bază (adoptată în 1955 prin Convenţia de la Munchen, în urma studiului amintit) este M = 10 cm. Valorile multimodulelor standardizate pe plan internaţional pentru coordonarea dimensiunilor în plan orizontal sunt: 3 M, 6 M, 12 M, 30 M, 60 M respectiv 30 cm, 60 cm, 1.20 m, 3.00 m, 6.00 m.
Proiectarea modulară Se referă la sisteme de proiectare bazate pe reţele modulare care fac posibilă folosirea şi integrarea unor componente standardizate, produse industrial. Modularea
simplifică
proiectarea,
execuţia,
dar
şi
întreţinerea
construcţiilor
(componentele cu dimensiuni modulare putând fi uşor înlocuite). In general, pentru a realiza economii de costuri, se recomandă folosirea unui număr minim de dimensiuni preferate. Proiectarea modulară este obligatorie în cazul construcţiilor prefabricate.
60
ELEMENTE CONSTRUCTIVE DIN ZIDĂRIE PERETE NEPORTANT (NESTRUCTURAL)
STÂLP
PERETE PORTANT (STRUCTURAL)
PERETE AUTOPORTANT
ARHITRAVĂ (BUIANDRUG)
PERETE DE INCHIDERE SUB NIVELULTERENULUI SCARĂ
BOLTĂ
PERETE DE RIGIDIZARE (DE CONTAVÂNTUIRE) CONTAVÂNTUIRE)
PEREŢI DIN ZIDĂRIE Din perspectiva funcţiei portante, peretele din zidărie poate îndeplini diverse roluri în cadrul construcţiei; astfel, el poate fi: -
perete structural (portant) – atunci când preia forţe verticale şi orizontale care acţionează în planul său
-
perete de rigidizare (de contravântuire) – atunci când nu este încărcat direct cu forţe verticale, dar preia forţe orizontale care acţionează în planul său
-
perete nestructural (neportant) – atunci când nu face parte din structura portantă a construcţiei (poate fi suprimat!)
-
perete de umplutură – la structuri în cadre de b.a.; nu face parte din structura portantă, dar contribuie la rigiditatea laterală a construcţiei şi disiparea energiei 1
seismice (nu poate fi suprimat decât cu măsuri speciale!).
In ceea ce priveşte alcătuirea pereţilor, în timp, în diferite contexte naţionale şi regionale s-au constituit diverse modalităţi de realizare a zidăriilor portante; ele sunt prezentate schematic în cele ce urmează, cu menţiunea că normele actuale au diverse atitudini în raport cu aceste alcătuiri. Specificaţia Eurocode 6 indică faptul că respectivul tip de zidărie este inclus în norma europeană, dar nu este luat în considerare de normele româneşti. Unele din zidăriile prezentate (i, j, k, l), tradiţional folosite în nordul Europei şi în SUA, nu sunt în prezent considerate zidării portante nici de Eurocode 6, nici de anumite normative naţionale (cum sunt, de exemplu, cele din România şi Italia).
1
Conform Normativului CR6-2006.
61
I. Pereţi din zidărie nearmată
I.A_Zidărie simplă (monostrat) (Eurocode 6)
a. Din elemente ce acoperă integral grosimea zidului
c. Idem a – dar cu mortar discontinuu în rosturi (grosime peste 3 mm – 8-15 mm)
b. Din elemente ţesute în grosimea zidului, cu rosturi verticale decalate
d. Idem b – dar cu parament aparent din elemente speciale, amorsate în apareiajul zidului realizat din elemente obişnuite
I.B_Zidărie dublă fără spaţiu intermediar 2 pereţi paraleli asociaţi între ei cu mortar în rost longitudinal cu grosime max 25 mm (Eurocode 6)
e. Conexiune ranforsată cu agrafe metalice transversale (min.2 / mp perete)
62
f. Conexiune ranforsată cu armături în rosturi orizontale
I.C_Zidărie dublă cu spaţiu intermediar (Eurocode 6)
g. Cu miez din mortar sau beton (min.50 mm) + agrafe metalice de asociere a paramentelor
h. Cu spaţiu de aer sau umplutură din material termoizolant; pereţii pot fi asociaţi cu armături orizontale înglobate în mortarul din rosturi Variante: - Ambii pereţi sunt portanţi - Unul din pereţi este portant, celălalt autoportant (min.70 mm) cu rol de parament
I.D_Alte tipuri de zidării duble cu spaţiu intermediar: zidăriile articulate
Sunt zidării cu pereţii paraleli între care conexiunile sunt realizate cu elemente de zidărie dispuse transversal. Prezintă risc de ruptură prin mecanisme locale de cedare, la nivelul elementelor de legătură. Tradiţional folosite în nordul Europei şi SUA (unele tipologii au fost folosite şi în România interbelică – ex. zidăria „americană”, fig.i), în prezent NU sunt considerate zidării portante de către Eurocode 6.
i. Conexiuni din cărămizi pe cant; golul nu e continuu pe nici o direcţie
j. Conexiuni din cărămizi aşezate orizontal; gol continuu pe direcţie orizontală
63
k. Conexiuni din elemente de zidărie transversale la câteva asize; de regulă unul din pereţi este portant.
l. Pereţi cu grosime redusă, la distanţă relativ mare, asociaţi cu zidării transversale (‘contraforţi’) Sistemul permite realizarea unor zidării portante cu înălţimi foarte mari, pereţii fiind asociaţi sus şi jos cu centuri de b.a.
II. Pereţi din zidărie armată Ideea armării zidăriilor pentru a le conferi o mai bună rezistenţă la întindere (acţiuni orizontale) şi o ductilitate superioară de natură să reducă riscul fisurării, este foarte veche. Din timpuri străvechi s-au utilizat zidării care înglobează elemente din lemn sau metal, capabile să preia întinderi. Unele rezolvări care anticipează în mod direct soluţiile actuale se situează în secolele XVII şi XVIII, în legătură cu problemele ridicate de realizarea cuplolelor din zidărie. Dar apariţia zidăriei armate ca tehnologie constructivă poate fi fixată la sfârşitul secolului XIX, odată cu diversele inovaţii şi experimente privind cimentul armat. In această perioadă, primele utilizări ale zidăriei armate apar în Franţa şi se datorează arhitectului Anatole de Baudot care aplică noua soluţie la unele locuinţe de lângă Paris şi la biserica Saint Jean de Montmartre din Paris.
Anatole de Baudot, Saint Jean de Montmartre, Paris, 1897 – 1904. Inchideri din zidărie armată. Armături din bare Ø 3 mm înglobate în mortar de ciment, dispuse în golurile cărămizilor şi în rosturile orizontale
64
Zidăriille armate s-au răspândit cu precădere în ţările confruntate cu probleme seismice, ceea ce impune restricţii importante pentru utilizarea zidăriilor simple, nearmate. In continuare sunt prezentate tipurile de zidării armate utilizate în prezent.
II.A_Zidăria confinată
II.B_Zidăria cu inima armată
65
II.C_Alte tipuri de zidării armate (Eurocode 6)
Zidărie cu armătură orizontală difuză în rosturi orizontale
Zidărie cu armătură orizontală difuză, dispusă în elemente tip U apte să formeze centuri continui din b.a
66
Zidărie cu armătură verticală difuză în blocuri cu goluri, dispusă la interax redus (corespunzător dimensiunii blocului)
Zidărie cu armătură orizontală şi verticală difuză, înglobată în mortar
Zidărie cu armătură difuză în goluri create prin modul de ţesere a cărămizilor şi umplute cu beton
67
III. Pereţi din zidărie precomprimată (Eurocode 6) Zidăria
precomprimată
este
o
zidărie
căreia i-au fost induse în mod deliberat eforturi de compresiune prin intermediul cablurilor înglobate şi tensionate;
aceste
eforturi
de
compresiune
anulează eforturile de întindere ce pot apărea în utilizare.
STÂLPI DIN ZIDĂRIE
Antoni Gaudi, Palau Güell, Barcelona (1886 – 1890)
68
Stâlpi din zidărie simplă
Coloană la Basilica din Pompei (120 î.H)
Stâlpi din zidărie armată
69
ZIDURI DE SPRIJIN Probleme specifice: -
preluarea împingerilor pământului
-
colectarea apelor meteorice din pământ
Pot fi realizate din:
70
-
zidărie simplă – cu grosime variabilă (a, b)
-
zidărie armată (c)
Zid de sprijin din blocuri de beton cu montaj uscat (AB Retaining Walls)
71
PEREŢI LIBERI AUTOPORTANŢI Pot fi realizaţi din: -
-
zidărie simplă, nerarmată -
cu grosime constantă
-
cu „contraforţi”
zidărie armată
Zidărie autoportantă de ½ cărămidă cu contraforţi dispuşi simetric faţă de grosimea peretelui, la interax de cca 2 m
Zidărie autoportantă din blocuri de beton cu montaj uscat (AB Fence™System) Local, sunt prevăzute armături în rosturi orizontale înglobate în mortar
72
PROIECTAREA CONSTRUCŢIILOR DIN ZIDĂRIE Compoziţia spaţială a construcţiilor tradiţionale din zidărie este evident influenţată de tehnica constructivă devenită principiu ordonator al proiectului: -
construcţia este organizată din ‘celule’ delimitate de pereţi, conform unor criterii dictate de ordinea structurală, de slaba rezistenţă la întindere a zidăriilor şi de dimensiunile limitate ale elementelor ce formează structura orizontală;
-
dimensiunile şi poziţiile golurilor sunt restricţionate din raţiuni constructive şi structurale;
-
stabilitatea la solicitări impune organizări spaţiale pe cât posibil simetrice şi care să
ofere
trasee
continui
pentru
transportul încărcărilor către terenul de
A. Palladio, Villa Rotonda, cca.1570
fundare. Aceste caracteristici sunt indicate şi de normele actuale de proiectare. In cazul României, Codul de proiectare a structurilor din zidărie din CR6-2006 şi capitolul referitor la proiectarea structurilor din zidărie în zone seismice din Normativul P100-1/2006, prevăd o serie de cerinţe stricte de conformare a clădirilor şi de alcătuire a principalelor subansambluri structurale (pereţi, planşee, infrastructură).
CONCEPŢIA DE ANSAMBLU A CLĂDIRILOR1 Forma în plan a clădirii Se recomandă partiuri cu: -
formă aproximativ simetrică în raport cu 2 direcţii ortogonale;
-
formă compactă şi contur regulat;
-
retrageri şi proeminenţe reduse (sub 10% din aria planşeului sau sub 1/5 din dimensiunea laturii respective).
1
Conform CR6-200 şi P100-1/2006, Cap.8 - Construcţii din zidărie în zone seismice 6.
73
Separarea clădirii în tronsoane (prin rosturi) este necesară dacă: -
forma în plan are neregularităţi care depăşesc limitele admise
-
lungimea clădirii depăşeşte 50 m
-
terenul pe care este amplasată clădirea prezintă neregularităţi (de stratificaţie, de consistenţă, umpluturi locale etc).
Dispunerea pereţilor structurali în plan Trebuie să asigure “regularitatea mecanică”; ca atare, pereţii structurali se dispun: -
pe două direcţii ortogonale;
-
cât mai uniform / fără disimetrii importante.
Sumele ariilor nete de zidărie ale pereţilor pe cele două direcţii principale ale clădirii trebuie să fie aproximativ egale.
Funcţie de densitatea pereţilor structurali se deosebesc două tipuri de structuri: a) Structuri cu pereţi deşi (sistem fagure) Pereţii structurali separă principalele încăperi.
-
înălţimea de nivel ≤ 3,20 m;
-
distanţele maxime între pereţi, pe cele două direcţii ≤ 5,00 m;
-
aria celulei formate de pereţii structurali ≤ 25,00 mp.
74
Se admite suprimarea locală a unui perete structural, cu condiţia suprimării lui şi la nivelele superioare. b) Structuri cu pereţi rari (sistem celular) Pereţii structurali se dispun, de regulă, la limita între unităţile funcţionale (ex. între apartamente).
-
înălţimea de nivel ≤ 4,00m;
-
distanţele maxime între pereţi, pe cele două direcţii ≤ 9,00 m;
-
aria celulei formate de pereţii structurali ≤ 75,0 mp.
Stabilirea materialelor şi a tipului de zidărie I. Zidării nearmate (ZNA) II. Zidării armate (ZC, ZC+AR, ZIA) unde:
ZNA = zidărie nearmată ZC = zidărie confinată ZC+AR = zidărie confinată şi armată în rosturile orizontale ZIA = zidărie cu inima armată
Numărul de nivele Se limitează funcţie de: -
zona seismică
-
regularitatea structurii
-
densitatea pereţilor structurali
-
tipul zidăriei (ZNA, ZC, ZC+AR, ZIA)
-
materialele de zidărie
-
importanţa (funcţiunea) clădirii ZNA din cărămizi ceramice: P ... P+2 (inclusiv mansarda!) ZC, ZC+AR, ZIA din cărămizi ceramice: P+1 ... P+4 ZC, ZC+AR, ZIA din blocuri ceramice cu goluri: P ... P+3 ZC din BCA GBN50: P ... P+1
Regularitatea structurală în elevaţie -
înălţimile nivelurilor trebuie să fie constante sau cu variaţii de max. 20%;
-
dimensiunile pereţilor structurali trebuie să fie constante la toate nivelurile supraterane sau cu variaţii limitate:
75
-
reducerea lungimii unui perete faţă de nivelul inferior max. 20%
-
reducerea ariilor nete totale de zidărie la nivelurile superioare (pentru clădirile cu n≥3) max. 20% din aria zidăriei de la parter
-
aria planşeelor trebuie să fie constantă la toate nivelurile clădirii;
se acceptă
reduceri de arie de cca 10-15% la nivelele superioare, cu condiţia ca traseul de scurgere a încărcărilor către
NU!
fundaţii să nu fie întrerupt.
- fără niveluri ‘slabe’ (cu rigiditate şi/sau rezistenţă mai mică)
Grosimea pereţilor structurali Se stabileşte prin calcule de specialitate, în raport cu cerinţe de: -
siguranţă structurală;
-
izolare termică şi economie de energie (pentru pereţii exteriori);
-
izolare fonică;
-
protecţie la foc.
Grosimea minimă a unui perete structural: 25 cm (1 cărămidă) Raportul între înălţimea etajului (hetaj) şi grosimea peretelui (t) trebuie să satisfacă următoarele condiţii: -
la zidăria nearmată (ZNA): h etaj / t ≤ 12;
-
la zidăria confinată (ZC) şi zidăria cu inimă armată (ZIA): h etaj / t ≤ 15.
Caracterul spaţial al construcţiilor din zidărie Se asigură prin: a) Legăturile dintre pereţii structurali de pe cele două direcţii, la colţuri, intersecţii şi ramificaţii; funcţie de tipul zidăriei, se realizează prin: -
ţeserea zidăriei;
-
armături aşezate în rosturile orizontale;
-
stâlpişori de beton armat.
b) Legăturile între planşee şi pereţii structurali - realizate cu centuri de b.a. turnate pe toţi pereţii.
76
CERINŢE CONSTRUCTIVE I. Cerinţe constructive pentru zidării nearmate (ZNA) I.A_Zidării din cărămidă, corpuri ceramice, blocuri din beton
1
Conform CR6-2006 şi P100-1/2006, în România pot fi utilizate zidării nearmate monostrat la construcţii cu max. P+2 nivele – funcţie de zona seismică şi materiale – cu respectarea următoarelor condiţii: -
conformare regulată a clădirii
-
pereţi structurali deşi (sistem fagure)
-
funcţiuni curente, de mică importanţă
-
înălţimea de nivel ≤ 3,00 m
Aceste zidării trebuie să îndeplinească anumite cerinţe constructive. La nivelul fiecărui planşeu al construcţiei, indiferent de modul de realizare a acestuia (b.a., lemn) trebuie prevăzute centuri din beton armat. Inălţimea minimă a centurilor este: -
la pereţii interiori: egală cu grosimea plăcii planşeului
-
la pereţii exteriori şi cei de la casa scării: dublul grosimii plăcii planşeului
Lăţimea centurilor este în general egală cu grosimea pereţilor (min. 25 cm); la pereţii exteriori lăţimea centurii poate fi mai mică decât a peretelui (2/3 din grosimea pereţilor şi min. 25 cm)
Perete zidărie Placă b.a.
Placă b.a.
h
2h Centură b.a.
Centură b.a.
Centură b.a.
1
Conform CR6-2006
77
I.B_Zidării din piatră
1 – zidărie din piatră făţuită cu umplutură 2 – umplutură din pietriş şi piatră spartă + mortar de ciment şi nisip 3 – legătură transversală (butisă) din piatră sau bloc de b.a. turnat in situ 4 – armături Ø12 5 – etrieri Ø 8
Zidărie din piatră Zidărie din piatră Placă b.a.
Placă b.a.
Centură b.a. Centură b.a.
Centură b.a.
II. Cerinţe constructive pentru zidării armate Conform CR6-2006 şi P100-1/2006, zidăriile armate (ZC, ZC+AR, ZIA) pot fi utilizate la construcţii cu max. P+4 – funcţie de zona seismică, densitatea pereţilor structurali şi materialele folosite.
78
II.A_Zidăria confinată (ZC)
1
Dispunerea stâlpişorilor de b.a. -
la capetele libere ale fiecărui perete;
-
de ambele părţi ale oricărui gol cu suprafaţa ≥ 2.5 mp (ex. uşă 1.20x2.10 m);
-
pe conturul construcţiei la toate colţurile - intrate şi ieşite;
-
în lungul peretelui - la max. 4.00 m interx (max. 5.00 m la sistem fagure);
-
la intersecţiile pereţilor - dacă cel mai apropiat stâlpişor este la >1.50 m;
-
în toţi şpaleţii care nu au lungimea minimă normată
Secţiunea transversală a stâlpişorilor:
1
-
aria secţiunii transversale ≥ 625 cm → min 25 x 25 cm
-
latura minimă - 25 cm
2
Conform CR6-2006
79
Dispunerea centurilor: -
la nivelul fiecărui planşeu indiferent de modul de realizare a acestuia (b.a., lemn)
-
şi în poziţie intermediară (între planşee) -
la construcţiile etajate cu pereţi rari (în ‘sistem celular’)
-
la construcţiile tip ‘hală’ (cu deschideri 9.00÷15.00m şi înălţimi 6.00÷8.00m)
Centurile sunt continui pe toată lungimea pereţilor şi formează contururi închise. Continuitatea centurilor poate fi întreruptă - cu măsuri speciale - în dreptul casei scării.
Secţiunea transversală a centurilor:
80
–
aria secţiunii transversale: ≥ 500 cm → min 25 x 20 cm (lxh)
–
lăţimea (l): min.25 cm şi cel puţin 2/3 din grosimea peretelui
–
înălţimea (h): min.20 cm
2
Realizarea stâlpişorilor şi centurilor din b.a. – odată cu realizarea zidăriei.
81
II.B_Zidăria cu inima armată (ZIA)
─
1
grosimea pereţilor de cărămidă: min. ½ cărămidă x 2 (min.115 mm x 2)
─
grosimea stratului median (beton sau mortar-beton): min.10 cm
REALIZAREA GOLURILOR IN PEREŢI DIN ZIDĂRIE
Arc fals
Arc
Arhitravă în arc plat
Buiandrug
1
Conform CR6-2006
82
Goluri în arc Arce din cărămidă
Dispunerea cărămizilor
a) dispunere radială b) dispunere în 2 inele concentrice c) dispunere într-un singur inel din elemente speciale în formă de pană
Tipuri de arce
d) arc eliptic radial, de o cărămidă e) arc în plin cintru radial, de o cărămidă f) arc plat (‘anse de panier’) cu inele concentrice, de 2 cărămizi grosime
83
Realizarea arcelor din cărămidă
I. Poziţionarea cintrului
II. Aşezarea cărămizilor, de la extremităţile arcului către centru
Arce din piatră de talie
a) arc în plin cintru cu grosime constantă b) arc plat c) arc în plin cintru cu grosime variabilă d) arc frânt cu grosime variabilă e) - f) conformarea pietrelor pentru aliniere la asizele zidăriei
84
III. Inchiderea arcului şi dezarmarea cintrului
Arhitrave în arc plat
Arhitrave în arc plat din cărămidă
Arhitrave în arc plat din piatră de talie
85
Buiandrugi (arhitrave, lintouri)
a) Buiandrug din b.a. b) Buiandrug din b.a. în cofraj ceramic. c) Buiandrug prefabricat din b.a. precomprimat în cofraj ceramic. d) Buiandrug din b.a. înglobat în zidărie. e) Buiandrug din 2 profile laminate de oţel + termoizolaţie interpusă. f) Buiandrug din elemente ceramice + armătură în mortar de ciment. g) Buiandrug din profil metalic îmbrăcat cu elemente ceramice.
86
a) Buiandrugi prefabricaţi din b.a. precomprimat, în cofraj ceramic
b) Zidărie armată + buiandrugi prefabricaţi din b.a. precomprimat în cofraj ceramic
c) Zidărie armată + centură b.a.
Arhitrave din zidărie armată. Meinhard Von Gerkan, Parcare, Bremen, 1983–1984.
87
Prevederi constructive privind golurile în pereţi structurali din zidărie1 -
-
Raportul plin/gol în plan se limitează funcţie de: -
zona seismică;
-
numărul de niveluri;
-
poziţia peretelui în clădire
Golurile se dispun, de regulă, pe aceeaşi verticală la toate nivelurile. (Se admite dispunerea decalată, cu anumite condiţii de distanţe.)
-
Se recomandă ca şpaleţii să aibă lungimi egale sau cât mai apropiate; la pereţii lungi, şpaleţii cu dimensiuni mult diferite se dispun alternativ.
-
Lungimea şpaleţilor este condiţionată de înălţimea golurilor adiacente, grosimea peretelui şi tipul de zidărie; când nu se poate respecta lungimea minimă, se introduc stâlpişori de b.a.
-
Se recomandă ca dimensiunile şpaleţilor să fie multiplu de ½ din lungimea ‘elementului legat’ din zidărie. Condiţia este obligatorie pentru zidării din blocuri.
Dimensiuni minime ale şpaleţilor
h
L
1
Conform CR6-2006.
88
l
L
l
ZNA
≥ 0.6h ≥ 1.20m
≥ 0.5h ≥ 1.00m
ZC
≥ 0.5h ≥ 1.00m
≥ 0.4h ≥ 0.80m
ROSTURI DE CONTROL IN PEREŢI DIN ZIDĂRIE Variaţiile dimensionale ale materialelor de zidărie trebuie luate în considerare în proiectul de arhitectură; în zidării trebuie prevăzute rosturi astfel poziţionate şi realizate încât să ‘absoarbă’ deformaţiile fără degradări. Rosturile de contracţie Privesc zidăria din blocuri de beton (cu mişcări de contracţie pe parcursul procesului lung de întărire a betonului), dar şi zidăriile din piatră de carieră puse în operă înaintea unei uscări adecvate. Rosturile de contracţie sunt predispuse deschiderii. Această deschidere nu trebuie să devină o fisură sau o fractură care să afecteze etanşeitatea peretelui. In acest scop, în rost se utilizează materiale “expandabile” (ex. cordoane din fibre bituminoase). Rosturile de expansiune (de dilatare) Mişcările de expansiune privesc: -
dilatarea termică - în acest caz mişcările sunt reversibile;
-
dilatarea higrometrică - din absorbţia de umiditate (cazul anumitor materiale ceramice); deformaţiile se manifestă în timp îndelungat şi sunt ireversibile.
In acest caz rostul tinde să se închidă; ca atare în rost se folosesc materiale compresibile.
89
Rost de control în zidărie din elemente ceramice
Alvaro Siza, Vitra Factory, Weil 2006
90
am
Rhein,
Germany,
DE LA PROIECT LA REALIZAREA CONSTRUCŢIEI Proiectul de execuţie Proiectul pentru obţinerea autorizaţiei de construire (PAC) cuprinde: planul de situaţie; planurile de arhitectură pentru toate nivelurile constructiei; planul de invelitoare; o secţiune caracteristică; toate faţadele; planul de săpătură; planul de fundaţii; memoriu tehnic (de arhitectură, rezistenţă, instalaţii). Cu excepţia planului de situaţie, toate piesele desenate sunt redactate la sc.1/50, respectând convenţiile de reprezentare pentru execuţie.
Plan parter sc.1/50
91
Pregătirea terenului de amplasament După operaţiunile de curăţare şi defrişare, terenul de amplasament rezultă denivelat; în continuare este necesar să fie adus la o formă cât mai plană care să permită începerea lucrărilor de trasare şi executare a fundaţiilor. In proiectul de execuţie trebuie precizată cota terenului sistematizat (CTS) pe care se va face trasarea sistemului modular de axe. Lucrările care conduc la realizarea platformei orizontale
pe
care
se
aşează
construcţia sunt lucrări de săpătură (debleu)
şi/sau
de
umplutură
de
pământ (rambleu). Aceste lucrări se numesc
lucrări
de
sistematizare
verticală a terenului de amplasament; platforma astfel obţinută se numeşte platforma terenului sistematizat.
Proiect de sistematizare verticală
Trasarea săpăturii generale
92
Realizarea săpăturii generale
Săpătură generală executată cu excavatorul. Când adâncimea depăşeşte 1.50 m, este necesară o sprijinire cu căptuşeală orizontală.
Sprijinire cu profile metalice verticale susţinute de un cablu întins 1. Profile metalice la 1.50–2.50 m distanţă 2. Longrine 3. Platelaj vertical 4. Eventuală betonare a profilului metalic
Sprijinire cu şpraiţuri oblice 1. Şpraiţuri înclinate la 1.50-2.50 m distanţă 2. Căptuşeală cu panouri verticale 5-8 cm gr. 3. Contravântuire verticală şi longitudinală 4. Rezemare pe talpă sau radier din beton
Protecţia săpăturii generale contra apei Atunci când fundul săpăturii generale este deasupra nivelului pânzei freatice, eliminarea apelor pluviale şi de infiltraţie se face cu pantă către un canal colector şi pompă de evacuare, în punctul de cotă minimă. Dacă fundul săpăturii este sub nivelul pânzei freatice, se realizează incinte etanşe din elemente special profilate (realizate din lemn, beton armat sau metal) numite palplanşe; din incinta etanşă apa se evacuează cu pompe speciale amplasate pe conturul săpăturii, executându-se epuismente. 1. Înălţime de refulare; 2. Înălţime de aspirare; 3. Pantă care adună apa; 4. Materii flotante; 5. Sorb în zonă fără materii solide; 6. Materii grele.
93
Trasarea construcţiei Trasarea este prima etapă a lucrărilor pregătitoare pentru realizarea fundaţiilor. Prin trasarea constructiei se întelege, în principal, trasarea sistemului modular de axe, format din axe transversale (notate în general cu cifre - 1, 2, 3 etc) şi axe longitudinale (notate în general cu litere mari - A, B, C etc). De regulă cel care execută operaţiunea de trasare este topograful autorizat; folosinduse de aparate speciale (aparatura topografică), el transpune în teren elementele de geometrie din proiect, pe baza planului de trasare întocmit de proiectant.
Plan de trasare sc.1/50
94
Teodolit: instrument optic pentru măsurarea unghiurilor orizontale şi verticale, alcătuit dintr-o lunetă care se poate roti în faţa unui cadran împărţit în grade, folosit în lucrările de geodezie şi topografie.
95
Materializarea punctelor caracteristice determinate se face cu ţăruşi de lemn sau picheţi metalici. La construcţiile importante se folosesc borne din beton; ele au la partea superioară o plăcuţă metalică cu o cruce imprimată care marchează punctul considerat.
Ţăruş de lemn + apărătoare
Bornă din beton
Trasarea axelor se poate face cu balize locale sau cu un profil continuu, pe tot conturul viitoarei construcţii.
Baliză (martor) pentru trasarea axelor
In imaginile următoare este reprezentată trasarea sistemului modular de referinţă cu profil continuu pe întregul contur al viitoarei construcţii. Axele 1 - 4 şi axele A - C sunt materializate prin fire (cabluri sau sârme) şi poziţionate pe profilul continuu. Proiecţia în plan a acestor fire este tocmai sistemul de axe principal. Axele se coboară pe suprafaţa terenului cu firul cu plumb sau cu aparatele topografice. Marcarea pe teren se face cu vopsea.
96
97
După trasarea axelor, se încep lucrările de fundaţii, respectiv săpăturile pe axele de referinţă. Pe axul B din imaginea anterioară este exemplificată trasarea şanţului continuu cu lăţimea stabilită prin proiect. Marginile săpăturii se marchează cu dulapi fixaţi cu ţăruşi.
Realizarea săpăturilor la şanţurile de fundaţii I. Săpături cu pereţi nesprijiniţi
Săpături cu pereţi verticali
Săpături cu pereţi în taluz
Numai în terenuri coezive şi pe adâncime relativ mică (1.5 - 2 m), deasupra nivelului apelor freatice
In orice fel de teren, pentru suprafeţe şi adâncimi de fundare mari.
II. Săpături cu pereţi sprijiniţi Sprijinirea pereţilor verticali ai săpăturii este obligatorie în toate situaţiile în care nu sunt îndeplinite condiţiile ce ar permite executarea săpăturii fără sprijiniri. Faţă de săpăturile cu pereţi în taluz, au ca avantaj reducerea amplorii săpăturii.
Sprijiniri orizontale ─
Sprijiniri orizontale, cu şpraiţuri orizontale
Căptuşeală discontinuă din scânduri orizontale 1. Adâncime peste 1.50 – 2.00 m; 2. Lăţimea minimă normată; 3. Depăşire min.5 cm; 4. Zonă de circulaţie min.1m; 5. Căptuşeală scânduri orizontale 4-5 cm grosime; 6. Şpraiţuri din lemn; 7. Zonă fără sprijinire 40 – 80 cm
98
Căptuşeală continuă din scânduri orizontale
─
Sprijiniri orizontale cu şpraiţuri orizontale şi piloţi de lemn
Căptuşeală discontinuă din scânduri orizontale
Căptuşeală continuă din scânduri orizontale
Sprijiniri verticale Sunt necesare în terenuri cu coeziune slabă şi unde există riscul unor infiltraţii de apă.
şpraiţ pop
pop
longrină
longrină
Căptuşeală din scânduri verticale încastrate în pământ. Necesită longrine (în general din bile Ø 18 cm) şi popi verticali care să prevină deplasarea pe verticală a longrinelor şi şpraiţurilor.
99
Căptuşeală discontinuă din scânduri verticale
Căptuşeală continuă din scânduri verticale
Şpraiţuire „pe paşi” – la săpături de mare adâncime în terenuri slab coezive.
1. Traverse peste săpătură; 2. Talpă de repartiţie; 3. Cabluri sau lanţuri de suspendare; 4. Căptuşeală din dulapi introduşi înclinat; 5. Longrină; 6. Scoabă; 7.
Pană;
8.
Şpraiţuri;
9.
Scândură de rezemare–calare; 10. Pop care susţine longrina şi menţine cadrul în poziţie; 11. Eventuală calare; 12. Căptuşeală în curs de punere în poziţie; 13. Talpă de repartiţie
100
TIPURI DE CONSTRUCŢII DIN ZIDĂRIE Evoluţia arhitecturii din zidărie a fost marcată în timp de diverse încercări de a ieşi din tiparele consacrate de tradiţie. Astfel, dincolo de tradiţionala construcţie din „celule” delimitate de pereţi portanţi, în a doua jumătate a secolului XIX şi mai ales pe parcursul secolului XX s-au 1
conturat mai multe tipuri de construcţii din zidărie ; chiar dacă aria de utilizare a unora din respectivele tipuri a fost şi este limitată, sau respectivele construcţii au avut doar un caracter de experiment unic, aceste categorii tipologice sunt interesante prin modul inedit de a utiliza zidăria în contextul unor concepţii arhitecturale particulare.
Construcţia din «celule» După cum s-a mai arătat, construcţia din „celule” este tipică pentru zidărie: ea presupune un sistem de spaţii complet închise, delimitate de pereţi portanţi, ale căror legături – între ele şi cu exteriorul – constau în goluri izolate de uşi şi ferestre, cu dimensiuni reduse. Aspectul general al clădirii sugerează – din diverse motive – o sumă de “celule”. Construcţia din “celule” foloseşte la maximum posibilităţile zidăriei: toţi pereţii sunt încărcaţi egal şi îşi asigură reciproc stabilitatea; ca atare dimensiunile lor pot fi minimizate (cel puţin din punct de vedere al funcţiei portante). In ceea ce priveşte partiul, opţiunile sunt însă limitate. Este cel mai vechi tip de construcţie, generat de constrângerile impuse de materialele şi tehnicile disponibile: zidăria cu asize regulate, având planşee din lemn, care până la sfârşitul sec.XIX a constituit “regula”. Planşeul de b.a. a generat ulterior noi posibilităţi de utilizare optimizată a sistemului constructiv tradiţional. Caracteristici
şi
criterii
generale
de
alcătuire: -
dimensiuni limitate ale spaţiilor
-
relaţii spaţiale şi partiuri limitate la câteva variante
-
dimensiuni şi poziţii restricţionate ale golurilor în pereţii portanţi
Deşi astăzi posibilităţile constructive sunt mult mai largi, frecvent se impune respectarea unor condiţii de acest fel din considerente economice. Dar, atâta timp cât criteriile de proiectare urmează
Robert Mallet-Stevens, vila Martel, Paris, Franţa, 1926-1927
1
După Deplazes, Andrea, Constructing Architecture. Birkhauser, Basel, 2005.
101
însăşi logica constructivă, clădirile evidenţiază o remarcabilă claritate în organizarea internă, ca şi în aspectul general. O dovadă în acest sens sunt construcţiile compacte ale anilor ’20-’30 – îndeosebi locuinţe – între care pot fi găsite multe exemple de o remarcabilă calitate arhitecturală.
3
2
P
1 Adolf Loos, Casa Möller, Viena, Austria, 1928
Construcţia din «cutii înşiruite» Este vorba de construcţii unde mai mulţi pereţi portanţi paraleli delimitează o succesiune de spaţii de tip “cutie” identice. Opţiunea pentru acest tip de construcţie poate fi legată de realizarea unor clădiri cu spaţii repetitive sau cu o orientare preferenţială (însorire, privelişte); o altă motivaţie (care a generat numeroase exemple interesante din punct de vedere arhitectural) a fost nevoia crescută de a construi clădiri de locuit economice şi simple din punct de vedere tehnic, asociată dorinţei de a obţine forme cu calităţi estetice. Primele construcţii din ”cutii înşiruite” au luat naştere în contextul realizării marilor ansambluri de locuinţe sociale ale anilor ’20 şi ’30 – cum sunt cele proiectate de Bruno Taut, Martin Wagner, Ernst May, J. J. P. Oud – influenţate
de
metodele
de
producţie
industrializate. Jacobus Johannes Pieter Oud, De Kiefhoek, Rotterdam, 1925
102
J.J.P. Oud, Weissenhofsiedlung, Stuttgart, 1927
103
S
P
1
2
Bruno Taut, Waldsiedlung, Onkel Toms Hütte, Berlin- Zehlendorf, 1929
104
Caracteristici şi criterii de alcătuire (ce limitează domeniul de utilizare): -
lăţimi ale încăperilor şi clădirilor limitate la deschideri impuse de materiale, economicitate etc (ex. planşee pe o direcţie)
-
compartimentări portante, deci grele – cu bune calităţi de izolare acustică (“ecranare” spre vecini)
-
pereţi exteriori fără restricţii costructive, maximum de lumină posibilă
-
planuri adânci şi raport favorabil închideri / volum încălzit.
Din punct de vedere constructiv, sistemul presupune o succesiune de pereţi portanţi transversali faţă de axa lungă a construcţiei. Dar nevoia de stabilitate în direcţie longitudinală face ca numeroase normative naţionale să impună prezenţa unor pereţi longitudinali. Ca atare, sistemul din cutii înşiruite are o utilizare limitată (acolo unde normele permit) sau este folosit în asociere cu alte tipuri constructive.
Atelier 5, Locuinţe Flamatt 1, Berna, Elveţia, 1957-58
DKV Architekten, Ansamblu rezidenţial la Breda, Olanda, 1995-1996
105
Construcţia cu pereţi izolaţi In contrast cu acumularea de „celule” sau înşiruirea de „cutii” paralele, acest tip de construcţie evidenţiază o poziţionare liberă a pereţilor portanţi sub structura orizontală. Intrucât aceşti pereţi portanţi nu înconjoară complet spaţiile (nu formează “celule” închise) se creează spaţii delimitate parţial de zidării şi parţial de elemente nestructurale (ex. compartimentări din sticlă); Construcţia se caracterizează prin deschidere şi interconectare spaţială fluidă (imposibile la construcţiile din “cutii înşiruite” şi mai ales la cele din “celule”); spaţiul este continuu, „curge” în interiorul clădirii şi trece dincolo de limitele ei materiale, prelungindu-se în exterior. Proiectul lui Mies van der Rohe pentru o casă la ţară din zidărie de cărămidă (1923) este un exemplu semnificativ. Pereţii devin elemente de compoziţie şi, prin prelungirea lor în exterior,
leagă
clădirea
de
contextul său. In locul golurilor decupate (tipice pentru sistemul din “celule”), porţiuni întregi de pereţi
lipsesc
pentru
a
crea
deschideri ample.
Construcţia cu pereţi portanţi izolaţi presupune existenţa unor structuri orizontale adaptate la condiţii variate de preluare şi transfer al încărcărilor. Restricţiile tehnice ce restrâng posibilităţile de realizare a unor construcţii de acest tip din zidărie se referă la faptul că poziţia
106
liberă a pereţilor conduce la eforturi locale mari (la capetele pereţilor sau în anumite puncte unde trebuie preluate încărcări concentrate din elementele orizontale); ca atare, realizarea unor construcţii de acest fel din zidărie omogenă este posibilă numai în condiţii speciale (variind grosimea pereţilor şi stâlpilor). Cu toate acestea, dorinţa de a putea concepe clădirile nu ca sume de entităţi “autonome”, ci mai curând ca succesiune de spaţii şi legături interior-exterior, a generat în perioada de început a arhitecturii moderne construcţii de zidărie remarcabile din această categorie. Catalizatorul acestei direcţii a fost Frank Lloyd Wright, care, cu “casele preeriei”, a stabilit un veritabil “standard”: spaţiile interioare, joase şi ample, se interpătrund, iar terasele şi grădinile se contopesc.
F. L. Wright, Rosenbaum House, Alabama, 1939. “The Purest Usonian”
107
Construcţia cu schelet In 1836, arhitectul Karl Friedrich Schinkel a realizat la Berlin construcţia Academiei de Arhitectură (azi dispărută) având un sistem constructiv de tip schelet format din stâlpi şi bolţi plate de zidărie (fără pereţi portanţi!). Clădirea se baza pe o tramă de 5.50 x 5.50 m; în nodurile reţelei se aflau stâlpi din zidărie pe care descărcau bolţile. Ansamblul construcţiei era rigidizat cu tiranţi din fier forjat şi arce din zidărie pe două direcţii, legând stâlpii. Planurile clădirii evidenţiază felul în care reţeaua de stâlpi a influenţat partiul. Faţă de construcţiile moderne cu schelet – bazate pe materiale rezistente la întindere din încovoiere – posibilităţile elementelor de zidărie sunt extrem de limitate. Schinkel a reuşit totuşi să exploateze la maximum cărămida ceramică tradiţională, atingând o incredibilă claritate şi unitate din punct de vedere arhitectural şi tehnologic. Dar, în condiţiile unui teren de fundare slab, conformarea construcţiei (stâlpii diferit încărcaţi) a condus la apariţia unor tasări locale importante şi avarieri grave care în anii ’60 au determinat demolarea construcţiei.
Karl Friedrich Schinkel, Academia de Arhitectură, 108
Berlin, 1836 (demolată în 1961-1962)
BETONUL, UN MATERIAL ASOCIAT CU MODERNITATEA Marile inovaţii de la sfârşitul secolului XIX şi începutul secolului XX Deşi originile sale se situează în antichitatea romană, naşterea betonului armat ca material de construcţie modern are loc în a doua jumătate a secolului XIX în directă legătură cu evoluţia tehnologiei de producere şi punere în operă a cimentului Portland care în această perioadă devine un produs industrial. Inţelegerea comportamentului rezistent al betonului armat şi a avantajelor sale ca material de construcţii – îndeosebi buna comportare la foc şi economicitatea – a făcut ca în perioada 1880 – 1890 să apară numeroase patente destinate exploatării comerciale a noului material, la început sub formă de elemente de construcţii, ulterior în sisteme constructive complete din beton armat.
Brevete de invenţie de la sfârşitul secolului XIX privind utilizarea b.a. în construcţii (după Paul Christophe, Le Béton Armé, 1902)
Nodul structural grindă – stâlp 1
Sistemul Hennebique , 1892
1
François Hennebique, inginer francez, 1842 – 1921.
109
G. Mattè-Trucco, Uzinele FIAT, Lingotto-Torino, 1916 – 1926 Schelet de beton în sistem Hennebique
Placa fără grinzi pe stâlpi cu capitel (planşeul-ciupercă) 1
Sistemul Maillart , 1909
Robert
Maillart,
Giesshübel
Strasse,
Depozit, Zurich,
Elveţia, 1910
1
Robert Maillart, inginer şi antreprenor elveţian, 1872 – 1940.
110
In SUA, dezvoltarea sistemelor constructive cu schelet din beton armat capătă o relevanţă majoră în domeniul fabricilor, procesul fiind favorizat de industria automobilistică în 1
curs de afirmare. In 1884 Ernest L. Ransome a berevetat propriul sistem constructiv, foarte asemănător cu cel al lui Hennebique, folosind armături răsucite; acest sistem constituie paradigma construcţiilor cu schelet americane de la începutul secolului XX şi, în particular, a „fabricilor adoptate
transparente” ca
model
de
arhitectura modernă.
Albert Kahn, Packard Company
Bulding,
Detroit, 1901-1911
Tot sistemul constructiv brevetat de Ernest L. Ransome (ce foloseşte ca armături bare răsucite din oţel) este utilizat la construcţia primului zgârie-nori cu schelet din beton armat.
Ingalls Building, 1903, Cincinnati, Ohio: primul zgârie-nori cu schelet din b.a., 15 etaje, proiectat de firma de arhitectură Elzner & Anderson şi inginerul Henry N. Hooper
1
Ernest Leslie Ransome (1852–1917), inginer şi arhitect de origine britanică, stabilit în SUA.
111
Afirmarea betonului armat în arhitectura modernă La sfârşitul secolului XIX şi începutul secolului XX, betonul deschide în arhitectură o nouă epocă, pe de o parte datorită scheletului din stâlpi şi grinzi de b.a. (ca alternativă la cel din oţel), pe de altă parte prin valorificarea caracterului său fluid.
Scheletul de beton armat Imobilul cu apartamente proiectat de Auguste Perret la Paris, în str. Franklin 25, pune în evidenţă dihotomia între structura portantă (schelet din beton) şi închiderile neportante.
Auguste Perret, imobil cu apartamente, 25 rue Franklin, Paris, 1902-1904
La Biserica Notre Dame du Raincy (proiectată tot de Auguste Perret), stâlpul devine coloană cilindrică zveltă din beton aparent şi se desparte categoric de închideri; acestea din urmă devin o epidermă subţire, transparentă.
Auguste
Perret,
Biserica Notre Dame du Raincy, 1922
112
Proiectându-şi propria casă, François Hennebique, inventatorul nodului stâlp-grindă ce stă la baza scheletului din beton armat, face în fapt o demonstraţie privind potenţialul noului sistem constructiv în arhitectura civilă.
François Hennebique, Villa Hennebique, Bourg-la-Reine, 1904
Conceput ca sistem constructiv pentru locuinţe de serie, sistemul structural Dom-ino al lui Corbusier este din multe puncte de vedere un precursor al celor „cinci puncte”. Ordinea structurală
a
punctelor
de
sprijin izolate ce susţin plăci plane de beton armat conduce la formularea conceptului de spaţiu
modern
izotrop.
Scheletul
tridimensional
beton
armat
din
conferă
arhitecturii o libertate teoretic nelimitată privind organizarea interioară
şi
a
totodată
modifică
faţadelor; radical
relaţia construcţiei cu terenul.
Le Corbusier, sistemul structural Dom-ino, 1914
113
1
In 1913 Walter Gropius publica un articol privind evoluţia arhitecturii industriale, ce a avut un impact considerabil asupra arhitecturii europene interbelice; în articolul respectiv el recomanda – ca model de urmat – arhitectura industrială americană de la începutul secolului XX, unde scheletul de beton se asocia cu faţada de sticlă. Imediat după război, Le Corbusier reia această teorie care propune “fabricile transparente” şi silozurile cu geometrii pure ca modele ale noii arhitecturi. Astfel, betonul armat – asociat până atunci cu construcţiile ‘inginereşti’ – este ridicat de teoreticienii dintre războaie la rangul de precursor al noilor forme arhitecturale. Arhitectura ‘viitorului’ necesita noi materiale, iar betonul armat asociat cu sticla este consacrat ca o garanţie a modernităţii; caracteristicile lui – plasticitatea, omogenitatea, rezistenţa – se potrivesc cvasi-tuturor mişcărilor de avangardă, de la expresionism, la noul obiectivism.
Walter
Gropius,
Clădirea
Bauhaus, Dessau, 1925-1926 Schelet
din
b.a.
în
sistem
Hennebique. Faţade cortină din sticlă.
1
“Die Entwicklung moderner Industriebaukunst”, în Jahrbuch des Deutschen Werkbundes, 1913.
114
Sintetizând din punct de vedere arhitectural experienţa şi realizările acumulate timp de peste 25 de ani în domeniul ingineriei şi tehnologiei construcţiilor, cele „5 puncte” formulate de 1
Le Corbusier ca definitorii pentru arhitectura modernă sunt consecinţa teoretică a afirmării scheletului în arhitectură: 1. parterul liber 2. acoperişul-terasă 3. planul liber 4. fereastra orizontală 5. faţada liberă Cele „5 puncte” sunt perfect ilustrate de Vila Savoye.
Le Corbusier, Vila Savoye, Poissy, 1929-1931
1
Le Corbusier et Pierre Jeanneret: Les 5 points d'une architecture nouvelle , Almanach de l'Architecture moderne, Paris 1926.
115
Fluiditatea betonului Continuitatea materialului turnat deschide o altă direcţie de căutare şi inovare în arhitectură. Pe de o parte, peretele turnat conduce la o reconsiderare a modului în care spaţiile arhitecturale sunt generate prin intermediul celulelor delimitate de pereţi; din acest punct de vedere, betonului armat a inspirat o arhitectură care, spre deosebire de construcţiile tradiţionale cu pereţi portanţi, proiectează celulele deschizându-le.
Peretele turnat. Le Corbusier, Casa Citrohan, 1922. Spaţiu delimitat de doi pereţi paraleli, articulat liber pe două nivele şi deschis la capete.
Spaţiul creat de pereţii din b.a. a generat în timp tipologii constructive repetitive, formate din celule alăturate. Construcţiile tipizate din prefabricate – unde peretele portant de b.a prefabricat devine un mod de a simplifica execuţia – rămân, în diverse părţi ale lumii, o marcă a monotoniei periferiilor urbane ale anilor ’60-’70; dar în acest caz eroarea poate fi pusă pe seama asocierii nefericite dintre ideea funcţionalistă şi cea a costului scăzut.
1
Pe de altă parte, caracterul „fluid” al betonului a fost valorificat din plin în domeniul structurilor de acoperire. O serie de experimente şi inovaţii din prima jumătate a secolului XX au demonstrat că structura de acoperire din beton armat poate fi o alternativă viabilă la structura cu grinzi din oţel. Economia de material, corespondenţa între spaţiul interior şi volumul exterior, dar mai ales marea libertate formală, au făcut ca structurile de acoperire din beton armat să devină soluţia constructivă curentă pentru spaţiul monumental modern. Cimentul
armat
Cottancin
(1890)
foloseşte plăci subţiri din ciment armat, cu dozaj mare şi fără pietriş, rigidizate cu nervuri din acelaşi material.
Anatole de Baudot, Paul Cottancin, biserica Saint Jean de Montmartre, 1894-1904. 1
Tadao Ando, Learning from the Modern Movement, 1989.
116
La începutul secolului XX, betonul armat este adoptat rapid în domeniul construcţiilor utilitare de mari deschideri – marile spaţii paradigmatice ale epocii industriale: gări, pieţe, expoziţii etc – unde concurează cu succes metalul, având avantajul unei mai bune rezisenţe la foc.
Grossmarkthalle, Munchen, 1903-1912
Gara principală din Leipzig, 1907-1915
117
1
In perioada 1915 - 1929 Eugène Freyssinet realizează numeroase acoperişe de mare deschidere din beton armat pentru hangare şi fabrici, unde experimentează configuraţii arhitectural-structurale ce vor fi ulterior utilizate în toată lumea, dar şi inovaţii în tehnologia turnării
betonului:
cofrajele
glisante.
E.
Freyssinet,
hangare
pentru dirijabile la Orly, 1916-1921.
2
Intuiţia statică şi experimentul constructiv i-au permis lui Pier Luigi Nervi să creeze structuri de acoperire complexe, cu suprafeţe cutate sau ondulate, care i-au adus renumele. Deopotrivă proiectant şi constructor, Nervi concepe odată cu forma şi modul în care ea va fi construită. Ferocimentul inventat de Nervi (şi brevetat în 1943) este un material omogen, izotrop, elastic şi uşor, rezistent atât la compresiune cât şi la întindere. El este compus din mai multe straturi de reţea din fire de oţel înglobate în ciment şi permite realizarea de suprafeţe subţiri cu formă complexă fără cofraj. In perioada anilor ’30– ’60 Pier Luigi Nervi pune la punct şi aplică „Sistemul Nervi”, reprezentând un mod inedit de a concepe şi realiza structuri din beton armat, eficient, rapid şi economic. Sistemul se bazează pe două „invenţii”: prefabricarea structurală şi ferocimentul din care sunt realizate cofraje pierdute. Pier Luigi Nervi, Palatul expoziţional din Torino, 1949-1950
1 2
Inginer francez (1879 – 1962). Inginer italian (1891 – 1979).
118
Cojile subţiri din beton armat sunt structuri de acoperire a căror rezistenţă decurge din 1
formă şi nu din masivitate, inspirate de caracterul „fluid” al betonului. Eduardo Torroja şi Felix 2
Candela , sunt consideraţi pionierii domeniului, cel de al doilea fiind supranumit "The Shell Builder“.
Eduardo Torroja, Hipodromul Zarzuela, Madrid, 1935
Felix Candela, Club La Jacaranda, Hotel Presidente, Acapulco, Mexic, 1957
Santiago Calatrava, Felix Candela, Oceanogràfic, Valencia, 1997-2002
1 2
Eduardo Torroja y Miret (1899-1961), inginer spaniol. Félix Candela Outeriño (1910-1997), arhitect spaniol.
119
Justo García Rubio, Staţie de autobuz, Cáceres, 1998 – 2003
120
ESTETICA BETONULUI ARMAT «Betonul armat este cea mai frumoasă tehnică pe care omenirea a reuşit să o inventeze până acum. Posibilitatea de a modela piatra, de a-i da orice formă, de a o face superioară pietrei naturale prin capacitatea de a rezista la întindere are, în sine, ceva magic».
1
Formă şi structură In prima jumătate a secolului XX, betonul armat a stat în centrul atenţiei inginerilor şi arhitecţilor deschişi către inovare; în acest nou material şi în libertatea „fanteziei constructive” pe care el o permite, a fost identificat un instrument esenţial al înnoirii în arhitectură. In acelaşi timp proiectarea structurilor din beton armat beneficia de raţionalitatea ştiinţei construcţilor şi rigoarea calculului, pentru a „fundamenta” frumuseţea ca „triumf al tehnicii” şi ca expresie a legilor naturale ale comportamentului static. De la origini şi până în prezent, în arhitectura betonului armat structura portantă nu este disimulată, din contra, este evidenţiată, atribuindu-i-se rolul de suport al valorilor estetice. De la Perret, la Nervi şi până la Calatrava, arhitectura betonului armat se caracterizează printr-o concepţie formală înţeleasă ca manifestare vizibilă a adevărului static, în numele principiului unităţii între structură şi formă; ea se bazează pe înţelegerea şi interpretarea legilor naturii în actul constructiv şi pe adaptarea proiectului la caracteristicile materialului. Referindu-se la beton, Calatrava face analogia construcţie-organism viu, evidenţiind un paradox şi un adevăr constructiv deopotrivă. «Acestui material greu şi masiv prin natura sa, arhitectura şi sculptura îi permit uşurarea, îi permit să se ridice, să zboare, să se menţină suspendat în aer» spune el şi adaugă: «betonul permite orice volum, orice curbă»
2
Santiago Calatrava, Sală de concerte, Tenerife, Insulele Canare, Spania, 2003
«Ca material de construcţie, betonul poate crea o legătură între tehnologia realizării construcţiilor şi formele perfecte ale naturii. Elementele pun în evidenţă un aspect esenţial dar
1 2
P. L. Nervi, Savoir construire, 1965, trad. Éditions du Linteau, 1997 Interviu cu S. Calatrava, T&A, august-septembrie 1995
121
mai curând neglijat al betonului şi anume capacitatea sa de a fi modelat. In spaniolă beton se spune 'hormigon' – ceea ce înseamnă “modelabil”.»
1
Expresivitatea materialului Odată ce betonul a fost adoptat de arhitecţii secolului XX, ideea valorificării calităţilor estetice ale suprafeţei de beton nu a întârziat să apară. Un prim exemplu datează din 1906 şi i se datorează lui Frank Loyd Wright care, la First Unity Temple (Oak Park, Illinois), experimentează posibilităţile expresive oferite de tehnologia betonului aparent. In anii ’30, Nervi utilizează şi el betonul aparent la Stadionul de la Florenţa (1930-1932) şi la hangarele de avioane. Dar abia după al doilea război mondial cunoştinţele tehnice permit un control satisfăcător asupra proiectării şi execuţiei suprafeţelor de beton aparent. Calitatea suprafeţei de beton caracterizează clădirea în ansamblu, fiind integrată limbajului arhitectural ce poate fi foarte diferit de la caz la caz. In timp, diverse stiluri şi-au asumat expresivitatea suprafaţei de beton, de la constructivism, raţionalism şi expresionism, până la postmodernism şi deconstructivism. In anii ’50 betonul aparent este adoptat rapid în arhitectura „brutalistă”, ca manifest contra „arhitecturii populare” din cărămidă, larg utilizată la reconstrucţia de după război. Betonul aparent predomină în arhitectura lui Le Corbusier de după al doilea război mondial. La mănăstirea La Tourette (Eveux-sur-Arbresle, lângă Lyon, Franţa, 1957-1960) Le Corbusier utilizează o largă gamă de ipostaze ale cimentului şi betonului: de la cimentul aplicat ca tencuială pe zidărie, la betonul aparent al structurii portante, betonul vopsit în culori vii şi panourile prefabricate de parapet cu pietre naturale mărunte încastrate în masa de ciment. In a doua jumătate a secolului XX, suprafaţa de beton aparent este integrată unor limbaje arhitecturale foarte diferite, de către diverşi arhitecţi precum Louis Kahn, Marcel Breuer, Joseph Lluis Sert, I.M.Pei, Carlo Scarpa, Mario Botta, Luigi Snozzi etc Carlo Scarpa, Brion-Vega Cemetery, San Vito d'Altivole, Italia, 1972
1
Santiago Calatrava, Engineering Architecture, Birkhäuser Verlag, Basel-Boston-Berlin, 1990
122
In arhitectura japoneză modernă şi contemporană, betonul aparent este o prezenţă constantă, de la Kenzo Tange la Tadao Ando şi Toyo Ito.
Tadao Ando, The Church of the Light, Osaka, Japonia, 1989
Toyo Ito, Tod's Omotesando, Tokyo, 2004
La începutul secolului XXI suprafaţa de beton este din nou adusă în atenţie fiind revalorizată din punct de vedere estetic în cadrul lucrărilor unor arhitecţi celebri precum Enric Miralles, Zaha Hadid, Moshe Safdie, Daniel Libeskind, Peter Eisenmann, Rem Koolhas, Santiago Calatrava etc
123
Zaha Hadid, Phaeno Science Center, Wolfsburg, Germania, 2005
Moshe Safdie, Holocaust History Museum, Yad Vashem Jerusalem, Israel, 2005
124
STRUCTURI CURENTE DIN BETON ARMAT Structuri în cadre Eficienţa structurilor în cadre din b.a. este condiţionată de solidaritatea între stâlpi şi grinzi, asigurată de nodul de cadru rigid.
Intr-un cadru din beton armat, părţile (grinzi şi stâlpi) lucrează în mod solidar, motiv pentru care încărcările se distribuie tuturor elementelor – spre deosebire de structurile discontinui cu stâlpi şi grinzi (sisteme trilitice, cu grinzi simplu rezemate pe stâlpi).
Comparaţie între comportarea unui sistem trilitic (stânga) şi a unui cadru (dreapta) sub acţiunea unei forţe orizontale
In
tehnologia
specifică
betonului
armat,
solidaritatea între stâlpi şi grinzi este posibilă datorită legăturii monolitice obţinute prin suprapunerea şi legarea
armăturilor
în
noduri,
înaintea
turnării
betonului.
125
H grindă = 1/8 – 1/10 L
H
A
grindă
A
A stâlp ≥
Aaf x 1t/mp x n Rb / 4 Modul de 5 cm!
stâlp unde
Secţiune A-A
Aaf = aria aferentă stâlpului n = numărul de etaje Rb = marca betonului
126
Structuri cu pereţi portanţi (diafragme)
Diafragme în sistem fagure
A
Diafragme în sistem celular
A Secţiune A-A t
Det.1
a
t ≥ 14 cm; min 1/20 din h etaj
b
a ≥ 20 cm b ≥ 2...2,5 t; min 1/7 din h etaj
Detaliul 1 Se recomandă rigidizarea capetelor de diafragme prin prevederea de bulbi.
Condiţii privind amplasarea golurilor în diafragme De evitat distanţe mici faţă de capetele diafragmelor fără bulbi şi goluri foarte apropiate între ele
127
Construcţie cu diafragme de beton armat în sistem celular, cu pereţi de faţadă portanţi
Structuri cu diafragme de b.a. la clădiri cu geometrii speciale
128
Structuri mixte Structuri în cadre, cu diafragme de rigidizare
Structuri în cadre, cu tuburi rigide
Structuri cu stâlpi, dale groase şi diafragme rare
129
diafragmă
dală groasă
grindă de faţadă
stâlp
130
PLANŞEE LA CONSTRUCŢII DIN ZIDĂRIE ŞI BETON ARMAT PLANŞEE DIN LEMN Până la sfârşitul secolului XIX planşeele din lemn au reprezentat soluţia curentă, fiind utilizate în asociere cu zidăriile care, la rândul lor, reprezentau tehnica obişnuită de realizare a construcţiilor. In prezent, ele continuă să fie utilizate la construcţii de zidărie de mică importanţă. In România, utilizarea planşeelor din lemn – considerate „cu rigiditate nesemnificativă în plan orizontal” de normativul CR6-2006 – este permisă numai în condiţii speciale (stabilite de normativul P100-1/2006) şi anume: pentru clădiri cu puţine niveluri (max. 3 niveluri), din clasele de importanţă inferioare şi amplasate în zone cu acceleraţie seismică slabă.
Planul
A
unui
planşeu
din
lemn
la
o
construcţie din zidărie. 1 – Grindă curentă;
B
2 – Grindă de margine; 3 – Grindă de podest; 4 – Grindă-jug; 5 – Coş; 6 – Perete de neportant; 7 – Grinda ranforsată sub perete neportant;
Imbinări de continuitate la grinzi de lemn (det. A – variante) a) Grinzi decalate, bulonate; b) Grinzi în continuare, tăiate drept + scoabă; perete (grindă) de rezemare min. 20 cm lăţime; c) Grinzi în continuare, tăiate oblic + scoabă; d) Grinzi decalate, tăiate oblic + scoabă; perete (grindă) de rezemare min.10 cm lăţime; e) Imbinare cu chertare în
“fulgerul
lui
Jupiter”
+
buloane; f) Scoabă.
131
Rezemarea grinzilor de lemn pe zidărie (det. B – variante)
a) Incastrare în zidărie (cu măsuri de protecţie hidrofugă!); b) Decroş în zid; lungime de rezemare cca 15 cm; eventual pe tălpi de lemn; c) Consolă din zidărie; d) Consolă din piatră; e) Grindă în lungul zidului sau longrină de rezemare.
Rezemarea grinzilor secundare pe grinzi principale a) Cu cep şi scobitură; b) Cu chertare la jumătate-lemn; c) Cu sabot metalic; d) Cu piesă metalică ascunsă; e) Pe longrină fixată cu cuie de grinda principală; f) Cu şurub de strângere.
Rezolvarea golurilor de scări
Cu grindă-jug (3)
132
Intre două grinzi, cu suprimarea locală a pardoselii
Pe consolă, cu suprimarea locală a pardoselii
Ancorarea grinzilor de planşeu din lemn la pereţii din zidărie
Rigidizarea planşeelor din lemn cu scânduri în două straturi, dispuse pe direcţii rotite la 0
90 şi fixate cu cuie.
133
Izolarea acustică între nivele a) Cu plafon suspendat (45 dB); b) Cu pardoseală flotantă (45 dB); c) Cu plafon suspendat (45 dB); d) Cu pardoseală flotantă pe plăci de beton (50 dB); e) Cu pardoseală flotantă şi plafon suspendat (50 dB); f) Cu şapă ciment şi plafon între grinzi (50 dB); g) Cu şapă ciment şi plafon suspendat (50 dB); h) Cu şapă ciment şi plafon suspendat (50 dB); i) Cu dale de beton şi plafon între grinzi (50 dB); j) Cu dale de beton şi plafon suspendat (55 dB); k) Cu dale de beton şi plafon suspendat (55 dB); l) Alcătuire istorică, cu moloz (55 dB).
1 – Grindă lemn; 2 – Şapă ciment; 3 – Izolaţie (material elastic cu densitate mare); 4 – Plăci din derivate de lemn; 5 – Gol; 6 – Vată minerală; 7 – Plăci beton; 8 – Scânduri sau plăci gips-carton; 9 – Şipci
134
PLANŞEE DIN BETON ARMAT ŞI MIXTE Planşeele din beton armat şi cele mixte (beton armat + elemente înglobate din alte materiale) reprezintă soluţia curentă de realizare a structurilor orizontale, atât la clădirile cu structură din beton armat cât şi la cele realizate din zidărie portantă. Planşeele pot rezema pe pereţi portanţi (din zidărie sau din beton armat) sau pe stâlpi din beton armat; în acest ultim caz, rezemarea se face prin intermediul grinzilor de cadru, direct pe stâlp (în cazul structurilor cu „dale groase”) sau prin intermediul unor capiteluri („planşee ciupercă”)
Planşee cu rezemare pe pereţi.
Planşee cu rezemare pe stâlpi
Descărcare bidirecţională (stânga) şi
-
prin intermediul grinzilor de cadru
unidirecţională (dreapta).
-
cu dală groasă
-
cu capitel
135
Planşee din beton armat monolit
Planşee din plăci de b.a. rezemate pe pereţi sau pe grinzi de cadru
H
L1
L1
b
H = 1/8 – 1/10 L
L2
L2
b/H = 1/2 - 2/3 Incărcări obişnuite; L max. 5 – 6 m
Modul de 5 cm!
L1/L2 ≤ 2 h placă = p/180
Planşee cu grinzi principale şi secundare
Grindă principală (GP)
L1
Grindă secundară (GS)
L2 L1/L2 > 2
136
HGS = 1/15 L2
Planşeu cu grinzi principale şi secundare, la o structură în cadre de b.a. Plan de cofraj
Planşee cu nervuri dese unidirecţionale
Grindă principală Nervură
70 - 1.50
L1
Perete portant
L2
Hn = 1/15 L2 L1/L2 > 2
137
Planşee cu nervuri dese bidirecţionale: planşee casetate
L1/L2 ≤ 1.5
1.5 – 3.0 min 70 cm
L2
L1
L1/L2 > 1.5
L2
L1 Hn = 1/20 – 1/25 L2
138
Casete pline în dreptul rezemării pe stâlp - variante
Planşee tip „ciupercă”
Capitel hiperbolic
Capitel cu grosime constantă
Capitel în dublu trunchi de piramidă
Capitel în trunchi de piramidă
Dale groase
L1
L2 L1/L2 ≤ 2
139
Dale groase – procedee de reducere a greutăţii
Cu grosime redusă în zona centrală ≥L/4
Cu nervuri realizate cu cofraje pierdute sau detaşabile ≥L/6
Cu casete sau elemente de polistiren înglobate
L ≥L/8
Cu tuburi înglobate ≥L/8
Planşee prefabricate şi semiprefabricate Planşee cu predale şi suprabetonare (planşee semiprefabricate)
Suprabetonare
Predală prefabricată din b.a. 4 – 6 cm grosime
140
Planşeu cu predală şi elemente de polistiren înglobate
Planşee cu corpuri de umplutură
Plăci (dale groase) cu corpuri ceramice de umplutură
Plăci (dale groase) cu corpuri de umplutură din aglomerate lemn-ciment
Planşee cu nervuri prefabricate din b.a. şi corpuri de umplutură
h
4
60 cm
h
4
Nervuri prefabricate din b.a. (precomprimat) + corpuri de umplutură din beton, h = 12; 14; 18; deschideri maxime: 5.40; 5.75; 6.35.
Nervuri prefabricate din b.a. (precomprimat) + corpuri de umplutură din polistiren, h = 12; 14; 18; deschideri maxime: 5.40; 5.80; 6.90.
141
Planşee ceramice
Planşeu ceramic cu grinzişoare din material ceramic cu rol de cofraj pierdut
Planşeu ceramic cu grinzişoare din beton armat precomprimat
Planşee din corpuri ceramice cu goluri + grinzi precomprimate Grinzile: 12 x 6.5 cm; l = 2.50...7.25 m; interax: 45 (60) cm; rezemare min.12.5 cm
(Wienerberger – Porotherm)
142
143
Planşee din fâşii ceramice preasamblate
Planşee din fâşii cu goluri din b.a. precomprimat
Intre fâşii se dispun armături; planşeul este completat cu o suprabetonare care închide rosturile între fâşii şi realizează o şapă de asociere la partea superioară (5 – 15 cm) armată cu reţea de bare.
144
Rezemarea fâşiilor cu goluri pe pereţi din zidărie
1 – fâşie cu goluri; 2 – centură b.a.; 3 – capac prefabricat pentru acoperirea golului; 4 – mortar de poză
Fâşii cu goluri la structuri cu stâlpi şi grinzi
145
Prescripţii privind proiectarea planşeelor la construcţii din zidărie1 De regulă planşeele construcţiilor din zidărie portantă se proiectează ca diafragme rigide în planul lor menite să asigure conlucrarea elementelor verticale pentru preluarea forţelor orizontale. Rigiditatea planşeelor în planul lor depinde de: –
alcătuirea constructivă
–
dimensiunile şi poziţiile golurilor mari (ex. goluri de scări)
DA!
NU!
Prevederi constructive pentru planşeele din beton armat
placă b.a.
min.13 cm centură b.a.
centură b.a.
Faţa superioară a planşeelor va avea de regulă aceeaşi cotă de nivel pe toată suprafaţa construcţiei. In mod excepţional, se acceptă decalări ale feţei superioare a planşeului mai mici decât înălţimea
≤ 20 cm
curentă a centurilor (≤ 20 cm). Consolele exterioare (balcoane, copertine) vor fi amplasate la nivelul planşeului curent; se acceptă o denivelare ≤ 20 cm cu asigurarea continuităţii structurale. Se acceptă console de b.a. în poziţii intermediare, încastrate în zidărie, cu respectarea următoarelor condiţii: deschiderea consolei Lc ≤ 3t, unde t = grosimea peretelui (în caz contrar se introduc elemente de b.a. în perete); accesul oamenilor pe consolă este ocazional (pentru întreţinere); rezemarea consolei se face pe toată lăţimea ei.
1
Conform Normativului CR6-2006.
146
RELAŢIA CLĂDIRII CU TERENUL Relaţia clădirii cu terenul de amplasament priveşte transmiterea forţelor care acţionează asupra construcţiei către pământ, protecţia clădirii contra umidităţii din teren şi limitarea pierderilor de căldură din interiorul clădirii către pământ.
Toate aceste probleme privesc infrastructura construcţiei şi implică rezolvări constructive specifice la nivelul componentelor sale.
INFRASTRUCTURA La clădirile fără subsol, infrastructura cuprinde: -
fundaţiile
-
soclurile
-
placa suport a pardoselii parterului
La clădirile cu subsol, infrastructura include: -
fundaţiile
-
pereţii de subsol
-
placa suport a pardoselii subsolului
-
planşeul peste subsol
Tipuri de fundaţii Fundaţiile au rolul de a transmite pământului greutatea construcţiei şi solicitările rezultate din acţiunile exterioare exercitate asupra sa.
147
Funcţie de încărcări, natura terenului şi adâncimea cotei de fundare, fundaţiile pot avea una din următoarele alcătuiri constructive: -
bloc din beton simplu (cu sau fără trepte) – cu un domeniu de utilizare limitat
-
bloc din beton simplu şi cuzinet din beton armat
-
talpă din beton armat
Bloc din beton simplu
Bloc din beton simplu + cuzinet din beton armat
Talpă din beton armat
Din punct de vedere al geometriei în plan, fundaţiile pot fi continue sau discontinue. Pereţii structurali au întotdeauna fundaţii continui care urmează traseul zidurilor portante. Structurile cu stâlpi pot avea fundaţii discontinui sau fundaţii continui.
Fundaţii continue rigide (a, b, c) şi elastice (d, e) a) fundaţii din zidărie de cărămidă sau piatră; b) blocuri de beton simplu, cu una sau mai multe trepte; c) bloc de beton simplu + cuzinet de beton armat; d) – e) fundaţii cu tălpi din beton armat
148
Dimensionarea fundaţiilor
b
INCĂRCAREA (pe 1 ml)
LĂŢIMEA FUNDAŢIEI (B) =
PRESIUNEA ADMISIBILĂ A TERENULUI
Alte condiţii care determină lăţimea tălpii de fundare: – Lăţimea peretelui B ≥ b (+ 2 x 5 cm) – La fundaţiile pereţilor de subsol - atenţie la rezemarea zidului de protecţie a h.i.!
– Lăţimea minimă constructivă (săpătură posibil de executat): 30 cm (≤ 40 cm adâncime) ... 50 cm (>1.20 m adâncime) Lăţimea B = modul de 5 cm!
ADÂNCIMEA FUNDAŢIEI (H) b
Este determinată de: – Adâncimea terenului bun de fundare 20 cm SUB cotă – Adâncimea de îngheţ (numai la pereţii EXTERIORI!) Adâncimea de îngheţ = 70 cm...1.15 m de la cota terenului decapat, funcţie de zona climatică; pentru Bucureşti: 90 cm
20 cm SUB cotă 1.10 m – Condiţia de unghi (α) de transmitere a eforturilor în blocuri de BETON SIMPLU (funcţie de marca betonului) a
– Relaţia cu fundaţiile învecinate paralele
b
≤
2 3
a
Adâncimea H = modul de 10 cm!
b
Fundaţii discontinue
Tălpi izolate
Tălpi asociate cu o reţea de grinzi
Tălpi asociate cu o reţea de centuri
149
Tălpi excentrice 1 – Perete existent adiacent la limita de proprietate; 2 – Stâlp nou; 3 – Placă; 4 – Rost de tasare; 5 – Placă subsol; 6 – Talpă excentrică; 7 – Eventuală talpă de legătură pentru rigidizare
Fundaţii continue liniare
Fundaţie continuă liniară sub perete portant
150
Fundaţii cu tălpi continui pe o direcţie
Fundaţie continuă liniară sub stâlpi
Fundaţii cu tălpi continui pe două direcţii
Tălpi continui sub stâlpi 1 – Grindă de legătură; 2 – Talpă continuă pe două direcţii; 3 – Talpă continuă pe o direcţie.
Fundaţii continue în suprafaţă: radiere
Fundaţii de tip radier din dale groase de b.a. 1 – Incărcări din construcţie; 2 – Repartiţia încărcărilor pe suprafaţa terenului
Radier cu capiteluri 151
Radier cu grinzi pe două direcţii 1 – Stâlp; 2 – Grindă principală; 3 – Nervuri; 4 – Radier 12-14 cm; 5 – Beton de egalizare
Radier cu grinzi pe două direcţii (casetat)
Fundaţii indirecte cu piloţi
152
Piloţi cu descărcare pe vârf
Piloţi cu descărcare prin aderenţă
Tipuri de tălpi la partea superioară a piloţilor
Fundaţii în trepte la clădiri pe teren în pantă
a b
≥ 40 cm
a ≤ 50 (70) cm
≥ 60 cm
≥ 90 cm
Fundaţii în trepte la clădiri cu subsol parţial
a 2 ≤ b 3
Fundaţii la pereţi nestructurali In funcţie de dimensiunile şi greutatea pereţilor, se poate alege una din următoarele soluţii de fundare: -
rezemarea pe placă (dacă are rezistenţa şi rigiditatea necesară pentru a prelua încărcările respective)
-
îngroşarea locală a plăcii (pentru obţinerea rezistenţei şi rigidităţii necesare)
-
fundarea directă
153
Prescripţii constructive privind infrastructura construcţiilor din zidărie1 Socluri la clădiri fără subsol Soclul (şi fundaţiile) vor fi de regulă axate faţă de pereţii structurali. Lăţimea soclului va fi cel puţin egală cu grosimea peretelui de la parter; se admite o retragere de max. 5 cm a feţei exterioare a soclului în raport cu planul zidăriei de la parter. Soclul se va executa de regulă din beton armat. Dacă soclul se execută din beton simplu, la nivelul plăcii parterului se prevede un sistem de centuri din b.a. cu contur închis. Dacă înălţimea soclului este ≥ 1.50 m, se prevede o centură de b.a şi la baza lui.
Soclu b.a.
Centură b.a.
Centură b.a.
Soclu din beton simplu
Soclu din beton simplu
CTD
Centură b.a.
≥ 1.50 m
CTD
CTD
Bloc fundaţie beton simplu
Soclu şi fundaţii axate faţă de pereţii structurali. Lăţimea soclului cel puţin egală cu grosimea peretelui de la parter (max.5 cm retragere).
Dacă soclul este din beton simplu, la nivelul plăcii parterului se prevăd centuri de b.a.
Dacă înălţimea soclului este ≥ 1.50 m, se prevede şi o centură la baza soclului.
Pereţi de subsol De regulă pereţii de subsol se realizează din beton armat şi se dispun axat faţă de pereţii structurali din parter. Dacă se execută din beton simplu, la baza peretelui şi la nivelul planşeului peste subsol se prevăd centuri din b.a. Grosimea pereţilor se stabileşte prin calcul, funcţie de încărcările verticale, din acţiunea seismică şi – în cazul pereţilor de pe conturul subsolului – din împingerile pământului. In cazul clădirilor cu pereţi rari (în sistem ‘celular’), se recomandă sporirea rigidităţii subsolului prin introducerea unor pereţi suplimentari. 1
Conform Normativului CR6-2006.
154
Plan etaj curent
Plan subsol
Planşee de infrastructură La clădirile fără subsol, placa suport a pardoselii parterului se execută din beton armat (chiar dacă restul planşeelor sunt din lemn!) şi legată monolit cu soclul clădirii. La clădirile cu subsol: -
placa planşeului peste subsol va avea cel puţin aceeaşi grosime ca şi plăcile etajelor supraterane (min.13 cm!)
-
placa suport a pardoselii subsolului se va executa din beton armat şi legată de tălpile de fundaţie, în cazul în care construcţia este amplasată pe un teren de fundare dificil şi/sau placa susţine pereţi nestructurali din zidărie; se recomandă această soluţie atunci când construcţia este amplasată în zone cu seismicitate mare (ex. Bucureşti).
ROSTURI Rosturi de tasare Privesc fundaţiile şi suprastructura: trebuie să taie complet construcţia – elementele portante şi neportante – într-un plan vertical. Fiecare parte de construcţie trebuie să poată „lucra” liber, pe propriile fundaţii; independenţa este obţinută prin interpunerea unor straturi continui de material elastic (polistiren, PFL poros bitumat etc)
Rost de tasare între o construcţie nouă şi una existentă
Construcţie cu volume de înălţimi diferite, transmiţând solului încărcări inegale
155
Construcţie cu fundaţii la cote diferite (teren bun de fundare la adâncimi diferite) determinând reacţiuni inegale.
Construcţie pe teren cu structură geologică neomogenă: separare în tronsoane funcţie de rezistenţele terenului
Rosturi antiseismice Privesc fundaţiile şi suprastructura (taie complet construcţia – elementele portante şi neportante – într-un plan vertical). Se prevăd la: a) clădiri cu forme neregulate în plan şi/sau în elevaţie – unde au rolulul de separa tronsoane cu caracter cât mai omogen din punct de vedere constructiv care să lucreze (oscileze) independent la seism; b) clădiri cu dimensiuni mari în plan – unde au rolul de a diminua efectul nesincron al mişcării seismice la extremităţile clădirii. Clădirile tip bară foarte lungi se separă în tronsoane intermediare cu caracteristici structurale omogene şi tronsoane de capăt în care se concentrează o masă mai mare decat masele celor intermediare. Lăţimea rostului antiseismic se stabileşte astfel încât să se evite ciocnirea reciprocă în timpul seismului (atunci când tronsoanele sunt în “antifază”).
Rosturi de dilatare Privesc suprastructura (expusă variaţiilor de temperatură). In cazul unor pereţi sau stâlpi dubli, separaţi printr-un rost de dilatare, talpa de fundaţie este comună (spre deosebire de rosturile de tasare şi cele antiseismice care taie şi fundaţia). Se prevăd la distanţe de 30 – 50 m. In general coincid cu rosturile de tasare şi/sau antiseismice.
1 – rost 2-3 cm; 2 – perete din zidărie; 3 – perete din beton armat
156
PROTECŢIA HIDROFUGĂ ŞI PROTECŢIA TERMICĂ La nivelul elementelor de infrastructură aflate în contact cu pământul, se prevăd în mod curent sisteme de protecţie contra umidităţii normale – mai mari sau mai mici – a terenului. Aatunci când infrastructura se află sub nivelul pânzei freatice, se prevăd sisteme speciale, complexe, de protecţie împotriva apei cu presiune hidrostatică (cuve). Deasemenea, la nivelul închiderilor – verticale şi orizontale – către pământ care delimitează spaţii încălzite, este necesară prevederea unor izolaţii termice.
Zonă convenţional uscată
Zonă capilaritate discontinuă
Zonă capilaritate continuă
Zonă apă freatică cu presiune hidrostatică
Variaţii ale gradului de umiditate în
Posibile direcţii de infiltrare a apei din
profunzimea terenului
teren în infrastructură
Clădiri amplasate pe terenuri cu umiditate normală Clădiri fără subsol La clădirile fără subsol, problema protecţiei hidrofuge priveşte prevenirea posibilităţii transmiterii umidităţii din teren către zidăria de suprastructură ca urmare a ascensiunii capilare a apei în fundaţii şi soclu, precum şi prevenirea ridicării umidităţii din teren către pardoseală. Placa suport a pardoselii parterului reprezintă totodată închiderea inferioară a clădirii care separă spaţiul interior încălzit de teren, ceea ce pune în plus şi problema limitării pierderilor de căldură dinspre interiorul încălzit către pământ.
157
In mod tradiţional, problema protecţiei împotriva umidităţii din ascensiune capilară se rezolvă în două feluri:
a) cu strat de rupere a capilarităţii din pietriş
sub
placa
suport
a
pardoselii – soluţie utilizată curent în România
b) cu strat de aer sub placa suport a pardoselii
(procedeu
folosit
de
romani) – soluţie utilizată curent în vestul Europei
In ambele variante stratul de sub placa suport a pardoselii trebuie ventilat cu aer exterior pentru a preveni acumularea de umiditate din ascensiune capilară sau condens inversat (la intradosul plăcii suport). Prevederea unei termoizolaţii la nivelul pardoselilor peste pământ previne riscul de condens pe faţa pardoselii şi totodată reduce pierderile de căldură dinspre interiorul încălzit către pământ; prezenţa termoizolaţiei în alcătuirea pardoselilor pe pământ este actualmente impusă de normele privind limitarea consumului de energie în exploatarea clădirilor. Termoizolaţia se poate pune sub sau peste placa suport, ambele variante avânt avantaje şi dezavantaje ce trebuie cântărite în raport cu cazul concret. Alcătuirea protecţiilor hidrofuge se stabileşte, de la caz la caz, funcţie de gradul de umiditate a terenului, funcţiunea adăpostită şi sensibilitatea la apă a finisajelor folosite; în anumite situaţii poate fi oportună realizarea unei hidroizolaţii orizontale continui pe toată suprafaţa pardoselii.
158
In cele ce urmează sunt prezentate schematic alcătuiri constructive în care sunt evidenţiate poziţiile protecţiilor hidrofuge şi variante de poziţionare a termoizolaţiei la nivelul plăcii suport a pardoselii parterului.
Profil de solclu din aluminiu, cu lăcrimar (Baumit)
Hidroizolaţie orizontală (rigidă) între soclu de beton şi zidărie Termoizolaţie XPS
Placă beton armat Strat rupere capilaritate pietriş şi piatră spată 10 -15 cm
Hidroizolaţie orizontală continuă Termoizolaţie polistiren expandat (EPS)
Termoizolaţie
Termoizolaţie polistiren extrudat (XPS)
Placă beton armat Strat rupere capilaritate pietriş şi piatră spată 10 -15 cm
Hidroizolaţie orizontală continuă
Termoizolaţie polistiren extrudat (XPS)
Placă beton armat Termoizolaţie XPS Strat rupere capilaritate pietriş şi piatră spată 10 -15 cm
159
Exemple de rezolvare a relaţiei clădire-teren
Protecţie hidrofugă la soclu (strat impermeabilizant elastic 2mm + tencuială ciment pentru soclu) Soclu din blocuri ceramice cu impermeabilizant aplicat pe ambele feţe
1
Membrană impermeabilă continuă racordată cu hidroizolaţia orizontală a peretelui Placă beton slab armat turnată pe folie de polietilenă Strat pietriş min.15 cm
Fundaţie beton simplu turnată în săpătură (teren coeziv)
Hidroizolaţie orizontală la perete, pânză bitumată cu armătură metalică Tencuială cu terminaţie unghiulară protejată cu profil din oţel galvanizat sau inoxidabil (15x15 mm) + rost tencuială-beton închis cu mastic elastic Soclu de beton armat
Fâşie polistiren expandat sau vată minerală, 5 cm
Membrană impermeabilă continuă Placă b.a. Beton de egalizare 5 cm Strat pietriş min.15 cm
Fundaţie beton simplu turnată în săpătură (teren coeziv)
1
După: Hugues,T., Greilich, K., Peter, C., Building with large clay blocks, Birkhäuser/Edition Detail, Münich, 2006 / Ediţia spaniolă DETAIL Praxis, Bloques ceramicos, GG, Barcelona 2008.
160
Protecţia contra u.a.c. cu strat de aer ventilat sub placa suport a pardoselii
Sistemul Guttadrytek (Gutta Werke S.p.A.) Reprezintă o versiune contemporană a soluţiilor tradiţionale cu strat de aer sub placa suport a pardoselii ce foloseşte elemente standardizate din material plastic reciclat, cu rol de cofraj pierdut.
161
Clădiri cu subsol La clădirile cu subsol, problema protecţiei hidrofuge priveşte prevenirea riscului de infiltraţii de apă din teren prin fundaţii, prin pereţii de închidere, precum şi la nivelul pardoselii pe pământ. Alcătuirea protecţiilor hidrofuge depinde de gradul de umiditate a terenului şi tipul de teren (comportarea sa în raport cu apa). In terenuri coezive şi/sau la construcţii pe teren în pantă este necesar şi un sistem de drenare a apelor. In ceea ce priveşte protecţia termică, există două situaţii: a) când subsolul adăposteşte funcţiuni anexe care nu necesită încălzire; b) când subsolul adăposteşte funcţiuni care implică existenţa unui sistem de încălzire.
+
+
_
+
a) Subsol neîncălzit
b) Subsol încălzit
In continuare sunt prezentate schematic alcătuiri constructive ce ilustrează relaţia cu terenul în cazul clădirilor cu subsol neîncălzit şi cu subsol încălzit, în care sunt evidenţiate variantele posibile de poziţionare a termoizolaţiei (sub şi peste placa suport a pardoselii), precum şi diverse variante de principiu privind alcătuirea protecţiei hidrofuge.
Termoizolaţie
162
min. 50 cm
Termoizolaţie
Termoizolaţie
Membrană HDPE (polietilenă de înaltă densitate)
163
Termoizolaţie Placă b.a. Pietriş + piatră spartă Umplutură pamânt
Termoizolaţie Placă beton slab armat Hidroizolaţie + şapă protecţie Beton de egalizare
164
Placă b.a. Termoizolaţie Pietriş + piatră spartă Umplutură pamânt
Placă b.a. Termoizolaţie Hidroizolaţie + şapă protecţie Beton de egalizare
165
166
Exemple de rezolvare a relaţiei clădire-teren
1
Zidărie din blocuri ceramice
Termoizolaţie Soclu b.a. turnat
Izolaţie acustică
Hidroizolaţie verticală – cu alcătuire funcţie de gradul de umiditate şi tipul de teren
Subsol neîncălzit Perete b.a.
In terenuri coezive şi/sau la construcţii pe teren în pantă este necesar şi un sistem de drenare a apelor Fundaţie b.a.
Şapă ciment 3 cm
Placă b.a.
Termoizolaţie
Tencuială hidrofugă + membrană HDPE
Subsol neîncălzit
Hidroizolaţie bituminoasă sau membrană impermeabilă
Membrană impermeabilă
Placă b.a.
1
După: Hugues,T., Greilich, K., Peter, C., Building with large clay blocks, Birkhäuser/Edition Detail, Münich, 2006 / Ediţia spaniolă DETAIL Praxis, Bloques ceramicos, GG, Barcelona 2008.
167
Zidărie din blocuri ceramice
Soclu b.a. prefabricat sau piatră naturală
Izolaţie acustică Folie polietilenă
Perete subsol din beton armat impermeabil; grosime min.25 cm Termoizolaţie (polistiren extrudat, sticlă spongioasă) fixată cu mortar adeziv
Subsol încălzit Termoizolaţie
Protecţie termoizolaţie cu membrană amprentată HDPE Radier b.a.
Tencuială impermeabilă de soclu armată cu rabiţ (eventual pe reţea)
Termoizolaţie (polistiren extrudat, sticlă spongioasă)
Hidroizolaţie orizontală
Subsol încălzit
Strat impermeabilizant elastic
Strat impermeabilizant mineral (mortar hidrofug)
Strat separator (folie polietilenă, hârtie kraft) Termoizolaţie (polistiren extrudat, sticlă spongioasă, granulit)
168
Termoizolaţie la tavan, pentru reducerea efectului de punte termică Blocuri de beton drenante Strat impermeabilizant In terenuri coezive şi/sau la construcţii pe teren în pantă este necesar un sistem de drenare a apelor
Subsol încălzit
Termoizolaţie
Material drenant (pietriş şi piatră spartă) Tub de dren Ø min.100 mm, pantă 0.5 – 1%
min. 20 cm
Geotextil
Beton de egalizare Strat pietriş
Strat impermeabilizant elastic
Placi ondulate HDPE Hidroizolaţie elastică
Subsol încălzit Plăci ondulate HDPE sau plăci drenante geocompozite Termoizolaţie
Placi drenante geocompozite
169
Protecţia contra apelor cu presiune hidrostatică
Probleme de acest fel apar în cazul construcţiilor cu infrastructură situată sub nivelul maxim al apelor subterane. Hidroizolaţia contra apelor cu presiune hidrostatică trebuie să formeze un sistem de protecţie unitar – aşa numita „cuvă” – care închide părţille de construcţie aflate sub nivelul pânzei freatice într-o incintă etanşă continuă; acest sistem de protecţie hidrofugă trebuie totodată să fie asigurat împotriva efectului mecanic al presiunii apelor, prin poziţionarea sa sau prin alte mijloace adecvate. Cuva se ridică până la min 50 cm peste nivelul maxim al apelor subterane (nivelul superior maxim al zonei de capilaritate continuă). De regulă, hidroizolaţia contra apelor cu presiune hidrostatică se aplică pe partea dinspre care acţionează apa, deci la exteriorul construcţiei; în situaţii excepţionale (ex. lucrări de hidroizolare executate ulterior realizării construcţiei, la interiorul ei) se adoptă rezolvări speciale care prevăd sisteme de ancorare a peretelui de protecţie. In cazul hidroizolaţiei aplicate la exteriorul construcţiei, la proiectarea construcţiei trebuie avute în vedere următoarele: -
fundaţia clădirii trebuie să fie constituită dintr-un radier general, pentru a asigura o presiune cât mai uniformă asupra hidroizolaţiei orizontale;
-
dacă există diferenţe de nivel ale cotei de fundare între porţiuni de construcţie, trecerea subradierului şi hidroizolaţiei de la o zonă la ala se va face cu o racordare înclinată;
-
dacă porţiuni de construcţie trebuie fundate pe planuri înclinate, atât radierul cât şi subradierul-suport al hidroizolaţiei se execută în trepte prevăzute cu contrapante.
170
Dispunerea cuvei la exteriorul construcţiei de rezistenţă.
Dispunerea cuvei la interiorul construcţiei de rezistenţă.
Hidroizolaţie aplicată pe subradier şi perete protecţie. Elementele de rezistenţă (perete, radier) lestează hidroizolaţia.
Soluţie adoptată în cazuri speciale (ex. la clădiri existente). Este necesară ancorarea peretelui cuvei.
La realizarea cuvelor se folosesc hidroizolaţii de calitate superioară, elastice (pe bază de bitum, bitum elastomeri, materiale sintetice, cu o grosime de 10-15 mm, local putând ajunge până la 20 mm) sau rigide (mortare impermeabile, 30-40 mm grosime). Alcătuirea hidroizolaţiei se stabileşte funcţie de înălţimea maximă a colanei de apă şi în acord cu indicaţiile specifice de utilizare a materialelor alese. Execuţia cuvelor implică uscarea temporară a săpăturii pe parcursul lucrărilor (coborârea nivelului pânzei freatice cu epuismente)
Exemple de rezolvări
Hidroizolaţie aplicată pe subradier şi perete de protecţie
1 – taluz săpătură; 2 – fundul săpăturii; 3 – beton de egalizare peste strat pietriş; 4 – subradier, suport hidroizolaţie; 5 – hidroizolaţie orizontală + strat protecţie; 6 – hidroizolaţie verticală pe perete de protecţie; 7 – eventuală hidroizolaţie contra infiltraţiilor de apă şi umidităţii terenului; 8 – construcţia interioară de rezistenţă: radier şi pereţi; 9 – gură de scurgere + colector cu pompă; 10 – curte engleză / ieşire de emergenţă; 11 – cămaşă de drenare; 12 – nivel pânză freatică.
171
Hidroizolaţie rigidă aplicată la interior
1 – nivel maxim al pânzei freatice; 2 – beton de egalizare peste strat pietriş; 3 – radier din b.a. cu adaosuri hidrofuge; 4 – puţ ascensor; 5 – traversare a unei conducte; 6 – rost etanşat cu mastic; 7 – hidroizolaţie la curte engleză; 8 – mortar cu adaosuri hidrofuge.
Hidroizolarea unei construcţii existente
1 – nivel maxim al pânzei freatice; 2 – strat pietriş existent; 3 – placă existentă; 4 – şapă de egalizare după şpiţuirea plăcii; 5 – hidroizolaţie elastică multistrat; 6 – şapă de protecţie; 7 – placă nouă armată, cu eventuală înglobare de blocuri cu goluri pentru majorarea înălţimii statice; 8 – tencuială mortar cu adaosuri hidrofuge; 9 – ancorări locale ale peretelui armat în zidăria existentă; 10 – şapă suport şi pardoseală interioară.
172
PEREŢI DE INCHIDERE DIN ZIDĂRIE ŞI BETON ARMAT Din punct de vedere al relaţiei cu structura portantă, pereţii de închidere pot fi: a) pereţi cu funcţie portantă -
pereţi structurali (care preiau încărcări verticale şi orizontale pe care le transmit fundaţiilor) – ex. pereţii de închidere ai construcţiilor cu structură din zidărie portantă; pereţi structurali din b.a. pe conturul clădirilor cu structură din diafragme de b.a.
-
pereţi de rigidizare (nu sunt încărcaţi direct cu forţe verticale, dar contribuie la rigiditatea laterală a construcţiei) – ex. pereţi de închidere din zidărie la clădiri cu structuri în cadre de b.a.; pereţi de rigidizare din b.a. pe conturul clădirilor având structuri cu stâlpi din b.a.
b) pereţi fără funcţie portantă – respectiv pereţi nestructurali (suportă doar propria greutate şi au numai rol de închidere; trebuie să poată transmite acţiuni orizontale perpendiculare pe planul lor – de ex. din vânt – către structura portantă) – ex. pereţi de închidere din zidărie sau panouri de b.a. la clădiri cu structuri în cadre sau diafragme de b.a. In plus, pereţii de închidere trebuie să îndeplinească în cadrul construcţiei o serie de funcţii fizice menite să regleze raporturile între mediul exterior şi microclimatul din interiorul construcţiei: -
controlul schimburilor de căldură (izolarea termică şi acumularea de căldură)
-
controlul migraţiei vaporilor de apă
-
protecţia contra ploii
-
izolarea la zgomot
-
protecţia la foc
La acestea se adaugă unele cerinţe speciale pe care în anumite cazuri pereţii de închidere trebuie să le îndeplinescă, cum ar protecţia contra apei din sol (cu şi fără presiune hidrostratică) în cazul pereţilor de închidere a subsolurilor sau asigurarea unor condiţii particulare de securitate în cazul unor clădiri ca băncile, adăposturile, anumite construcţii militare. Nu în ultimul rând, închiderile trebuie să satisfacă cerinţele estetice impuse de concepţia arhitecturală a clădirii. Numeroasele cerinţe ce privesc alcătuirea pereţilor de închidere pot să conducă la „conflicte de interese” a căror rezolvare satisfăcătoare depinde în mod esenţial de o atentă alegere a materialelor şi o rezolvare corectă a detaliilor. In general, dincolo de opţiunile estetice, la proiectarea închiderilor primează cerinţele referitoare la funcţia sa termică. La alegerea tipului de perete şi a materialelor trebuie însă luate
173
în considerare şi alte aspecte, cum ar fi greutatea, oportunităţile de raţionalizare a execuţiei, costul materialelor şi al execuţiei.
ALCĂTUIREA PEREŢILOR Pereţii exteriori se împart în două mari categorii: pereţi simpli şi pereţi dubli. Pereţii simpli constau dintr-un unic perete de zidărie, în timp ce pereţii dubli sunt constituiţi din doi pereţi paraleli asociaţi cu agrafe. Din punct de vedere al modului de realizare a funcţiei termice, pereţii de închidere pot avea o alcătuire monostrat, bistrat sau multistrat. Zidăria monostrat este un perete simplu care, în plus faţă de funcţia portantă, îndeplineşte şi cerinţele referitoare la funcţia termică. Pereţii bistrat sau multistrat sunt pereţi unde zidăria satisface numai în parte cerinţele de ordin termic sau pereţi din beton care, prin natura materialului, nu au capacitate de izolare termică; ca atare, în alcătuirea peretelui apar alte straturi care în general au doar rolul de a creşte capacitatea de izolare termică.
Pereţii simpli In prezent, proiectarea lor este determinată în principal de cerinţele de ordin termic; reglementările privind izolarea termică şi limitarea consumului de energie în utilizare au condus la dezvoltarea unor soluţii diverse menite să satisfacă aceste cerinţe. Adăugarea unui strat termoizolant la o zidărie portantă obişnuită permite lesne peretelui exterior satisfacerea cerinţelor de ordin termic. Pe de altă parte, peretele simplu monostrat continuă să fie preferat în anumite cazuri. funcţia termică este asigurată prin grosimea peretelui, în relaţie directă cu proprietăţile termoizolante ale materialelor din alcătuire (elemente de zidărie şi mortare). Pentru a satisface cerinţele de izolare termică evitând totodată grosimi foarte mari ale peretelui (ce presupun costuri mari şi pierderi de spaţiu), se utilizează elemente de zidărie cu proprietăţi de izolare termică foarte bune, mortare uşoare, zidării cu rosturi subţiri, zidării din blocuri mari fără mortar în rosturile verticale. Arhitectura sustenabilă readuce în atenţie peretele masiv din zidărie pentru calităţile sale de „schimbător de căldură” (sau „volan termic”).
174
Peretele simplu din zidărie tencuită O tencuială hidrorepelentă aplicată pe faţa exterioară previne pătrunderea apei de ploaie în zidărie şi, ca atare, face posibilă utilizarea unor elemente de zidărie obişnuite, fără o rezistenţă deosebită la îngheţ. Folosirea tencuielilor termoizolante susţine o dată în plus utilizarea acestui tip de perete. Peretele simplu cu termosistem La pereţii de închidere care îndeplinesc cerinţe de ordin structural şi/sau de alt tip dar au caracteristici de izolare termică relativ slabe, se poate aplica pe faţa exterioară un sistem termoizolant („termosistem”). Astfel de sisteme termoizolante se folosesc la clădiri noi, dar şi pentru ameliorarea izolării termice la clădiri existente. Termosistemul este compus din 3 straturi: -
strat de fixare (mortar adeziv + şine sau dibluri)
-
termoizolaţie (plăci de polistiren sau vată minerală rigidă)
-
tencuială exterioară armată cu plasă din fibre de sticlă.
Intrucât rolul de izolare termică revine practic termosistemului, de cele mai multe ori acesta este aplicat pe zidării cu slabe calităţi de izolare termică dar cu rezistenţă mare la compresiune (ex. zidării din cărămizi silico-calcare) sau pe pereţi din beton armat. Pereţii cu astfel de alcătuire au grosimi relativ mici, în beneficiul spaţiului interior util. Intrucât alcătuirea sistemul termoizolant descreşterii
nu
respectă
progresive
a
condiţia rezistenţei
mecanice a straturilor de la interior spre exterior,
pentru
a
preveni
efectele
negative, materialele utilizate în cele 3
Perete simplu cu termosistem
straturi trebuie să fie compatibile între ele; ca atare este recomandabilă utilizarea unor termosisteme complete, cu unic producător al materialelor din cele 3 straturi. Trebuie menţionat şi faptul că aceste termosisteme sunt vulnerabile la şocuri mecanice. In plus, adăugarea unui strat moale la peretele masiv are un efect defavorabil asupra proprietăţilor sale de izolare acustică. Problema protecţiei la foc trebuie tratată corespunzător atunci când se folosesc materiale termoizolante inflamabile. Peretele simplu cu placaj ventilat Un perete de închidere netencuit, realizat din elemente de zidărie obişnuite, nerezistente la îngheţ, sau din beton, poate fi protejat contra intemperiilor cu un placaj exterior
175
având în spate un strat de aer ventilat. Placajul exterior poate fi ataşat direct peretelui (în cazul în care acesta îndeplineşte cerinţele de izolare termică) sau poate fi prevăzut peste un strat termoizolant aplicat pe perete. Placajul se fixează pe perete cu piese metalice (prinderi mecanice); acestea pot avea un impact negativ considerabil asupra capacităţii de izolare termică a peretelui în situaţia în care creează punţi termice.
Placaj ventilat din elemente ceramice (ArGeTon- Wienerberger)
Peretele simplu cu dublaj termoizolant interior Şi o termoizolaţie (plăci de polistiren sau vată minerală) aplicată pe faţa interioară a peretelui îi poate îmbunătăţi capacitatea de izolare termică. Este o soluţie adoptată cu precădere în cazul intervenţiilor la construcţii existente, atunci când nu sunt posibile intervenţii de termoizolare la exterior. Alcătuirile de acest fel prezintă riscul producerii condensului în spatele termoizolaţiei, ceea ce impune măsuri constructive cu caracter preventiv (barieră de vapori pe faţa interioară a termoizolaţiei). Datorită anulării efectului de acumulare a căldurii în pereţi, încăperile termoizolate la interior se încălzesc repede dar conservă mai puţină energie termică după oprirea sursei de căldură. Peretele simplu din zidărie aparentă Dincolo de opţiuni bazate pe criterii estetice sau tradiţii locale, zidăria aparentă are avantajul unor costuri reduse de întreţinere. Un perete simplu, monobloc, din zidărie aparentă înclude un strat exterior din cărămizi rezistente la îngheţ, în general de format mic, masa peretelui fiind realizată din elemente de zidărie nerezistente la îngheţ; stratul de faţă şi restul zidăriei sunt ţesute între ele. In general se presupune că numai stratul exterior este afectat de infiltrarea apei de ploaie şi îngheţ. Pentru a preveni
176
îmbibarea masei peretelui, în regiunile cu climat sever, fiecare asiză de zidărie, pe toată înălţimea peretelui, trebuie să includă cel puţin două elemente de aceeaşi înălţime separate printr-un rost de 20 mm (rosturi decalate pe verticală în asize succesive, pentru asigurarea ţeserii). Rostul se umple complet (fără goluri) cu un mortar hidrofug. Faţa expusă a zidăriei trebuie rostuită adecvat încât să fie asigurată protecţia la ploaie.
Pereţii dubli In alcătuirea pereţilor dubli, diversele funcţii sunt încredinţate unor straturi specializate. Stratul interior din zidărie sau beton oferă o închidere solidă către spaţiul interior; el poate avea rol portant sau nu. Stratul exterior din zidărie aparentă sau tencuită determină imaginea faţadei; totodată are rol de protecţie contra intemperiilor şi agresiunilor mecanice; el se realizează din cărămizi (preferabil pline) rezistente la îngheţ şi care nu produc eflorescenţe saline. Spaţiul dintre cei doi pereţi poate include sau nu o termoizolaţie; atunci când termoizolaţia există, ea este aplicată pe peretele interior şi poate umple parţial sau integral spaţiul dintre pereţi; se disting astfel mai multe tipuri de pereţi dubli.
177
Pereţii dubli sunt mult utilizaţi în diverse părţi ale lumii, pentru a atinge nivelul de izolare termică cerut de normele actuale. In România există însă rezerve în privinţa comportării unor alcătuiri de acest fel în regim seismic iar pereţii dubli nu sunt luaţi în considerare de normele naţionale de proiectare. Ca atare, condiţiile constructive menţionate se bazează pe literatura de specialitate din alte ţări. Peretele dublu cu gol interior Spaţiul de aer dintre cei doi pereţi de zidărie poate fi inclus în calculul termic numai 1
dacă în stratul exterior nu sunt prevăzute goluri de ventilaţie. Prezenţa golurilor de ventilaţie în stratul exterior permite ca apa de ploaie sau din condens să fie evacutată din cavitatea intermediară către exterior sau îi facilitează evaporarea, fără ca stratul interior să devină saturat; în plus, spaţiul de aer intermediar ajută stratul exterior din zidărie să se usuce mai repede. Capacitatea de izolare termică a peretelui dublu este determinată în principal de stratul interior; ca atare această alcătuire se justifică din punct de vedere economic numai în cazul în care stratul interior are foarte bune calităţi izolante. Pentru o bună circulaţie a aerului, cavitatea intermediară trebuie să aibă cel puţin 40 60 mm grosime; distanţa maximă între cei doi pereţi este determinată de rezistenţa la compresiune
a
agrafelor
care
îi
asociază şi nu trebuie să depăşească 150 mm. Golurile de ventilaţie (ex. rosturi verticale deschise) trebuie prevăzute la partea superioară a cavităţii şi la baza ei, precum şi la nivelul reazemelor intermediare ale stratului exterior aşa încât să fie asigurată circulaţia aerului. Golurile de la bază servesc şi pentru 2
evacuarea apei. La 20 m de perete (inclusiv
ferestre
uşi)
şi
trebuie 2
prevăzute goluri de ventilare cu suprafaţă cumulată de 7500 mm (ceea ce înseamnă că, pentru o construcţie parter, fiecare al doilea rost vertical de la baza peretelui exterior şi de la terminaţia sa superioară trebuie lăsat deschis). Golurile de la baza peretelui trebuie să fie la min. 100 mm deasupra cotei terenului. 1
2
Rezistenţa termică a straturilor de aer stagnant nu creşte direct proporţional cu grosimea stratului; pentru flux termic orizontal, ea atinge valoarea maximă la 25 mm grosime (la grosimi mai mari rămâne aceeaşi). Straturile de aer slab ventilate pot fi şi ele luate în calculul termic, considerând o rezistenţă termică egală cu jumătate din rezistenţa termică a stratului de aer staţionar cu aceeaşi grosime. Conform DIN EN ISO 6946 se consideră straturi de aer staţionar cele care comunică cu exteriorul prin goluri a căror 2 suprafaţă cumulată nu depăşeşte 500 mm pentru 1 m lungime şi straturi de ael slab ventilat cele aflate în 2 contact cu aerul exterior prin goluri a căror suprafaţă cumulată se situează între 500 şi 1500 mm pe metru liniar. (După Pfeifer, Ramke, Achtyiger, Zilch, Masonry Construction Manual. Birkhäuser, Basel, 2001) 2 După Pfeifer, Ramke, Achtyiger, Zilch, Masonry Construction Manual. Birkhäuser, Basel, 2001.
178
Peretele dublu cu miez termoizolant şi strat de aer ventilat La acest tip de perete funcţiile diverselor straturi sunt clar separate. Un strat termoizolant este ataşat feţei exterioare a peretelui interior. Intre termoizolaţie şi peretele exterior există un strat de aer ventilat, ceea ce face ca apa din condens sau apa de ploaie infiltrată prin stratul exterior să poată fi evacuată fără ca termoizolaţia să fie saturată. Stratul exterior al peretelui dublu protejează deci termoizolaţia împotriva efectelor directe ale precipitaţiilor, şocurilor mecanice şi altor agresiuni posibile. Dacă termoizolaţia este permeabilă la vapori, atunci circulaţia de aer nu numai că ajută la uscarea mai rapidă a peretelui (stratului) exterior, ci şi la menţinerea uscată a termoizolaţiei permiţând umidităţii din condens să se evapore. Distanţa maximă între stratul interior şi cel exterior este de 150 mm (v. peretele dublu cu gol interior); atunci când stratul interior este realizat dintr-o zidărie cu rezistenţă mare la compresiune dar cu slabe calităţi termoizolante, acest spaţiu permite prevederea unui strat de termoizolaţie eficientă suficient de gros, căruia îi revine rolul principal în asigurarea capacităţii de izolare termică a peretelui. O astfel de soluţie poate compensa într-o anumită măsură dezavantajul unei grosimi mari a închiderii necesară pentru a include termoizolaţia plus spaţiul de aer ventilat. Un alt dezavantaj al acestui tip de închidere este costul ridicat. Grosimea minimă a spaţiului de aer ventilat este 40 mm; considerând dimensiunea maximă a golului dintre cei doi pereţi de 150 mm, rezultă că termoizolaţia poate avea o grosime maximă de 110 mm. Este însă recomandabilă prevederea unei toleranţe dimensionale rezonabile, ţinând cont de neplaneitatea suprafeţelor interioare ale celor doi pereţi ce delimitează golul. Ca termoizolaţie sunt recomandabile plăcile rigide, fixate cu sisteme adecvate (ex. discuri de fixare pe agrafele de ancore sau dibluri etc); saltelele sunt contraindicate întrucât au tendinţa de a se deforma reducând spaţiul de aer.
179
Peretele dublu compact cu miez termoizolant In acest caz cavitatea dintre cei doi pereţi este ocupată complet de materialul termoizolant. Stratul exterior trebuie realizat din cărămizi rezistente la îngheţ şi cu o grosime de min 115 cm pentru a creşte rezistenţa la ploaia batantă. Cărămizile glazurate sau cu strat de acoperire trebuie să prezinte o rezistenţă superioară la îngheţ. Termoizolaţia poate fi sub formă de plăci rigide, saltele sau materiale în vrac hidrofobe, precum şi din spume celulare injectate (polistiren, poliuretan). Pentru ca în termoizolaţie să nu se acumuleze umiditate excesivă, este important ca stratul exterior al închiderii să fie foarte bine executat, având rosturile complet umplute cu mortar de calitate corespunzătoare. La baza peretelui exterior trebuie prevăzute goluri (min. 2
2
5000 mm la 20 m ), aşa încât apa accidental ajunsă în cavitatea interioară să poată fi evacuată în afară. Plăcile şi saltelele din fibre minerale, precum şi plăcile din spume de răşini sintetice sau sticlă spongioasă trebuie fixate pe peretele interior (ex. cu discuri de plastic montate pe agrafele de ancorare) astfel încât grosimea termoizolaţiei să se menţină constantă. Plăcile rigide trebuie prevăzute cu profile de îmbinare între ele (falţuri, lambă şi uluc) sau asociate cu benzi speciale, aşa încăt apa să nu poată penetra în rosturi. Străpungerile (de ex. cu agrafe de ancorare) trebuie etanşate cu un sigilant adecvat. Atunci când se folosesc materiale termoizolante în vrac, acestea trebuie să umple complet cavitatea; pentru ca golurile de la bază să nu fie obturate, se poate folosi o reţea de oţel inoxidabil. Peretele dublu cu miez de mortar şi strat minimal de aer Acest tip de închidere include un strat continuu de tencuială aplicat pe faţa exterioară a stratului interior, realizat din elemente cu bune calităţi termoizolante. Astfel apa este împiedicată să ajungă la peretele interior şi este asigurată protecţia contra ploii batante. Stratul exterior (zidărie aparentă) este realizat cât mai aproape de stratul de tencuială (la limita spaţiului necesar pentru degetele zidarului) având rosturile umplute complet cu mortar. Acest tip de închidere este o îmbunătăţire a peretelui simplu de zidărie aparentă cu rosturi continue de 20 mm; spre deosebire de acesta, care suferă frecvent degradări imputabile lipsei de atenţie la umplerea rostului cu mortar hidrofug, calitatea tencuialii de pe faţa exterioară a peretelui interior poate fi lesne verificată înaintea zidirii peretelui exterior. Totuşi, dezavantajul peretelui dublu rezidă în faptul că încărcările verticale trebuie preluate numai de stratul interior. Dacă în locul unui parament de zidărie aparentă se preferă un parament tencuit, atunci tencuială de pe stratul interior al peretelui dublu poate fi omisă; de asemenea în stratul exterior nu sunt necesare cărămizi rezistente la îngheţ. Sunt necesare orificii de drenare numai la bază, pentru a permite evacuarea apei pătrunse prin stratul exterior. Pentru conectarea celor doi pereţi sunt suficiente agrafe Ø 3 mm.
180
Susţinerea stratului exterior de zidărie Greutatea stratului exterior din zidărie trebuie susţinută pe toată lungimea sa, pe reborduri din placă sau pe profile din oţel. Dacă suportul nu este continuu, fiecare element de zidărie din asiza corespunzătoare cotei de rezemare trebuie susţinut la ambele capete. Suporturile metalice care după montare nu mai sunt
accesibile,
trebuie
asigurate
cu
o
protecţie
anticorozivă permanentă (ex. oţel inoxidabil). De regulă straturile exterioare sunt realizate din zidărie de 115 mm (1/2 cărămidă); în unele ţări se consideră necesară doar rezemarea lor la intervale de 3
12 m înălţime ; în România alcătuirea trebuie să respecte
normele
de
proiectare
privind
siguranţa
construcţiilor în regim seismic şi poate fi necesară rezemarea la fiecare nivel. Pereţi de 115 mm pot ieşi în consolă faţă de reazem cu max. 1/3 din grosimea lor. Zidăriile exterioare mai subţiri de 115 mm trebuie nu pot fi utilizate pe o înălţime mai mare de 20 m deasupra cotei terenului datorită rezistenţei lor limitate la încărcări din vânt. In stratul exterior de zidărie se prevăd rosturi de dilatare-contracţie cel puţin sub elementele de susţinere. Pentru realizarea golurilor se pot folosi: -
buiandrugi beton armat precomprimat în cofraj ceramic (tip Porotherm)
-
buiandrugi din zidărie de cărămidă aparentă cu elemente metalice înglobate (ex. buiandrug metalic portant tip HCL Halfen-Deha)
-
console metalice (ex. consola-buiandrug HHL Halfen-Deha)
Buiandrug din zidărie de cărămidă aparentă
cu
element
metalic
înglobat (HCL Halfen-Deha) 1 – reazem din platbandă; 2 – traversă de legătură; 3 – tijă conector; 4 – piesă transversală de menţinere în poziţie.
3
Conform Pfeifer, Ramke, Achtyiger, Zilch, Masonry Construction Manual. Birkhäuser, Basel, 2001.
181
Consolă metalică aparentă
Console metalice şi arhitravă din zidărie armată.
182
Ancorarea stratului exterior de zidărie Stratul exterior de zidărie trebuie ancorat de stratul interior al peretelui dublu aşa încât să se prevină răsturnarea sa şi/sau deformarea ca urmare a variaţiilor de temperatură. In plus, sistemul de ancorare serveşte la preluarea încărcărilor din vânt; întrucât acţiunea vântului poate genera atât presiune cât şi sucţiune, agrafele de ancorare trebuie să fie deopotrivă rezistente la întindere şi compresiune. Agrafele de ancorare se realizează din oţel inoxidabil şi pot avea diverse forme. Atunci când apareiajul celor doi pereţi coincide, se utilizează agrafe în formă de Z. In alte situaţii este preferabilă utilizarea agrafelor în formă de L care pot fi îndoite pentru adaptare. Dacă rosturile orizontale ale celor două zidării paralele nu sunt în acelaşi plan sau dacă peretele exterior se realizează după ce peretele interior a fost deja construit, sunt necesare sisteme de ancorare
speciale
(care
permit
fixarea ulterioară). De regulă agrafelele de ancorare trebuie dispuse la distanţe de max. 500 mm pe verticală şi max. 750 mm pe direcţie orizontală; în jurul golurilor, la colţurile clădirii, precum şi dealungul rosturilor de dilatare-contracţie sunt necesare 3 agrafe/ml. In general, la 1 mp de perete sunt necesare min. 5 agrafe Ø 3 mm; dacă înălţimea peretelui este mai mare de 12 m, sunt necesare 5 agrafe Ø 4 mm; dacă distanţa între cei doi pereţi este 70-120 mm, pe 1 mp sunt 4
necesare 7 agrafe Ø 4 mm sau 5 agrafe Ø 5 mm.
La zidării curbe sau cu proeminente, tipul, numărul şi poziţiile agrafelor de ancorare trebuie stabilit de la caz la caz ţinând cont de deformaţiile datorate vântului şi/sau variaţiilor de temperatură. Pentru prevenirea/reducerea riscului de fisurare a zidăriei exterioare (din contracţii sau din mişcări termice), se pot prevederea armături în rosturi; se recomandă prevederea de armături în rostul de deasupra sau dedesuptul rândului de ancore, sau în ambele. Pentru fiecare caz în parte, elementele de ancorare, ca şi cele de susţinere, vor fi proiectate şi verificate astfel încat să asigure cerinţele de rezistenţă şi stabilitate.
4
Ibidem.
183
Rosturi de dilatare-contracţie In peretele exterior din zidărie se prevăd rosturi de dilatare-contracţie – orizontale şi verticale – cu grosime de 10-20 mm, umplute cu material elastic. Distanţa între rosturi trebuie să fie max.12 m (Eurocode 6); la clădiri cu înălţime mai mare de 12 m, se prevăd rosturi orizontale la max. 9 m distanţă. In practică, se prevăd rosturi la fiecare etaj (sau la două etaje), sub piesele de rezemare. Rosturile deschise pot fi folosite pentru ventilarea stratului de aer din alcătuirea peretelui dublu.
Protecţia contra umidităţii Sistemul de ancorare trebuie astfel realizat încât agrafele să nu faciliteze transmiterea umidităţii din stratul exterior de zidărie către cel interior. In acest scop, agrafele trebuie aşezate orizontal; în plus, în zona centrală a spaţiului de aer dintre pereţi, se montează pe agrafe un disc de plastic (disc picurător); discul interceptează apa pătrunsă prin peretele exterior şi face ca ea să nu ajungă la termoizolaţie şi la peretele interior. La partea inferioară a spaţiului de aer dintre cei doi pereţi trebuie prevăzută o hidroizolaţie, pentru a proteja peretele interior şi pardoseala de umiditatea care pătrunde prin peretele exterior şi se adună în partea de jos a golului. Hidroizolaţia trebuie să aibă pantă către exterior în zona spaţiului de aer, fiind orizontală sub peretele exterior şi cel interior. Peretele exterior trebuie astfel rezemat încât să se prevină lunecarea lui; în acest scop, primul rând de agrafe trebuie poziţionat cât mai jos iar hidroizolaţia orizontală trebuie astfel realizată încât să nu favorizeze lunecarea (ex. hidroizolaţie rigidă, din mortar hidrofug). Hidroizolaţia trebuie ridicată min. 150 mm pe peretele interior şi fixată de acest perete; pentru realizarea pantei se foloseşte o piesă suport din lemn.
PROBLEMA PUNŢILOR TERMICE Punţile termice apar acolo unde închiderea termoizolantă este penetrată de componente care permit trecerea căldurii de la interior spre exterior (materiale bune conducătoare de căldură) cum ar fi elementele din b.a. – grinzi, stâlpi, centuri, stâlpişori etc – din alcătuirea închiderilor.
184
Pentru evitarea pierderilor de căldură şi a degradărilor ce decurg din prezenţa punţilor termice (suprafeţe reci – condens – umezeală – degradări specifice), acestea trebuie eliminate din alcătuirea închiderilor sau cel puţin reduse. La
pereţii
continuitatea exteriorul
termoizolaţiei elementelor
construcţie
din
eliminarea pereţii
multistrat,
b.a.
punţilor
prevederea
unor
de permite
termice;
monostrat
la
la
portanţi, termoizolaţii
locale, cu grosimi mici, în dreptul centurilor şi stâlpişorilor, permite reducerea punţilor termice. In
anumite
situaţii,
rezolvări de detaliu particulare ale unor noduri „delicate”, permit eliminarea sau reducerea punţilor termice; o atenţie specială trebuie acordată nodurilor marcate în secţiunile de mai jos (în general racorduri între structura verticală şi cea orizontală).
185
Se poate observa că în cazul pereţilor multistrat cu termoizolaţie la exteriorul stratului portant (pereţi simpli cu termosistem sau cu placaj ventilat, pereţi dubli cu miez termoizolant), riscul formării unor punţi termice este relativ limitat. Mai complexă este situaţia în cazul pereţilor cu dublaj termoizolant la interiorul stratului portant, unde sunt necesare rezolvări de detaliu particulare.
.
Corectarea punţii termice la placa de balcon cu element de legătură din beton armat cu microfibre din oţel, care înglobează polistiren şi este prevăzut cu conectori din oţel inoxidabil (Schöck Isokorb)
186
CONTROLUL MIGRAŢIEI VAPORILOR DE APĂ Controlul migraţiei vaporilor de apă prin închiderile unei construcţii are în vedere fenomenul de condens care, în anumite situaţii, se poate produce în masa peretelui.
Prevenirea acumulării de apă din condens în perete se poate realiza pe două căi: (1)
împiedicarea producerii condensului interstiţial, prin prevederea unei bariere de vapori pe faţa caldă a termoizolaţiei;
(2)
crearea posibilităţii de evacuare a apei
din
condensul
produs
ocazional, prin: ─
permeabilitatea materialelor peretelui,
la din
vapori
a
alcătuirea
crescătoare
de
la
interior către exterior; ─
pereţi
cu
alcătuiri
multistrat
ventilate.
187
Richmond House, Dublin, Irlanda, 2004-2005 Boyd Cody Architects, Dublin
188
EXECUŢIA ELEMENTELOR DIN BETON ARMAT Cofrajele Pentru a dobândi forma finală dorită, betonul este turnat în cofraje; turnarea se poate face în şantier sau se poate realiza în prealabil într-o fabrică, de unde elementele de b.a. astfel obţinute sunt transportate în şantier şi puse în operă. Betonul turnat în cofraje pe şantier se numeşte ’beton monolit’ (engl. in situ concrete). Betonul turnat în fabrică se numeşte ’beton prefabricat’ (engl. precast concrete). Cofrajele destinate turnării betonului pot fi ‘reutilizabile’ sau ‘pierdute’. Cofrajele reutilizabile (de inventar) sunt cele care după întărirea betonului sunt demontate şi utilizate pentru alte turnări; numărul de reutilizări depinde de deteriorabilitatea materialului din care este făcut cofrajul. Cofrajele pierdute devin parte integrantă a elementului constructiv turnat sau se distrug la decofrare fiind realizate din materiale perisabile (ex. carton). Dincolo de funcţiunea lor primă – cea de a da betonului forma proiectată – cofrajele trebuie să mai îndeplinească următoarele cerinţe: -
să asigure corecta poziţionare a armăturilor;
-
să asigură stabilitatea betonului proaspăt turnat;
-
să protejeze betonul de influenţa temperaturilor exterioare şi de pierderea apei.
Acţiunile cele mai importante care pot afecta estetic betonul cofrat sunt: presiunea betonului proaspăt din cofraj, acţiunea dinamică a vântului şi vibraţiile. Ele trebuie luate în considerare la realizarea cofrajului. Cofrajul este alcătuit din 3 componente: (1) parament – strat continuu în contact cu betonul proaspăt; determină forma şi textura superficială a elementului turnat; are ranforsări menite să asigure rezistenţa suprafeţei la presiunea betonului; (2) sistem de sprijinire – constituit din elemente preia
structurale
încărcările
menite
rezultate
să din
acţiunile asupra paramentului şi să le transmită către alte părţi deja realizate sau către pământ; (3) sisteme auxiliare – platforme fixe sau mobile solidarizate de cofraj pentru a permite turnarea, pentru siguranţa
lucrătorilor
şi
pentru
întreţinere.
189
Pentru asocierea celor 2 paramente ale cofrajului şi preluarea presiunii betonului, se folosesc bare de ancorare (distanţieri) din oţel, aşezate în tuburi de PVC şi tensionate. Barele de ancorare (distanţierii) determină producerea unor orificii în suprafaţa turnată; aceste orificii sunt ulterior supuse unui tratament, mascându-le sau evidenţiindu-le prezenţa.
190
Toate componentele cofrajului pot fi realizate prin lucrări tradiţionale de dulgherie (ca în imaginile de mai sus) sau cu sisteme moderne. In prezent industria furnizează o gamă largă de sisteme de cofrare ce permit ca suprafeţe mari de cofraj să fie montate şi demontate rapid; sistemele includ panouri modulare cu piese de îmbinare adecvate, cofraje pentru
planşee
cu
popi
telescopici,
cofraje glisante şi căţărătoare cu autosprijinire etc. Cu scopul de a îmbina avantajele
economice
ale
cofrajelor
modulare şi efectele estetice ale lemnului, acestea
sunt
frecvent
folosite
în
combinaţie cu paramente ’tradiţionale’ din scânduri.
Cofraje pentru pereţi
Panouri modulare cu ranforsări metalice şi parament din plăci fenolice (Sistem Peri)
191
Cofraje modulare din material plastic (Sistem Geopanel)
Cofraje pierdute termoizolante (Sistem Styrostone)
192
Cofraje pentru stâlpi rectangulari
Cofraj modular pentru stâlpi realizat cu panouri universale (Sistem Doka)
Cofraj reutilizabil din polistiren expandat cu faţa interioară din material plastic termoformat (Valero)
193
Cofraje pentru stâlpi circulari
Cofraje refolosibile din platbandă de oţel cu ranforsări (Sistem Doka)
Cofraje refolosibile din polistiren expandat, cu faţa exterioară din tablă şi faţa interioară din lemn sau material plastic.
194
Cofraje circulare de unică întrebuinţare din carton, aluminiu şi polietilenă - K.A.P. (Tubotec-Valero; Plakatube etc)
195
Cofraje pentru plăci
Cofraje tip masă cu grinzi de lemn şi popi metalici telescopici (Sistem Doka)
Cofraje tip masă din panouri de aluminiu (Sistem Peri)
196
Cofraje pierdute din plasă de oţel laminată la rece (Nervometal). Suportă şi armează plăci uşoare (3-5 cm grosime). Se adaptează la orice formă (suprafeţe curbe, forme libere). Se livrează în panouri de 2500 x 600 mm; poate fi galvanizată sau nu.
Cofraje pierdute din GRC (Glassfibre Reinforced Concrete) sub formă de plăci subţiri (8 – 18 mm) plane sau cutate, pe deschideri până la 1200 mm.
197
Cofraje pierdute din polistiren expandat de înaltă densitate (Sistem Forel)
Cofraje pierdute din plăci din fibre lemnoase aglomerate cu ciment (Heraklith) Au capacitate de izolare termică şi protecţie la foc. Capacitatea termoizolantă se poate majora înglobând spumă rigidă de poliuretan (15 – 90 mm) între 2 plăci de 5 mm (imaginea din drapta). Dimensiunile plăcilor: 2000 x 6000 mm; grosimi 15...100 mm. La peste 25 mm grosime necesită fixare suplimentară cu dibluri de plastic.
198
Cofraje speciale Sisteme de panouri preasamblate pentru cofraje de mari dimensiuni
Panouri modulare cu raster din oţel sau aluminiu care rigidizează suprafaţa de cofrare realizată din plăci fenolice. (ex. Sistem Peri - Trio) Asocierea panourilor se face cu clame cu aliniere automată.
Sistemul permite compunerea unor cofraje cu diverse forme şi dimensiuni, folosind relativ puţine tipuri de elemente. Este uşor de pus în operă; clama cu aliniere automată asociază panourile între ele şi rigidizează ansamblul, permiţând transportul unor panouri preasamblate de mari dimensiuni cu macaraua.
199
Sisteme de cofraje cu grinzi dese
Sistem de cofraje de mari dimensiuni pentru pereţi şi stâlpi bazat pe utilizarea unor grinzi dese – din lemn, oţel sau mixte (lemn-oţel sau lemn-aluminiu) – rigidizate cu centuri din oţel. Permite modulări diverse şi se adaptează la orice formă, atât în plan cât şi în elevaţie. Este indicat îndeosebi pentru beton aparent. (ex. Sistem Peri – Vario)
Toyo Ito, Fira de Barcelona, Montjuic 2, 2007
200
Cofrarea suprafeţelor continui cu formă repetitivă dezvoltate pe orizontală sau pe verticală este facilitată de utilizarea unor dispozitive care permit deplasarea şi relocarea cofrajului pentru o nouă utilizare – fie pe orizontală (cofraje ‘glisante’), fie pe verticală (cofraje ‘căţărătoare’).
Cofrajele glisante In cazul unor pereţi cu lungime mare, cofrajul preasamblat se poate deplasa pe orizontală pentru etape succesive de turnare, cu ajutorul unor şine metalice sau patine dispuse la partea inferioară.
Cofrajele căţărătoare Sunt utilizate la turnarea pereţilor unor clădiri dezvoltate pe înălţime; sunt formate din module autonome care se deplasează vertical, in diverse moduri (ex. Peri - Climbing Systems)
201
Air Traffic Control Tower, Edinburgh Airport, UK (cca 46 m înălţime)
Cofrarea pereţilor curbi Cofrarea pereţilor curbi ridică probleme particulare: -
realizarea curburii
-
menţinerea planeităţii pe verticală
-
preluarea presiunii betonului
-
prevenirea momentelor de torsiune generate de formă, ce ar putea provoca destabilizarea parţială sau totală a ansamblului (cu tensori şi sprijiniri repartizate pe suprafaţa cofrajului)
Sistem Iguazuri - Wendler
202
Sistem de cofrare pentru pereţi perfect circulari cu contur închis, cu diametru ≥ 1,20 m, folosind centuri articulate din oţel (Sistem Peri – GRV)
203
In cazul curbelor deschise cu rază variabilă, sunt necesare reglaje cu tensori. Legătura între panouri se face cu agrafe autoaliniante.
Sistem modular pentru raze ≥ 1 m; ajustare simplă a cuburii, prin intermediul tensorilor, fără modificarea panourilor (Peri – Rundflex)
204
Cofraje tunel Sunt cofraje metalice modulate, constituite din cadre deplasabile, care permit turnarea simultană a pereţilor şi planşeelor. Cofraje-tunel autoportante de dimensiunea unei celule (până la 6-7 m) au fost folosite încă din anii ‘70 – ’80 la construcţia locuinţelor colective, permiţând o execuţie foarte rapidă. Au la origine tehnologia folosită la realizarea canalelor şi galeriilor. Cea mai mare problemă o reprezintă decofrarea. In acest scop, cofrajele dispun de tensori mecanici sau hidraulici şi se pot plia datorită articulaţiei de la cheie sau celor laterale.
1 – cale de rulare; 2 – soclu; 3 – pasarelă în consolă; 4 – panouri de cofraj pentru planşeu; 5 – panou cofraj pentru diafragmă longitudinală; 6 – panou cofraj pentru diafragmă transversală; 7 – cofraj grindă faţadă; 8 – cofraj bulbi; 9 – dispozitiv coborâre cofraj; 10 – dispozitiv decofrare.
Construcţiile bazate pe această tehnologie au demonstrat o bună comportare la cutremur; ca atare, continuă să fie utilizate în ţări seismice (ex. Turcia).
Construcţii de locuinţe realizate cu cofraje-tunel în Turcia.
205
Cofraje flexibile Betonul cu agregate foarte fine este injectat într-un spaţiu delimitat de un material deformabil: un material special, permeabil la aer şi apă, dar care reţine cimentul. Se formează panouri cu lăţimi de 170 – 240 cm şi lungimi variabile (până la 100 m), întrerupte de ‘coaste’ verticale la fiecare 5 m. Aplicaţiile cele mai frecvente sunt la îmbrăcarea malurilor de râuri, canale etc, pentru a preveni eroziunea. Cu acelaşi procedeu se îmbracă tuburi, se repară piloţi, se construiesc tetrapozi in situ, se acoperă cavităţi în diguri.
Cofraje gonflabile Se realizează din două membrane PVC de înaltă rezistenţă între care se introduce aer cu
presiune,
după
care
se
proiectează spumă de poliuretan (termoizolaţie), apoi beton peste armătură (de regulă beton armat cu fibre). Se pot realiza construcţii de până la 120 m diametru.
Materiale pentru paramentul cofrajelor -
Scânduri
In general se folosesc scânduri din lemn de brad; grosime 25 mm; lăţime max. 30 cm (curent 10 – 15 cm); lungime max. 600 cm (curent până la 300 cm) -
Plăci din derivate de lemn
De regulă se folosesc plăci de contraplacaj acoperite pe ambele feţe cu răşină
fenolică
(plăci
fenolice)
sau
melamină. Sunt mai uşoare şi se asamblează mai repede. Răşina cu care sunt finisate
206
ajută decofrarea şi lasă o suplafaţă lisă de beton. Sunt reutilizabile. -
Panouri din tablă de oţel sau aluminiu
Sunt folosite atât pentru betoane turnate în şantier, cât şi pentru betoane prefabricate. Costul mare al unor astfel de cofraje este de regulă compensat de numărul mare de reutilizări posibile. -
Alte materiale: mase plastice, carton plastifiat, K.A.P.
Atât metalul cât şi plasticul sau Plăci plăcile fenolice melaminat formează pentru suprafeţe deaparent cofrare(Peri) contraplacaj beton impermeabile apte pentru obţinerea unor suprafeţe de beton de bună calitate. Materialul din care este făcut cofrajul (lemn, panouri pe bază de lemn, oţel, plastic etc) şi finisarea suprafeţei sale (netedă, rugoasă, cu relief etc) determină textura de suprafaţă a betonului aparent. Netezimea sau rugozitatea influenţează culoarea (nuanţa) suprafeţei de beton – de ex. un cofraj foarte neted determină o culoare mai deschisă a betonului, decât unul rugos.
Agenţii de decofrare Se aplică pe faţa de contact între materialul cofrajului şi beton. Facilitează separarea dintre suprafeţele de beton şi cofraj fără degradări la baterea cofrajul; ajută la obţinerea unui strat finit continuu la faţa betonului; protejează materialul cofrajului, contribuind la posibilitatea reutilizării lui. Pot fi: ulei, ceară, produse de tip pastă sau emulsie – funcţie de materialul cofrajului.
Turnarea betonului Betonul fluid trebuie turnat în cofraje fără a se produce modificări (cum ar fi segregarea betonului). După turnare betonul este compactat omogen in situ, manual sau mecanic. Compactarea in situ are ca scop: -
asigurarea umplerii complete a cofrajului
-
disiparea bulelor de aer înglobate
-
distribuţia omogenă a pastei de ciment
-
asigurarea acoperirii continue a agregatelor
-
asigurarea formării unui strat dens de beton la suprafaţă, care să acopere complet armăturile
Intărirea betonului Priza şi întărirea betonului nu sunt rezultatul uscării. Dacă betonul se usucă prea repede, se produc fisuri de contracţie; dacă se stropeşte betonul cu apă, este aproape sigur că vor apărea eflorescenţe. Betonul trebuie să-şi menţină propria umiditate cât mai mult timp; ca atare se acoperă cu o folie impermeabilă, aşezată cât mai aproape de faţa betonului dar fără a-l
207
atinge. Metodele sunt laborioase dar indispensabile în cazul betonului aparent (min.4 zile stropit şi/sau acoperit; iarna protejat de îngheţ prin acoperire şi eventual încălzire).
Rosturi de turnare Rezistenţa cofrajului la presiunea betonului fluid impune limite în ceea ce priveşte cantitatea de beton posibil a fi turnată în condiţii economice dintr-o singură operaţie. Ca atare turnarea betonului trebuie executată pe etape separate prin rosturi. Intrucât este imposibilă ascunderea unor astfel de rosturi în cazul betonului aparent, este recomandabilă planificarea (proiectarea) lor atentă.
Facultatea de Ştiinţe Sociale a Universităţii din Navarra, Pamplona, 1997 Ignacio Vicens, José Antonio Ramos
208
BETONUL APARENT Betonul aparent este de două feluri: beton aparent natural (brut) şi beton aparent tratat (prelucrat). Betonul aparent natural (brut) Betonul aparent natural (brut) reproduce structura cofrajului în care a fost turnat, aleasă sau proiectată funcţie efectul estetic urmărit, fără să suporte tratamente ulterioare. In acest caz în textura suprafeţei se valorifică faptul că, pe parcursul prizei şi întăririi, la contactul cu cofrajul, se formează o crustă constituită numai din mortar de ciment cu agregate foarte fine; la nivel macroscopic suprafaţa rezultă omogenă. Structura materialului (compactă sau poroasă) şi coloraţia sa depind în principal de cimentul şi nisipul utilizat. Desenul suprafeţelor de beton aparent natural depinde de suprafaţa interioară a cofrajului: mortarul de ciment reproduce în negativ suprafaţa fibroasă a scândurilor de brad, suprafaţa netedă a panourilor fenolice din derivate de lemn, a panourilor metalice sau din material plastic. Cofrajele de lemn pot fi în prealabil tratate pe suprafaţa interioară prin sablare sau periere, pentru a scoate în evidenţă fibra lemnului şi a-i imprima textura pe beton. Pe suprafaţa betonului se pot imprima reliefuri – operând asupra rosturilor între scândurile/panourile de cofraj, asupra poziţiei distanţierilor metalici sau folosind contramatriţe (de ipsos, ciment, material plastic, cauciuc etc). Proiectantul trebuie să colaboreze cu
Beton cu ciment alb sau gri, tip ‘tije de bambus’; contramatriţă de cauciuc
producătorul şi constructorul, întrucât reţeta amestecului şi execuţia în şantier influenţează considerabil calitatea betonului aparent. Prezenţa unor aditivi, modul de turnare şi compactare, montarea cofrajelor şi legarea lor, modul de decofrare, influenţează calitatea suprafeţelor (se pot produce porozităţi sau exfolieri, fisuri, desprinderi ale cojii de ciment, pete). Turnarea în cofraje verticale poate conduce la neregularităţi mai evidente: ‘cuiburi’ de pietriş (datorită proastei amestecări şi vibrări); ‘cratere’ superficiale (cauzate de bule de aer care se formează la contactul cu suprafeţe de cofraj impermeabile în timpul compactării); desprinderea locală a stratului superficial la decofrare (datorită aderenţei la cofraj); pete (provocate de oxidarea dispozitivelor metalice folosite la legarea şi menţinerea în poziţie a cofrajelor). Pentru îmbunătăţirea calităţii suprafeţelor aparente, după decofrare se pot realiza operaţiuni de rectificare. Culoarea betonului aparent natural depinde de culoarea nisipului (foarte variabilă în cazul nisipului de carieră), dar mai ales de tipul şi cantitatea cimentului. Cimentul comun este 209
gri, dar cu nuanţe care depind de provenienţa materiei prime. Cimentul alb este obţinut prin folosirea de calcare fără oxizi de fier. Cimentul colorat este obţinut cu adaosuri controlate de pigmenţi, în ciment gri sau alb. Culoarea suprafeţelor de beton aparent poate fi influenţată în mod ireversibil de factori nedoriţi, cum ar fi heterogenitatea cofrajelor, condiţiile climatice în timpul prizei, modalităţile de uscare etc. Ca atare este foarte greu de asigurat uniformitatea culorii, îndeosebi în cazul betonului turnat in situ. Proiectul poate ţine cont de acest lucru, evitând spre exemplu suprafeţe extinse, plane, netede şi uniforme, unde orice neregularitate devine mai evidentă şi introducând fragmentări care pot face acceptabile anumite variaţii aleatorii ale culorii suprafeţelor. Betonul aparent tratat (prelucrat) După decofrare, betonul aparent poate suferi diverse tratamente superficiale; acestea pot fi aplicate după întărirea completă a betonului, caz în care sunt similare celor utilizate în cazul
pietrei
naturale
(sablare,
şpiţuire,
buceardare etc) sau înainte ca betonul să se fi întărit complet (periere, spălare etc). In acest din urmă caz pasta superficială de nisip şi ciment este îndepărtată iar aspectul (culoarea, rugozitatea) îndeosebi
şi de
durabilitatea caracteristicile
sunt
legate
agregatelor;
agregatele sunt alese funcţie de forma, dimensiunile şi culoarea dorită; uneori sunt
Blocuri de beton cu faţă splitată
folosite agregate preţioase (granit, cuarţ, onix, marmură, materialele ceramice etc); trebuie să fie materiale dure, durabile şi chimic stabile, încât tratamentul superficial să nu le reducă rezistenţa mecanică şi să nu determine desprinderea lor de masa de beton.
210
Tadao Ando, Church of the Light, Osaka, Japonia, 1989-1990; beton aparent natural
BETONUL ARMAT CU FIBRE Ferocimentul Ferocimentul poate fi considerat un precursor al betoanelor armate cu fibre. Plecând de la o idee deja existentă (cimentul armat al lui Cottancin) ferocimentul a fost pus la punct şi experimentat de Pier Luigi Nervi în prima jumătate a secolului XX. Ferocimentul constă în asociearea dintre mortarul de ciment şi un pachet de reţele metalice suprapuse (10 - 12 straturi de reţele cu latura de 1 cm, din fire Ø 0.5 – 1.5 mm) pentru a realiza o placă cu o grosime de 3 – 4 – 6 cm. Ideea de bază este obţinerea unui material care, prin distribuţia difuză a reţelei metalice, să dobândească un caracter omogen, să nu fie fisurabil şi să utilizeze reţeaua ca suport al materialului proaspăt fără a fi necesare cofraje.
Ferocimentul
este
deci
un
material
rezistent, elastic şi care oferă o mare libertate formală, calităţi pe care Nervi le-a valorificat la realizarea celebrelor sale structuri de acoperire realizate în perioada 1930 – 1960. Tradiţia ferocimentului a fost reluată în anii ’80 de Renzo Piano şi Peter Rice, la acoperişul muzeului pentru Colecţia Menil (Houston, Texas, 1981-1986).
Plăcile
din
ferociment
formează
Renzo Piano, Peter Rice, Colecţia Menil, Houston, Texas, 1981-1986
intradosul unui acoperiş cu grinzi reticulare din oţel.
Fibrocimentul Fibrocimentul se obţine adăugând fibre cu rol de armătură difuză la un amestec de ciment, apă şi agregate. Până în anii ’70 se utilizau cu precădere de fibre de azbest (de unde denumirea de “azbociment”); folosirea lor fost abandonată din cauza nocivităţii demonstrate a fibrelor libere în aer. In prezent azbocimentul se produce cu alte tipuri de fibre care nu sunt nocive (fibre naturale, fibre sintetice). Produsele încă de largă utilizare din fibrociment sunt plăcile pentru învelitori şi plăcile pentru placări de faţade. Culoarea naturală gri a cimentului poate fi modificată prin adăugarea de coloranţi în straturile superficiale sau în masă; poate fi utilizat şi ciment alb.
211
Fibrocimentul Eternit este un material compozit pe baza de ciment Portland şi apa, armat cu fibre naturale (celuloză
neînălbită)
şi
cantitati mici de fibre sintetice organice, din care se produc plăci
pentru
învelitori
şi
faţade ventilate Astăzi, costrucţiilor
oferă
sortimente
de
piaţa diverse cimenturi
armate cu fibre de sticlă, de oţel, de carbon sau fibre polimerice; înglobate în pasta de ciment, aceste fibre permit realizarea unei game largi de produse pentru construcţii, de la’coji’ subţiri, ductile şi rezistente, cu geometrii variate, utilizate ca elemente nestructurale, şi până la elemente portante de înaltă rezistenţă din beton armat cu fibre şi armături din oţel.
Betonul armat cu fibre de sticlă 1 Este utilizat la realizarea de elemente prefabricate nestructurale pentru faţade, la cofraje pierdute, obiecte de mobilier urban etc.
Soccer City 2010, Johannesburg, Africa de Sud. Panouri de faţadă din GFRC.
1
GFRC = Glass Fiber Reinforced Concrete.
212
Betonul translucid – LiTraCon 2 Amestecul de fibre optice (4%) cu o combinaţie fin divizată de piatră sfărâmată, ciment şi apă conferă acestui material proprietatea de a fi translucid. El fost inventat şi brevetat în 2001de arhitectul maghiar Aron Losonczi; este produs în prezent
de
compania
inventatorului, LiTraCon Bt, fondată în primăvara anului 2004, în oraşul Csongrad (Ungaria).
Perete despărţitori din LiTraCon
Betonul Ductal Este un material bazat pe ciment cu fibre metalice sau organice; are calităţi deosebite de rezistenţă, ductilitate, durabilitate şi aspect, creat de Lafarge în asociere cu Bouygues şi Rhodia.
Se
produce
în
următoarele
sortimente: -
Ductal®
FM
-
conţine
fibre
metalice şi este folosit la structuri portante. -
Ductal® AF - are aceleaşi calităţi mecanice + rezistenţă foarte bună la foc.
-
Ductal®
FO
-
conţine
fibre
organice şi este adecvat pentru elemente nestructurale: panouri de pereţi, mobilier, copertine etc RATP Bus Centre, Thiais, France, 2007, arh. ECDM Combarel Marrec. Panouri de faţadă din beton Ductal. 2
Light Transmitting Concrete
213
Extinderea Muzeului de Artă din Lille, 2010, arh. Manuelle Gautrand. Panouri de faţadă din beton Ductal.
214
BETONUL PREFABRICAT Conştientizarea faptului că betonul poate fi transportat după ce a fost turnat a deschis noi posibilităţi şi totodată a generat un nou mod de a înţelege betonul. Prefabricarea a îmbunătăţit condiţiile de producere şi deci calitatea elementelor din beton, generând în schimb probleme legate de transport, manipulare, montaj. Totodată prefabricarea a oferit cadrul propice pentru afirmarea unor noi tehnologii complementare: precomprimarea şi postcomprimarea; născute în cadrul lucrărilor de inginerie, tehnologiile respective au fost preluate rapid în arhitectură conducând la rezolvări inovative. Diferenţa fundamentală dintre betonul armat turnat in situ şi cel prefabricat constă în aceea că în primul caz se pune în operă un material amorf, iar în al doilea caz unul deja conformat. Punerea în operă a unui material deja ‘format’ ridică problema asocierii pieselor prefabricate; ca atare realizarea îmbinărilor a reprezentat în timp principalul domeniu de cercetare şi inovare în domeniul prefabricării. Rentabilitatea şi dezvoltarea prefabricării se datorează promovării lucrărilor de mare amploare, unde repetabilitatea sa intrinsecă au făcut-o să fie soluţia cea mai avantajoasă; această repetabilitate a provocat însă şi o monotonie a imaginii de care prefabricarea pare să se fi ‘vindecat’ în prezent.
Caracteristicile betonului prefabricat 1. Este un material produs în industrie – ceea ce are drept consecinţe: -
creşterea considerabilă a tuturor caracteristicilor sale fizice: rezistenţă mecanică, calitatea suprafeţelor etc
-
eliminarea ‘impreciziei’ proprii betonului turnat in situ, prin introducerea controlului de calitate şi a preciziei specifice proceselor industriale de fabricaţie
2. Este un material turnat în cofraje şi poate, în principiu, să primească orice formă; principala limitare o reprezintă însă amortizarea costului cofrajului: deci, totul este (teoretic) posibi, dar nu totul este raţional. Ca atare, orice formă din beton prefabricat trebuie înţeleasă ca parte a unui sistem de piese repetabile şi/sau variabile plecând de la un ‘şablon’. 3. Construcţia prefabricată este inseparabilă de inventarea precomprimării.
1
Eugène Freyssinet, podul Annet-sur-Marne, Franţa, 1949
1
Eugène Freyssinet (1879-1962) este considerat inventatorul betonului precomprimat.
215
Prin precomprimare s-a depăşit principala limită a b.a. (riscul de fisurare), s-a făcut intrarea unor noi materiale (betoane şi oţeluri de înaltă rezistenţă) şi au crescut considerabil posibilităţile în domeniul concepţiei pieselor. Noul material – betonul precomprimat – a revoluţionat întâi de toate construcţia podurilor, unde a permis dezvoltarea unor soluţii-tip, bazate pe elemente fabricate în serie; astfel, dintr-un efort constructiv excepţional, podul devine o problemă de rutină. Pe de altă parte betonul precomprimat a facilitat rezolvarea unor probleme complexe de conformare şi de execuţie în prefabricarea construcţiilor civile.
Angelo Mangiarotti, Biserica Mater Misercordiae, Baranzate, Milano, 1957 Elemente prefabricate asamblate prin postcomprimare
216
4. Discontinuitatea este o caracteristică fundamentală a betonului prefabricat iar rezolvarea îmbinărilor între prefabricate este determinantă pentru comportamentul ansamblului. Prin tradiţie, problema îmbinărilor între prefabricate a fost abordată în două moduri: I.
ca simplă rezemare – soluţie limitată la construcţii simple, trilitice; implică un sistem de stabilizare a ansamblului;
II. ca nod rigid – folosind în principal două tehnici:
a) îmbinări prin monolitizare – cu spaţii între prefabricate, în
care
se
continuitatea
realizează armăturilor
apoi se toarnă beton in situ;
b) îmbinări ‘uscate’ – cu piese metalice de legătură.
Tehnologia care a modificat radical domeniul îmbinărilor între prefabricate a fost postcomprimarea (respectiv precomprimarea cu armătură postîntinsă). Ea a deschis noi posibilităţi, permiţând realizarea de piese continui prin asocierea unor elemente prefabricate de dimensiuni mai mici şi a generat noi concepţii în procesul de execuţie şi montaj, cu impact asupra proiectării.
Dacă în domeniul podurilor şi al altor construcţii inginereşti contribuţia betonului prefabricat este cât se poate de evidentă, în arhitectură rolul prefabricării nu apare la fel de clar şi poate ridica semne de întrebare îndeosebi în legătură cu producţia actuală de clădiri: mai este prefabricarea betonului o tehnologie de actualitate? O trecere în revistă din perspectivă istorică a unor realizări bazate pe tehnologia prefabricării, urmărind ce noi soluţii arhitecturale a generat ea în timp - cu aspecte pozitive şi negative - poate fi utilă pentru a găsi răspunsuri de actualitate.
217
CONSTRUCŢIILE CU PEREŢI PORTANŢI PREFABRICAŢI Construcţiile din „panouri mari” In arhitectură istoria betonului prefabricat cunoaşte prima sa mare etapă de dezvoltare şi cea mai cunoscută în sistemele de prefabricare a locuinţelor născute după al doilea război mondial din nevoia enormă de reconstrucţie şi necesitatea de a reduce manopera tradiţională. Cum locuinţele au în general mulţi pereţi, s-a considerat că betonul prefabricat se pretează cel mai bine pentru a construi clădiri cu pereţi portanţi. Scheletul din b.a. cu deschideri mici nu conducea la soluţii judicioase (problema îmbinărilor se complica); pe de altă parte, stabilitatea construcţiei era mai simplu de asigurat dispunând pereţi pe două direcţii. In plus, proprietăţile betonului „se potriveau” caracteristicilor construcţiei tradiţionale cu pereţi portanţi: o construcţie masivă, cu inerţie termică. Blocurile de dimensiuni mici, manevrabile de doi oameni, au fost rapid înlocuite de prefabricate de 1t; progresul macaralelor a permis apoi manevrarea unor piese mai mari (de 5 – 10t) şi asfel s-a putut reduce numărul rosturilor. Totodată s-a urmărit integrarea cât mai multor funcţii într-un unic element prefabricat de dimensiuni mari: pereţi portanţi cu instalaţii înglobate şi finisaje realizate odată cu turnarea. Diversele sisteme de construcţii din prefabricate grele (aşa-numitele „panouri mari”) s-au dezvoltat în anii ‘50 îndeosebi în Franţa, în Danemarca şi în ţările din estul europei.
Sistemul Camus (Franţa). Ansamblu de locuinţe la Le Havre, 1950-1951. In prezent zonă protejată (ZPPAUP - Zone de Protection du Patrimoine Architectural Urbain et Paysager)
218
Sistemul Balency (Franţa), 1954
Construcţiile cu pereţi prefabricaţi au demonstrat că pot oferi soluţii tehnice adecvate pentru clădirile de locuit. Dar căutările în domeniu s-au concentrat asupra sistemelor cu cost minim (şi performanţe în consecinţă). In general, sistemele care au fost folosite sunt caracterizate printr-o limitare drastică a deschiderilor, fiind preferate acele sisteme în care toţi pereţii de compartimentare sunt portanţi. Pe de altă parte, necesitatea unor pereţi longitudinali a impus faţade portante. In plus, ideea prefabricării locuinţelor s-a însoţit cu conceptul de „tipizare” ceea ce a însemnat prefabricarea clădirilor (şi nu a componentelor) conducând în fapt la bine cunoscuta monotonie de imagine asociată ansamblurilor de locuinţe de masă din această categorie.
Clădiri de locuit din „panouri mari” realizate în anii ’80 în Bucureşti (şi în multe alte oraşe
din
România)
după
proiectul tip IPCT 770.
219
Proiect tip IPCT 770 – planul unui tronson de mijloc.
In prezent, toate oraşele, mari şi mici, din România şi din alte ţări, au acumulat un important stoc de construcţii de locuit din „panouri mari”; în toată lumea ele fac obiectul unor operaţiuni complexe de reabilitare pentru aducerea la zi a calităţii locuirii. Aceste intervenţii de reabilitare presupun cunoaşterea felului în care clădirile respective au fost construite, ca bază necesară pentru înţelegerea fenomenelor de degradare care le afectează şi stabilirea modului corect, eficient, de intervenţie.
Ansamblu structural spaţial din „panouri mari”
1 – panouri de pereţi interiori; 2 – panouri de pereţi exteriori; 3 – panouri de planşeu; 4 – îmbinări verticale; 5 – îmbinări orizontale.
220
Sisteme de asociere a panourilor suprapuse
a) cu legături distribuite pe conturul panourilor
b) cu legături la colţurile panourilor
Imbinări verticale între panouri prefabricate
A. Imbinări cu mustăţi şi eclise sudate.
1 – armătură verticală; 2 – mustăţi din panouri; 3 – eclise sudate; 4 – beton de monolitizare; 5 – rectificare cu mortar de ciment
221
B. Imbinări fără suduri.
a - cu mustăţi suprapuse
b, c - cu bucle
1 – armătură verticală; 2 – mustăţi suprapuse; 3 – mustăţi îndoite, ancorate în betonul de monolitizare; 4 – bucle suprapuse; 5 – beton de monolitizare
Rezemarea panourilor de planşeu
A. Panouri de planşeu cu rezemare discontinuă
222
B. Panouri de planşeu cu rezemare continuă
Rezemarea panourilor de pereţi
A. Rezemarea panourilor de pereţi pe strat de mortar
1 – mortar de poză; 2 – beton de monolitizare turnat înaintea montării panoului de perete de la nivelul superior; 3 – mortar matat sub panoul de perete;
Preluarea eforturilor de lunecare între panourile de pereţi suprapuse cu rezemare pe strat de mortar, prin pene de beton armat.
1 – panou de perete; 2 – panou de planşeu; 3 – mustăţi din panourile de perete; 4 – eclise sudate; 5 – beton de monolitizare; 6 – mortar de poză
223
B. Rezemarea panourilor de pereţi cu subbetonare
4 – beton de monolitizare turnat după montarea panoului de perete de la nivelul superior; 5 – mortar de poză
Preluarea eforturilor de lunecare între panourile de pereţi suprapuse îmbinate cu subbetonare, prin prin profilatura panourilor şi armături verticale
1 – panou de perete; 2 – panou de planşeu; 3 – beton de monolitizare.
Imbinări orizontale între panouri prefabricate
Panouri de pereţi exteriori şi interiori rezemate pe strat de mortar a – Legături cu mustăţi şi eclise sudate 1 – panou de perete interior; 2 – panou de perete exterior; 3 – panou de planşeu; 4 – mortar de poză; 5 – armătură longitudinală; 6 – eclise sudate; 7 – bucle de armătură; 8 – beton de monolitizare
b – Legături cu bucle
224
Panouri de pereţi exteriori şi interiori rezemate cu subbetonare a – Legături cu mustăţi şi eclise sudate; 1 – panou de perete interior; 2 – panou de perete exterior; 3 – panou de planşeu; 4 – armătură longitudinală; 5 – eclise sudate; 6 – bucle de armătură; 7 – beton de monolitizare
b – Legături cu bucle
Imbinări cu postcomprimare
Panouri de pereţi şi planşeu cu margini profilate
Panouri de pereţi şi planşeu cu margini plane
225
Construcţia cu pereţi portanţi prefabricaţi s-a asociat în general cu construcţii de tip “fagure”, cu performanţe minime şi nivel scăzut de calitate. Totuşi, un sistem cu pereţi portanţi prefabricaţi nu are neapărat aceste caracteristici. Unele soluţii interesante de locuinţe (majoritatea în ţările nordice şi SUA) s-au distanţat în timp de acestă concepţie primitivă, tinzând către performanţe superioare; se pot cita în acest sens locuinţele P+2 înşiruite realizate de James Stirling la Runcorn (1970-1977, demolate în 1990) sau clădirea cu 16 nivele de locuinţe pentru studenţii universităţii Delaware (SUA) realizată în 1972 de Charles Luckman, ambele având pereţi transversali portanţi prefabricaţi şi faţade libere. Pe aceeaşi linie se înscriu şi unele construcţii de locuinţe contemporane ce demonstrează că, în condiţiile unei prefabricări „deschise” (de elemente constructive, şi nu de clădiri), cu materiale şi execuţie
de
bună
calitate, din prefabricate se pot obţine construcţii de o calitate arhitecturală apreciabilă.
Ansamblu de locuinţe “Las Artes”, Madrid, 2003
Celulele spaţiale prefabricate Sunt prefabricate spaţiale (pereţi + planşee) de dimensiunea unei încăperi. Clădirea se poate compune din alăturarea unor asemenea „celule”, ceea ce implică de regulă dublarea pereţilor (şi uneori a planşeelor); în imaginea alăturată sunt prezentate câteva scheme de clădiri compuse din „celule” prefabricate. Un
exemplu
celebru
de
construcţie realizată integral din celule
spaţiale
prefabricate
îl
reprezintă ansamblul Habitat 67 realizat la Montreal (Canada) în
226
1996-1997 după proiectul arhitectului Moshe Safdie, folosind celule cu 5 feţe pline completate cu elemente spaţiale prefabricate pentru terase; solidarizarea celulelor se face cu postcomprimare.
227
Tipuri de celule spaţiale prefabricate
●
Celule spaţiale prefabricate cu 6 feţe pline obţinute cu tehnologie tip „clopot” (a) sau tip „pahar culcat” (b); panourile de planşeu inferior (1) şi
respectiv
de
perete exterior (2) sunt
executate
separat şi asociate apoi prefabricatului
●
Celule spaţiale prefabricate cu 5 feţe pline
a – planşeu superior + 4 pereţi; b – planşeu inferior + 4 pereţi
●
Celule spaţiale prefabricate cu 3 şi 4 feţe pline
a – planşeu superior + 2 pereţi; b – planşeu superior + 3 pereţi
●
Celule spaţiale prefabricate cu o singură faţă plină
a – planşeu superior; b – planşeu inferior
228
Tehnologia de fabricare a celulelor spaţiale cu 6 feţe pline
I. Celule spaţiale prefabricate executate cu tehnologia de tip „clopot” a – secţiune longitudinală; b – secţiune transversală; c – vedere de jos în sus a planşeului inferior.
1 – perete exterior; 2 – pereţi interiori; 3 – planşeu superior; 4 – planşeu inferior; 5 – piese metalice pentru asamblarea
„clopotului”
cu planşeul inferior
Schema procesului de fabricare:
a
b
c
e
f
g
d
a – executarea planşeului inferior; b – executarea peretelui exterior; c – dispozitivul (cofrajul) pentru realizarea ‘clopotului’ (1 – tipar exterior; 2 – tipar interior); d – introducerea peretelui exterior în cofraj; e – realizarea celor 3 pereţi interiori + planşeu superior; f – extragerea ‘clopotului’ din cofraj; g – realizarea celulei spaţiale prin asamblarea ‘clopotului’ cu planşeul inferior. 229
II. Celule spaţiale prefabricate executate cu tehnologia de tip „pahar culcat” a – secţiune longitudinală; b – secţiune transversală.
1 – planşeu inferior nervurat; 2 – pereţi interiori; 3 – planşeu superior; 4 – perete exterior
Schema procesului de fabricare:
a
b
c
d
e
f
g
h
a – dispozitivul (cofrajul) pentru realizarea celulei (1 – tipar exterior; 2 – tipar interior mobil); b – executarea planşeului inferior (în tiparul exterior); c – introducerea tiparului interior; d – realizarea celor 3 pereţi interiori + planşeul superior; e – extragerea tiparului interior; f – extragerea celulei spaţiale din cofraj; g – realizarea peretelui exterior; h – asamblarea peretelui exterior la celula spaţială
230
In prezent, se produc industrial celule spaţiale prefabricate din beton armat pentru utilizări comune, precum birouri de organizare de şantier, bucătării sau grupuri sanitare. Celulele spaţiale pentru bucătării şi/sau grupuri sanitare pot fi utilizate şi în asociere cu alte sisteme constructive.
231
232
PREFABRICAREA CONSTRUCŢIILOR CU SCHELET La prima vedere ideea de a prefabrica piese liniare (stâlpi, grinzi) pare simplă; apare însă problema realizării îmbinărilor şi, legat de ea, cea a stabilităţii construcţiei, determinând complicaţii îndeosebi în cazul construcţiilor etajate. In principiu stabilitatea construcţiilor cu schelet prefabricat poate fi asigurată prin modul de realizare a nodului sau folosind un sistem auxiliar de rigidizare. In timp, numeroase brevete au încercat să rezolve un schelet spaţial stabil prin el însuşi, cu noduri rigide realizate prin asocierea armăturilor şi betonare in situ, sau cu suduri între piese metalice. Un exemplu în acest sens îl reprezintă depozitele cu structură prefabricată realizate la Le Havre în anii ’50.
O altă soluţie este transformarea scheletului într-un sistem discontinuu de elemente simplu rezemate (sistem trilitic) care, în cazul construcţiilor multietajate, face necesar un al doilea sistem structural de stabilizare a ansamblului. Plecând de la ideea de sistem trilitic s-au dezvoltat marile soluţii de prefabricare a construcţiilor cu schelet de tip hale parter şi parter-etaj.
Construcţiile de tip hală 1
Sistemele pentru hale concepute de Angelo Mangiarotti în anii ’60 constituie un exemplu strălucit. Concepţia halelor sale se baza pe un sistem de îmbinări simplu rezemate, construcţia desfăşurându-se în înălţime pe un singur nivel; stabilizarea ansamblului se realiza prin propria greutate şi încastrarea stâlpilor în fundaţie. Pe aceeaşi idee se bazează şi astăzi prefabricarea construcţiilor cu schelet de tip hală. Angelo Mangiarotti a adus două elemente noi foarte importante: (1)
o nouă scară a construcţiilor prefabricate din b.a.: piesele precomprimate au făcut să crească considerabil deschiderile, permiţând hale cu grinzi de dimensiuni până atunci posibile numai din oţel.
1
Arhitect, sculptor şi designer industrial italian, născut în 1921 la Milano. Conceptul care stă la baza activităţii sale este generarea formei prin corecta utilizare a materiei şi tehnicii.
233
(2)
piese prefabricate cu profil variabil şi secţiuni complexe, capabile să rezolve cu eleganţă rezemările, să încorporeze sisteme de colectare a apei de ploaie, goluri pentru instalaţii etc - astfel încât, prin concepţia prefabricatelor, betonul recuperează lipsa de ‘flexibilitate’ asociată raţionalizării cofrajului.
Construcţia industrială realizată de Mangiarotti în 1993 la Giussano reprezintă punctul culminant al unei lungi cerecetări evolutive desfăşurate de Mangiarotti asupra sistemelor constructive prefabricate din beton armat bazate pe ideea triliticului. Stâlpul, grinda şi elementul de
suprafaţă
reprezintă
elementele
principale ale cercetării sale, care, prin interpretarea originală a formei, a dat o nouă
calitate
clădirilor
prefabricate
inclusiv din punct de vedere al limbajului arhitectural. Construcţia de la Giussano reprezintă versiunea mai recentă a unui sistem constructiv conceput şi realizat prima dată în 1969 pentru sediul Lema de la Alzate Brianza (Como), aplicat ulterior şi la sediul Unifor de la Turate (Como) în 1983. Designul particular al componentelor
constructive
permite
menţinerea grinzii principale în grosimea planşeului
şi
astfel
obţinerea
unui
intrados plan ritmat doar de nervurile grinzilor şi elementelor de suprafaţă, a căror
formă
facilitează
traseele
instalaţiilor.
Prefabricarea construcţiilor de tip hală se bazează pe sisteme de piese produse industrial: stâlpi, fundaţii, grinzi, pane, elemente de suprafaţă pentru acoperişe şi pentru planşee intermediare, elemente de închidere.; este deci o prefabricare deschisă.
234
Stâlpii Au secţiuni rectangulare şi sunt prevăzuţi cu lăcaşuri sau console de rezemare.
Fundaţiile Sunt fundaţii de tip „pahar” în care stâlpii prefabricaţi sunt încastraţi.
Grinzile Au secţiunea transversală curentă conformată în raport cu rolul în cadrul construcţiei (grinzi principale, secundare, de bordaj sau de rigidizare) şi solicitările aferente. Uneori forma grinzilor permite şi îndeplinirea unor alte funcţii decât cea portantă (ex. grinzi de bordaj cu canal de calectare a apelor pluviale). In profil longitudinal pot fi orizontale sau cu înălţime variabilă (cu pante). Capetele grinzilor sunt conformate în raport cu cerinţele de rezemare.
235
Grinzi principale I
Rezemare grindă principală pe capăt de stâlp
236
Grindă principală cu tălpi înclinate
237
Grinzi secundare T
238
Grindă canal cu secţiune H, pentru colectarea apelor pluviale
Elemente de planşeu intermediar şi de acoperiş Fâşii cu goluri
Chesoane – plane şi curbe – pentru acoperiş
239
Elemente tip T şi TT
240
Alte tipuri de elemente de acoperiş
241
242
Elemente de închidere
Fâşii cu goluri din b.a. (faţade autoportante)
Fâşii de b.c.a. (faţade autoportante)
Fâşii plane şi nervurate din b.a. (faţade autoportante)
Fâşii din b.a. cu termoizolaţie înglobată (faţade autoportante)
243
Sistem de prefabricate pentru construcţii de tip hală Prefabricarea halelor se bazează pe „elemente de catalog” ale unui producător; ele formează sisteme de prefabricate cu dimensiuni modulare care le fac să fie compatibile între ele.
244
Construcţiile multietajate Un element decisiv în alegerea soluţiei de prefabricare a scheletelor multietajate îl reprezintă asigurarea stabilităţii la acţiuni orizontale. Din acest punct de vedere există două variante: a) construcţii cu stâlpi şi grinzi (sisteme trilitice) b) construcţii cu noduri rigide.
Costrucţiile cu stâlpi şi grinzi (sistemele trilitice) Se bazează pe prefabricarea unui schelet regulat de stâlpi, grinzi şi plăci cu deschideri mici, folosind reazeme simple şi prevederea unor sisteme separate de stabilizare a construcţiei. Construcţiile lui Otto Steidle şi Herman Hertzberger (anii ’70) se remarcă prin perfecta corelare între organizarea spaţială şi sistemul constructiv, ambele fiind caracterizate de dezvoltarea prin repetare a unei celule tip.
Otto Steidle, locuinţe la Munchen, 1971-1974
Herman Hertzberger, locuinţe pentru bătrâni "De Drie Hoven“, Amsterdam, 1964-1974
245
Construcţiile cu noduri rigide: cadrele prefabricate La construcţiile multietajate cu cadre prefabricate se urmăreşte (îndeosebi în zone seismice) realizarea unor noduri rigide care să apropie cât mai mult comportarea structurii prefabricate de cea a unei structuri monolite. Dar realizarea continuităţii armăturilor în zona nodului (unde momentele încovoietoare şi forţele tăietoare au valori maxime) implică dificultăţi de ordin constructiv şi tehnologic. Ca atare, tendinţa de a asigura structurilor prefabricate în cadre un grad cât mai mare de monolitism, evitând totodată dificultăţile de realizare a nodurilor rigide, conduce frecvent la adoptarea unor soluţii cu prefabricare parţială.
Prefabricarea parţială a cadrelor Se realizează în general cu stâlpi turnaţi monolit; realizarea nodurilor este mai simplă iar cofrajele pot fi prevăzute cu fante şi reborduri pentru rezemarea grinzilor prefabricate, eliminându-se astfel, total sau parţial, necesitatea sprijinirilor temporare. Este o soluţie indicată îndeosebi la clădiri cu număr mare de niveluri, unde montarea stâlpilor prefabricaţi ar ridica probleme în ceea ce priveşte menţinerea lor în poziţie până la executarea îmbinărilor. Grinzile pot fi prefabricate pe ambele direcţii sau numai pe o direcţie; de regulă sunt prefabicate grinzile pe care reazemă fâşii de planşeu iar grinzile pe direcţie inversă se toarnă odată cu monolitizările şi eventuala suprabetonare a planşeului prefabricat.
Nod de cadru cu prefabricare parţială 1 – stâlp monolit; 2 – grindă prefabricată; 3 – grindă monolită; 4 – placă din fâşii cu goluri; 5 – armătură de continuitate pentru grinda prefabricată; 6 – armătură de continuitate în grinda monolită; 7 – suprabetonare pe grinda prefabricată.
246
Prefabricarea integrală a cadrelor In cazul construcţiilor multietajate în cadre integral prefabricate, se recurge la soluţii care urmăresc:
- reducerea numărului de îmbinări - amplasarea îmbinărilor în afara nodurilor (în zone cu eforturi secţionale reduse) Rezultă astfel mai multe categorii de soluţii. a) Cadre cu stâlpi continui pe mai multe nivele Soluţie
indicată
în
cazul
clădirilor
cu
deschideri mari; stâlpii pot fi prevăzuţi cu console pe una sau două direcţii (îmbinări cu grinzi prefabricate în afara nodului)
247
b) Cadre cu stâlpi fragmentaţi pe înălţimea fiecărui nivel Soluţie cu câmp mai larg de aplicare; sunt posibile îmbinări în afara nodului, în zone mai puţin solicitate.
c) Cadre cu elemente prefabricate de diferite forme (T, L, H etc) Soluţie cu număr redus de îmbinări; îmbinările pot fi realizate ca articulaţii dacă stabilitatea de ansamblu este asigurată.
Imbinările între prefabricate pot fi realizate într-una din următoarele variante: (1)
Imbinări prin monolitizare (‘umede’) – conferă grad înalt de monolitism, dar sunt complicat de executat şi reduc eficienţa prefabricării
(2)
Imbinări cu buloane sau sudură (‘uscate’) – utilizate cu precădere la noduri de tip articulaţie; este posibilă realizarea de îmbinări rigide, dar în general rezultă alcătuiri complicate
(3)
Imbinări prin postcomprimare – conferă caracter de continuitate elementelor îmbinate şi grad de monolitism similar îmbinărilor ‘umede’; sunt preferabile în cazul structurilor cu deschideri şi încărcări mari, dar realizarea lor reclamă un grad înalt de tehnicitate în execuţie
248
Imbinări prin monolitizare între grinzi şi stâlpi prefabricaţi
a – cu rezemarea la montaj a grinzilor pe stâlp; b – cu sprijinirea provizorie a grinzilor 1 – profile metalice înglobate în grinzile prefabricate; 2 – eclise sudate pentru realizarea continuităţii armăturilor din grinzi; 3 – beton de monolitizare; 4 – sprijiniri provizorii la montaj (popi metalici)
Imbinări cu piese metalice sudate între grinzi şi stâlpi prefabricaţi
1 – profil metalic (scaun) înglobat în stâlp; 2 – bulon; 3 – placă metalică înglobată în grindă; 4 – eclisă sudată
249
Imbinări de continuitate între stâlpi prefabricaţi
a – prin suprapunerea armăturilor; b – prin introducerea armăturilor în locaşuri umplute cu mortar de ciment expansiv; c – prin sudarea armăturilor în cochilie 1 – beton de monolitizare; 2 – ţeavă; 3 – mortar de ciment expansiv; 4 – eclise sudate
250
FAŢADE PREFABRICATE DIN BETON ARMAT Forma prefabricatelor de faţadă şi relaţia plin-gol A. Elemente de suprafaţă
a) Panouri cu gol inclus
b) Panouri cu gol în exterior
c) Panouri cu forme simple (parapet – şpalet)
251
B. Elemente tip cadru
a) Elemente tip ramă
b) Elemente tip nod de cadru
c) Elemente liniare
252
Rolul structural şi relaţia panourilor prefabricate cu construcţia A. Panouri cu rol structural (panouri portante) Primesc încărcări de la elementele de deasupra şi de la planşee, încărcări pe care le transmit elementelor pe care reazemă sau fundaţiei; totodată contribuie la asigurarea stabilităţii construcţiei la acţiuni orizontale
B. Panouri fără rol structural
B1. Panouri autoportante
Primesc
numai
încărcarea
peretelui de deasupra şi o transmit elementelor de dedesupt sau fundaţiei. Trec prin faţa structurii şi sunt ancorate de ea pentru stabilitate (de obicei ancorare de planşeu – v. detaliile c1, c2). Rezolvările de detaliu trebuie să
permită
mici
panou-structură;
deplasări ca
relative
atare
sunt
preferabile îmbinările metalice sudate sau mecanice (şi nu monolitizările). Detaliile b şi c3 sunt specifice panourilor din b.c.a.
253
B2. Panouri neportante Sunt “purtate” de structura portantă. In relaţia cu structura, trebuie să aibă 2 solidarizări (continue sau punctuale), sus şi jos: una cu rol de rezemare+ancorare, alta numai cu rol de ancorare.
●
Panouri cu rezemare continuă la partea de jos C1 – rezemare pe planşeu existent; planşeul poate fi întrerupt local în dreptul dispozitivelor de ancorare a panoului inferior; solidarizare sus şi jos cu prinderi mecanice (piese metalice sudate) sau cu monolitizări C2 – rebord turnat după montarea panoului de jos C3 – panoul de jos ajunge până la faţa superioară a planşeului C4 – planşeu turnat după montarea panoului de jos
●
Panouri cu rezemare punctuală la partea de jos
1b, 1c – rezemare la extremităţi, pe console de beton din stâlpi
2, 3 – rezemare pe console de beton din panou, între stâlpi sau diafragme
4, 5, 6, 7 – rezemare pe console metalice (în grosimea panoului sau în afara lui); solidarizare sus şi jos cu suduri sau buloane
254
●
Panouri cu rezemare punctuală la partea de sus (panouri suspendate)
1 – Rezemare pe console din stâlpi sau diafragme, în grosimea panoului; ancoraj (jos) cu piese metalice
2 – Console din panou rezemate pe planşeu; calare cu şurub, apoi monolitizare.
Sistem de suspendare cu cârlige reglabile în 2 variante: cu şurub (v1) sau cu pene metalice (v2). Calarea panoului cu şuruburi amplasate sub el în panoul inferior (z)
●
Panouri cu rezemare la capete, cu console laterale
Console laterale obţinute din retrageri şi avansări ale diafragmelor şi stratului interior al unor panouri tristrat (console din stratul interior al panoului reazemă pe porţiuni avansate ale diafragmelor).
255
1 – console înalte la partea superioară a panoului; 2 – console înalte la partea inferioară a panoului; 3 – console locale numai pe înalţimea planşeului
Panouri înalte pe 2 - 3 nivele Se montează suspendat (1) sau cu rezemări la fiecare nivel (2); piesele trebuie să permită reglajul necesar pentru o rezemare egală.
Panouri parapet Stabilitatea la răsturnare se asigură prin solidarizări sus şi jos, una dintre ele având şi rol de reazem.
●
Panouri parapet cu rezemare pe planşeu – asigurată prin forma panoului (a), forma planşeului (b) sau cu console metalice (c). Posibilităţi de solidarizare foarte variate, de tip monolitizare (e, x) sau cu piese metalice (d).
256
●
Panouri parapet cu rezemare pe structura verticală – cu console de beton (a) sau metal (b) sau printr-o
îmbinare
de
tip
monolitizare (d); este posibilă şi suspendarea
la
partea
superioară (c). Rezemarea la capete este preferabilă.
Panouri orizontale suprapuse Este bine să aibă rezemări proprii şi să nu rezeme unele pe altele pe înălţimi prea mari. De obicei rezemarea se face pe structura verticală, cu console metalice sus sau jos. Cazul „clasic” îl reprezintă fâşiile orizontale de b.c.a. de 300 – 600 cm lăţime; însă panourile pot avea orice alcătuire în secţiune.
Panouri tristrat. Suspendare de console metalice în grosimea panoului, prin intermediul unor buloane.
257
Alcătuirea panourilor în secţiune 1. Panourile tristrat
Panourile tristrat au fost primele utilizate la prefabricarea faţadelor din beton şi avut cea mai largă utilizare; ele se compun din:
-
două straturi de beton – min. 6 cm la exterior + min. 10 cm la interior în cazul panourilor portante;
-
un strat de termoizolaţie eficientă – în general polistiren expandat.
1 – prag 2 – strat interior de beton 3 – strat exterior de beton 4 – buclă de manevrare 5 – şpalet 6 – buiandrug 7 – gol fereastră 8 – faţa laterală a golului 9 – faţa orizontală a golului 10 – parapet 11 – panou plin
1A. Panourile tristrat cu nervuri din beton Asocierea celor două straturi de beton prin nervuri de beton continui pe conturul panoului şi pe conturul golului creează punţi termice (cu risc de condens pe faţa interioară) precum şi deficienţe de comportare în timp a panourilor (degradări) legate de incapacitatea nervurilor de a prelua mişcările termice diferite ale straturilor interioare şi exterioare de beton.
258
Construcţii integral prefabricate realizate pe baza proiectului tip IPCT 770
In timp, diverse sisteme au încercat să corecteze deficienţele determinate de nervurile continui din beton.
1B. Panourile tristrat cu lamă exterioară semi-liber dilatabilă
●
Panouri cu lungimi reduse ale nervurilor de pe conturul panoului – parţial (A) sau total (B)
259
●
Panouri cu nervuri îngustate (până la 2-3 cm) şi poziţionate în câmp (în zone mai puţin „delicate”) + puncte suplimentare de ancorare cu agrafe din oţel
●
Panouri fără nervuri, cu ancoraje din oţel inoxidabil (sau oţel obişnuit) trecut prin ploturi locale de beton
260
1C. Panourile tristrat cu lamă exterioară liber dilatabilă Cele două straturi din beton sunt asociate prin sisteme de ancorare punctuală nerigidă. Soluţiile utilizate se bazează pe prevederea unor dispozitive de suspendareancorare (DP) în centrul de greutate al panoului
şi
a
unor
ancoraje
suplimentare (AS) cu agrafe. Uneori sunt
necesare
şi
dispozitive
de
suspendare-ancorare secundare (DS)
2. Panourile monostrat
2A. Panourile din beton uşor
Panouri
din beton cu
agregate
uşoare,
aparent
Panouri din beton cu agregate uşoare, protejat la exterior cu 3 cm de mortar şi tencuit la interior
261
2B. Panourile din b.c.a.
Fâşii din b.c.a.
Faţade autoportante
Faţade neportante
Panouri mari din fâşii de b.c.a. preasamblate
3. Panouri din beton cu dublaj termoizolant la interior
Panouri plane din beton greu cu dublaj termoizolant montat in situ (portante sau neportante - funcţie de grosimea betonului)
262
Panouri din beton greu cu relief pronunţat; dublaj termoizolant montat in situ
4. Panourile parament exterior Sunt aşezate în faţa unui alt perete greu sau uşor, cu sau fără termoizolaţie; de obicei nu au rol structural, uneori fiind susţinute chiar de peretele din spate.
Panouri parament din beton armat cu fibre de sticlă (GFRC). Complexul imobiliar “Il Magnifico”, Florenţa, 1997. Arh. G. Pacini, P. Puggelli
263
Rosturi între panouri prefabricate de faţadă Rosturile constituie una dintre caracteristicile arhitectural-constructive esenţiale ale faţadelor realizate din elemente prefabricate. Ele trebuie să asigure etanşeitatea la aer a închiderii şi să împiedice pătrunderea apei, printr-o geometrie adecvată, precum şi prin folosirea unor materiale de umplutură, chituri, masticuri, benzi şi profile de etanşare. Desenul rosturilor participă la compoziţia faţadei; ascunderea rosturilor este nerecomandabilă întrucât cu timpul apar fisuri cu traseu neregulat; rosturile pot fi reduse la minimum, dar în acest caz este necesară o execuţie foarte precisă; rosturile verticale pot fi accentuate prin profilarea panourilor iar cele orizontale prin lărgirea rostului sau profilarea panoului; deasemenea rosturile pot fi acoperite cu profile metalice.
Rosturile verticale După principiul de funcţionare, pot fi: -
rosturi închise
-
rosturi ventilate
-
rosturi deschise
-
rosturi libere
Fiecare categorie poate fi realizată în mai multe variante constructive.
Rosturi închise
Rosturi
închise
rigide
+
plastice,
umplute cu mortar + cordon de chit permanent plastic (CPP) la exterior
Rosturi închise elastice, umplute total sau parţial cu un material elastic şi chituite; soluţie folosită la construcţii industriale
264
Rosturi ventilate
In spatele unui cordon de etanşare (din benzi elastice sau chit) există un spaţiu de aer care are rolul de a egaliza presiunea aerului în spatele etanşării şi de a asigura decompresiunea şi drenajul prin care apa eventual infiltrată se scurge în exterior.
SDD – spaţiu de decompresiune şi drenaj BE – bandă elastică CPP – chit permanent plastic PSE – profil structural de etanşare PEX – polistiren expandat MA – mortar adeziv
Rosturi deschise
●
Rosturi deschise cu o treaptă de etanşare, unde:
-
un sistem de profile structurale de etanşare (PSE) formează barieră contra apei
-
un spaţiu profilat asigură detenta şi drenarea apei eventual pătrunse (SDD) BVI – barieră contra vântului şi ploii (protejează termoizolaţia) CI – caneluri înclinate spre exterior PSI – profil structural înglobat la turnare
265
●
Rosturi deschise cu două treapte de etanşare, unde profile duble sau mai complexe asigură etanşarea, detenta şi drenarea apei.
Rosturi libere
Sunt înguste, şicanate, cu eventuale spaţii de detentă; bariera de vânt (BVI) în fundului rostului este obligatorie.
Profile de acoperire
Sunt profile din metal, eventual în combinaţie cu materiale plastice şi cu garnituri de etanşare. profilele
Pentru sunt
realizarea
presate
prin
etanşării, alăturarea
panourilor (2) sau sunt strânse cu şuruburi (1). Se pot utiliza corect numai la rosturi pe o singură direcţie.
Rosturile orizontale Rezolvările sunt bazate pe aceleaşi principii ca şi în cazul rosturilor verticale; însă geometria rostului trebuie să ţină cont de scurgerea gravitaţională a apei.
266
Rosturi închise
Rosturile închise rigide + plastice se folosesc la panouri portante sau autoportante care reazemă unul peste altul; pot fi plane (1), dar realizarea unei şicane este preferabilă (2)
Rosturile închise elastice se folosesc atunci când se evită rezemarea panoului superior pe cel inferior (1, 2) sau când încărcările sunt foarte mici (3)
CPP – chit permanent plastic PEX – polistiren expandat DA – dispozitiv ancorare la stâlp
Rosturi ventilate Includ obligatoriu o şicană (prag ridicat în panoul de jos, acoperit cu un “limb” al panoului de sus) care joacă şi rol de spaţiu de decompresiune şi drenaj; etanşare cu benzi de etanşare (1), cu chit permanent plastic (2) sau cu mortar (3)
267
Rosturi libere In situaţia rosturilor verticale deschise sau libere, se folosesc rosturi orizontale libere. Etanşarea se obţine prin forma de prag a marginii superioare a panoului, cu rol de barieră contra ploii şi vântului; în acest scop, pragul trebuie să aibă o înălţime (h) de 0
0
min. 60 mm şi să facă un unghi de 70 – 90 cu orizontala. La partea de sus a pragului se dispun materiale de etanşare la vânt (benzi, folii, mase de etanşare, mortare).
Profile de acoperire Se folosesc împreună cu garnituri de etanşare atunci când au şi rol de montaj (1). In exemplul (2) este reprezentat un profil care aruncă apa scursă de pe panoul superior şi are fante de evacuare a apei infiltrate sau din condens
PA – profil metalic de acoperire PI – panou inferior PS – panou superior GL – garnitură locală de montaj FC – fantă
pentru
ventilare
şi
evacuare condens
Intersecţii de rosturi Pentru dirijarea apei către exterior, la intersecţia dintre rostul orizontal şi cel vertical, pe panourile de jos se aplică local o fâşie dintr-o folie etanşă lipită (F.L.) care acoperă rostul vertical inferior şi se racordează
în
termoizolaţiei.
268
sus
cu
bariera
de
vânt
din
faţa
TENDINŢE ACTUALE IN PREFABRICAREA CONSTRUCŢIILOR Necesitatea de a scurta timpul de execuţie asigurând totodată o calitate din ce în ce mai ridicată a construcţiilor, continuă să impună folosirea unor sisteme constructive care, bazându-se pe industrializare, pot da un răspuns adecvat cerinţelor de acest fel. De la hale industriale şi centre comerciale, la dotări publice şi locuinţe, popularitatea acestui mod de a construi a crescut exponenţial în ultimele două decenii. Motorul principal l-a reprezentat industria prefabricatelor pe care perseverenţa şi capacitatea de inovare au facut-o să creeze o nouă generaţie de soluţii constructive. Astăzi oferta de piese prefabricate din beton tinde să crească de o manieră optimistă iar varietatea produselor industrializate permite realizarea unor construcţii parţial sau chiar integral prefabricate fără a cădea în mod necesar într-o ‘arhitectură de catalog’.
Centru educaţional pentru preşcolari şi şcolari mici „Gerbert D’Orlhac”, Sant Cugat, Barcelona 2004 Autori: Felip Pich-Aguilera Baurier, Teresa Batlle Pagès
269
Prefabricarea „deschisă” Se bazează pe sisteme de elemente prefabricate produse industrial, grupate în mai multe clase de bază şi combinabile între ele, aşa încât pot fi utilizate împreună la realizarea unei clădiri; elementele se pot folosi şi individual, în asociere cu alte sisteme constructive. Spre exemplu, intreprinderea Indag S.A. are ca obiect de activitate dezvoltarea construcţiei industrializate în principal în sectorul locuinţelor; ea produce un sistem de prefabricate care include 6 clase de elemente: 1. Panouri de b.a. pentru pereţi interiori – portanţi, autoportanţi, neportanţi. 2. Panouri de b.a. pentru pereţi exteriori – portanţi, autoportanţi, neportanţi. 3. Panouri subţiri de b.a. (4 – 6 cm) pentru faţade uşoare din beton aparent. 4. Panouri şi predale de b.a. sau beton precomprimat pentru planşee. 5. Elemente liniare – stâlpi, grinzi, buiandrugi – pentru completarea funcţiei constructive a elementelor din clasele 1 şi 2. 6. Elemente speciale pentru rampe de scară, panouri cu instalaţii sanitare, panouri cu gol de ascensor; sunt piese cu geometrie variabilă care rezolvă aspecte particulare ale fiecărui caz în parte. Utilizarea unor astfel de sisteme de prefabricate permite o anumită flexibilitate în proiectare; arhitectura clădirilor se distanţează evident de monotonia generată în trecut de prefabricarea „închisă” a construcţiilor tipizate. In continuare este prezentat ca exemplificare ansamblul Alcobendas, Madrid (1996) grupând 198 de locuinţe sociale cu garaje.
1
Construcţiile sunt realizate cu sistemul de prefabricate Indag S.A.; piesele folosite sunt: -
panouri de b.a pentru pereţi interiori portanţi – 12 cm grosime, 2.90 m înălţime, max. 10 m lungime;
-
panouri de b.a cu agregate colorate pentru pereţi exteriori portanţi – 12 cm grosime, 2.90 m înălţime, max. 10 m lungime;
-
elemente de planşeu precomprimate, cu nervuri la 70 cm interax, lăţime 2.10 m, înălţime 26 cm;
-
piese speciale cu geometrie variabilă pentru rampe de scări, panouri cu instalaţii sanitare, plăci cu gol de ascensor etc
Ansamblul de locuinţe sociale, Madrid, 1996 Autor: Manuel de las Casas
1
Referinţe: Tectonica 5, Hormigón (II) prefabricado. ATC Ediciones, Madrid
270
271
A – îmbinări punctuale între panouri, cu plăci metalice înglobate; B – dornuri de poziţionare; C – plăci metalice de asociere care se sudează de plăcile înglobate; D – suprabetonare şi monolitizare între panouri de faţadă şi planşeu; E – călăreţi; F – mustăţi; G – armături suplimentare ridicate; H – armătură superioară a plăcii
272
A – glaf tablă oţel galvanizat şi lăcuit 1.5 mm; B – geam securizat în panourile fixe; C – geam dublu termoizolant; D – rost între panouri; E - sigilant (silicon peste cordon rigid din spumă de poliuretan) în rosturi între panouri şi între panou şi rama ferestrei
273
E - sigilant (silicon peste cordon rigid din spumă de poliuretan) în rostul dintre panou şi rama ferestrei; F – dublaj termoizolant poliuretan; G – gipscarton pe schelet metalic
274
Construcţii din zidărie şi beton armat Studii de caz
1. Galerie de Artă, Marktoberdorf, Germania, 1998-2000
277
Valentin Bearth & Andrea Deplazes
2. Locuinţe în Baden, Elveţia, 2004
281
Urs Burkard, Adrian Meyer & Partner
3. Locuinţă în Dublin, Irlanda, 2004-2005
285
Boyd Cody Architects
4. Centru de formare Hilti, Schaan, Lichtenstein, 2006
289
Baumschlager Eberle Architekturbüro
5. Facultatea de Ştiinţe Sociale a Universităţii din Navarra, Spania, 1997
293
Ignacio Vicens, José Antonio Ramos
6. Galerie de Artă, Walsall, Marea Britanie, 2000
295
Caruso St. John Architects
7. Centraal Beheer Offices, Apeldoorn, Olanda, 1972
299
Herman Herzberger
8. Locuinţe sociale, Sants-Montjuic, Barcelona, Spania, 2004
303
Felip Pich-Aguilera Baurier, Teresa Batlle Pagés
9. Spelman Halls, Princeton University, New Jersey, SUA, 1974
305
M. Pei and Partners
10. Facultatea de Ştiinţe Economice, Reus, Spania, 1991
309
Pau Pérez, Antón M. Pamies, Antón Banús
275
276
Galerie de Artă, Marktoberdorf, Germania, 1998-2000 Valentin Bearth & Andrea Deplazes
277
A.
Pietriş 50 mm
B.
Hidroizolaţie 3 mm
C.
Termoizolaţie sticlă celulară
D.
Strat bitum
E.
Planşeu din plăci de lemn laminat tristrat (95 mm) pe grinzi metalice
F.
Cordon de etanşare elastic 15 mm
G. Copertină tablă cupru H.
Mortar de pantă 1%
I.
Centură b.a.
J.
Profil IPE 360
K.
Şuruburi
L.
Perete din zidărie de cărămidă klinkerizată 50 cm grosime
M. Mână curentă din lemn N.
Pardoseală cărămidă klinkerizată
O. Element prefabricat din b.a
278
A.
Pietriş 50 mm
B.
Scurgeri pluviale
C.
Priză aer ventilaţie
D.
Membrană
E.
Copertină tablă cupru
F.
Substructură din plăci hidrofugate
izolantă
bituminoasă
dublă 3 mm
de lemn laminat G. Termoizolaţie vată minerală 10 cm H.
Planşeu din plăci de lemn laminat tristrat (95 mm) pe grinzi metalice
I.
Canal cabluri electrice, cu capac demontabil
J.
Cordon elastic 15 mm
K.
IPE 360
L.
Tub fluorescent cu capac acrilic
M. Buiandrug din ţeavă de oţel + platbandă sudată
279
A.
Perete
portant
din
cărămidă
klinkerizată B.
Ţevi de cupru pentru încălzire
C.
Placă acoperire 1.5 cm
D.
Barieră impermeabilă
E.
Planşeu din plăci de lemn laminat tristrat (95 mm) pe grinzi metalice
F.
Profil IPE 360
G. Termoizolaţie polistiren 3 cm H.
Tub fluorescent cu capac acrilic
I.
Perete din cărămidă 14.5 cm
J.
Perete b.a. 33 cm
K.
Folie impermeabilizantă bituminoasă
L.
Profil protecţie din tablă de cupru
M. Izolaţie polistiren extrudat 6 cm N.
Folie
profilată
pentru
ventilare
şi
protecţia termoizolaţiei O. Pardoseală din cărămidă klinkerizată P.
Şapă mortar 10.5 cm
Q. Cordon din spumă rigidă 5 mm R.
Beton de nivelare 5 cm
S. Tub de drenaj
Referinţe: TECTONICA 15, Cerámica (I). ATC Ediciones, Madrid; Deplazes, Andrea, Constructing Architecture. Birkhauser, 2005.
280
Locuinţe la Baden, Elveţia, 2004 Urs Burkard, Adrian Meyer & Partner
281
Plan demisol
Plan parter
Plan etaj 1
282
Plan etaj 2
Plan etaj 3
Alcătuirea zidăriei portante 400 mm blocuri ceramice Optitherm ţesute + 120 mm cărămizi Kelesto aparente, arse sub punctul de vitrifiere 2
(U = 0.38 W/m K)
A.
Element
de
bordaj
din
b.a.
prefabricat B.
Cărămizi aparente
C.
Bloc din argilă uşoară
D.
Spaţiu aer 1 cm
E.
Polistiren extrudat 5 cm
F.
Tâmplărie lemn vopsită
G. Geam dublu H.
Placă beton
283
A.
Pietriş din cărămizi reciclate
B.
Hidroizolaţie bituminoasă
C.
Termoizolaţie polistiren extrudat 12 cm
D.
Barieră de vapori
E.
Placă beton armat 24 cm cu pantă
F.
Şorţ tablă de aluminiu peste profil de lemn
G. Polistiren extrudat 5 cm H.
Element din b.a. prefabricat 25 x 29 cm
I.
Tâmplărie
aluminiu/lemn
cu
geam
dublu termoizolant J.
Mână curentă din ţeavă de oţel
K.
Geam laminat de securitate
L.
Şapă beton 8 cm cu acoperire din răşină 1 cm
M. Izolaţie acustică 3 cm N.
Placă beton armat 24 cm
O. Cărămizi aparente 25 x 12 x 65 cm P.
Blocuri din argilă uşoară de 14 cm înălţime şi 225 sau 15 cm lăţime
Q. Termoizolaţie poliuretan 5 cm R.
Ancoraje în beton din 2 profile UPN şi bare transversale (2)
S.
Element din beton prefabricat 12 x 29 cm (S)
1 - Element beton prefabricat (S) 2 - Ancorare element prefabricat (S) de placa b.a.,
cu
2
profile
metalice
U
+
bare
transversale
Referinţe: TECTONICA 15, Cerámica (I). ATC Ediciones, Madrid; Deplazes, Andrea, Constructing Architecture. Birkhauser, 2005.
284
Locuinţă în Dublin, Irlanda, 2004-2005 Boyd Cody Architects
285
286
1 – criblură 50 mm; hidroizolaţie 3 mm; termoizolaţie min.120 mm; barieră de vapori 3 mm; plăci din derivate de lemn 18 mm pe şipci 50x50 mm; grinzi de lemn 175x44 mm; gipscarton 12.5 mm vopsit alb 2 – zidărie de cărămidă 100 mm, ancorată cu agrafe din oţel inoxidabil; strat aer ventilat 40 mm; termoizolaţie poliuretan 60 mm; zidărie din blocuri de beton 100 mm 3 – membrană hidroizolantă 2 mm 4 – platbandă oţel 200x10 mm; grindă buiandrug din oţel cu secţiune I 203 mm 5 – vitraj dublu 8 mm + 12 mm gol + 6 mm, în profile de aluminiu anodizat 50x50 mm 6 – contraplacaj 2x18mm cu furnir de mesteacăn; strat elastic 5 mm; sistem încălzire în şapă ciment 50 mm, între grinzi lemn 200x44; vată minerală 150 mm; gipscarton 12.5 mm vopsit alb 7 – contraplacaj 18 mm cu furnir de mesteacăn 8 – gipscarton 12.5 mm, pe grinzi de lemn 170x44; lumină indirectă 9 – stâlp din ţeavă rotundă de oţel ø 114x8mm 10 – glaf din b.a. 750x200 mm 11 – tencuială sclivisită 20 mm 12 – şapă cu sistem de încălzire, 75 mm ciment sclivisit; strat separaţie 2 mm; strat elastic (amortizare zgomot impact) 50 mm; placă b.a. 150 mm; hidroizolaţie bituminoasă; strat beton 30 mm; termoizolaţie 250 mm
287
Referinţe: DETAIL. Brick, Concrete, Stone. Vol. 4, 2007; www.boydcodyarch.com
288
Centru de formare Hilti, Schaan, Lichtenstein, 2006 Baumschlager Eberle Architekturbüro
289
1
–
acoperiş
verde;
hidroizolaţie; termoizolaţie min. 222 mm; placă beton armat 300 mm; gipscarton 12.5 mm 2 – vitraj dublu 6+16+8 mm 3 – tâmplărie lemn/aluminiu 4 – canal ventilaţie 5 – pardoseală cu canale încălzire/răcire
înglobate;
placă beton armat 400 mm; termoizolaţie
200
mm;
tencuială 6 – pardoseală logie 7 – tâmplărie lemn/aluminiu 8 – geam laminat 8 mm 9 – piatră (gneis) 160 mm; mortar poros 20 mm; beton prefabricat
80
termoizolaţie
mm; polistiren
extrudat 200 mm; beton armat 250 mm;
tencuială
15 mm 10 – pardoseală cu canale încălzire/răcire; placă beton armat 500 mm; tavan cu tratament acustic 11 – corp iluminat
290
1 – hidroizolaţie sablată, cu protecţie UV 2 – piatră (gneis) 160 mm; mortar poros 20 mm; beton prefabricat 80 mm; termoizolaţie polistiren extrudat 200 mm; beton armat 250 mm; tencuială 15 mm 3 – storuri 4 – tâmplărie lemn / aluminiu 5 – ventilo-convector, încălzire / răcire 6 – canal ventilaţie
291
Referinţe: DETAIL. Brick, Concrete, Stone. Vol. 4, 2007.
292
Facultatea de Ştiinţe Sociale a Universităţii din Navarra, Spania, 1997 Ignacio Vicens, José Antonio Ramos
Plan nivel acces A – intrare; B – hol; C – birouri; D – bar-cafenea; E, F, G, H – aule
cu
diferite
capacităţi
(20...180 locuri); I – amfiteatru 300 locuri; J – sală dezbateri şi mese rotunde
Plan etaj 1 A – sală desen; B – redacţie revistă;
C
–
laborator
informatică; D – studio radio; E – platou televiziune; F – audiovideotecă
293
Alcătuirea închiderilor 2 straturi de beton armat (2 x 15 cm) aparent + miez de polistiren expandat (5 cm) Pereţii sunt turnaţi în cofraje Peri cu plăci fenolice 208 x 124.6 cm, conform modulării stabilite prin proiect.
Referinţe: TECTONICA 3, Hormigón (I). ATC Ediciones, Madrid
294
Galerie de Artă, Walsall, Marea Britanie, 2000 Caruso St. John Architects
Plan nivel acces
A – intrare; B – hol; C – scară principală + ascensoare; D – cafenea şi comerţ; E – galerie expunere; F – rampă încărcare/descărcare.
295
Plan etaj 1
A – sală seminar; B – atelier artişti; C – scară expunere; D – birouri.
296
Secţiune verticală
Secţiune orizontală
A – polistiren extrudat 10 cm; B – membrană cauciuc sintetic; C – tablă oţel inoxidabil 1.5 mm; D – ţeavă 60x30x3 mm; E – vitraj dublu fix cu geam 7.5 mm + 12 mm + geam laminat 4+4 mm, fixat cu silicon structural; F – profil aluminiu 30x30x3 mm; G – glaf de lemn 3 cm fixat cu şuruburi pe schelet; H – etanşare cu silicon; I – profil de fixare ancorat în perete; J – cornier oţel 120x60x6 mm; K – schelet din ţeavă de oţel inoxidabil 50x30x3 mm; L – stor alb; M – placare interioară cu lamele din lemn de pin pe schelet oţel 45 mm
297
A – polistiren extrudat 10 cm; B – şorţ neopren; C – tablă oţel inoxidabil; D – polistiren extrudat 5 cm acoperit cu profil tablă oţel inoxidabil 30x30x4 mm; E – fâşie PVC extrudat 5x4 mm; F – longrină oţel inoxidabil 50x30x3 mm; G – vitraj dublu cu geam difuzant: 7.5 mm + 12 mm + 4+4 mm geam laminat, fixat cu silicon structural pe ramă de aluminiu; H – canal de drenare din aluminiu anodizat; I – stor; J – reflector cu carcasă de aluminiu extrudat; K – jaluzele acţionate electric; L – foaie de geam securizat 6 mm rabatabilă, fixată cu silicon structural pe profil de aluminiu
Referinţe: TECTONICA 15, Cerámica (I). ATC Ediciones, Madrid
298
Centraal Beheer Offices, Apeldoorn, Olanda, 1972 Herman Herzberger
299
Schema structurală a „turnului” (9 x 9 m)
Secţiune verticală prin „turn”.
a – stâlp prefabricat; b – grindă principală prefabricată;
c
–
grindă
de
bordaj
prefabricată; d – zonă turnată in situ / îmbinare cu bulon + 2 plăci metalice prevăzute cu fante la 450 în direcţii opuse; e – ştifturi; f – 2 ştifturi din stâlpul de deasupra; g – 3 buloane de reglare pentru stâlpul de deasupra; h – elemente de planşeu prefabricate; i – suprabetonare; j – canal ventilaţie; k – panouri cu lumină fluorescentă; l – gură absorbţie aer viciat; m – ţevi apă; n – geam simplu cu tâmplărie de aluminiu; o – radiator
300
Detalii de îmbinare între prefabricate
a – stâlp prefabricat; b – grindă principală prefabricată;
c
–
grindă
de
bordaj
prefabricată; d – zonă turnată in situ; îmbinare cu bulon + 2 plăci metalice prevăzute cu fante la 450 în direcţii opuse; e – ştifturi; f – 2 ştifturi din stâlpul de deasupra; g – 3 buloane de reglare pentru stâlpul de deasupra.
301
Detaliu de faţadă
a – stâlp prefabricat; b – grindă principală prefabricată; c – grindă de bordaj prefabricată; d – zonă turnată in situ / îmbinare cu bulon + 2 plăci metalice prevăzute cu fante la 450 în direcţii opuse; e – ştifturi; f – 2 ştifturi din stâlpul de deasupra; g – 3 buloane de reglare pentru stâlpul de deasupra; h – elemente de planşeu prefabricate; i – suprabetonare; j – canal ventilaţie; k – panouri cu lumină fluorescentă; l – gură absorbţie aer viciat; m – ţevi apă; n – geam simplu cu tâmplărie de aluminiu; o – radiator; p – bridă de oţel fixată de grindă; q – parasolar; r - rost
Referinţe: Orton, Andrew, The way we build now. Van Nostrand Reinhold (UK), 1988
302
Locuinţe sociale prefabricate, Sants-Montjuic, Barcelona, 2004 Felip Pich-Aguilera Baurier, Teresa Batlle Pagés
Plan tip
303
Schema structurii Nucleu rigid din celule prefabricate + stâlpi, grinzi şi plăci prefabricate
Detaliu celulă spaţială prefabricată
Referinţe: Pich-Aguilera Baurier, Felip, Batlle Pagés, Teresa, Sauer, Bruno, Arquitectura industrializada: una respuesta real. ACTAR-PRO, Barcelona, 2005
304
Spelman Halls, Princeton University, New Jersey, SUA, 1974 I. M. Pei and Partners
305
306
Secţiune prin grinda postcomprimată de contur, la legătura panourile interioare.
a – grindă prefabricată postcomprimată; b – cablu postcomprimare; q – panou perete interior; r – spaţiu între panourile de pereţi; s – conector reglabil; t – cablu din panoul de jos; u – placă oţel + dorn; v – material compresibil; w – cornier
307
Detaliu în zona ferestrei mobile Secţiune prin grinda postcomprimată de contur, în zona de consolă a – grindă prefabricată postcomprimată; b – cablu postcomprimare; c – panou planşeu; d – cornier oţel; e – termoizolaţie; f – gips-carton; g – vitraj; h – etanşare; i – glaf; j – piesă fixare glaf; k – platbandă oţel; l – opritor; m – fereastră mobilă cu tâmplărie de oţel; n – furură; o – placă suport din oţel; p – garnitură neopren.
Referinţe: Orton, Andrew, The way we build now. Van Nostrand Reinhold (UK), 1988
308
Facultatea de Ştiinţe Economice, Reus, Spania, 1991 Pau Pérez, Antón M. Pamies, Antón Banús
Plan parter
309
Plan etaj 1
310
A – Placă oţel inoxidabil sau galvanizat pentru nivelare; B – dornuri verticale pentru împiedicarea deplasării grinzii; C – panouri de planşeu; D – armături suplimentare (de continuitate) trecute prin golurile prevăzute în stâlp, ulterior înecate în răşină epoxidică sau ciment fără contracţii; E – armătură în rosturile dintre fâşiile de planşeu; F – beton turnat in situ
311
Rezolvarea închiderilor
1 – Stâlp; 1’ – Consolă din stâlp; 2 – Grindă; 3 – Panou de închidere curent; 4 – Panou de închidere special; 5 – Cornier din platbandă îndoită 8 mm grosime.
Detaliu de îmbinare între panouri (D1)
Detaliu
îmbinare
panou-
grindă (D2)
A – Panou orizontal de închidere; B – Chituire exterioară; C – polistiren expandat 3 cm; D – Placă de fixare
312
Detaliu îmbinare panou-stâlp (D3)
A – Panou orizontal de închidere; B – Chituire exterioară; C – polistiren expandat 3 cm; D – Placă de fixare; E – Cornier din platbandă oţel inoxidabil 8 mm; F – Ancoraje; G – Stâlp; H – Cordon etanşare
313
A – Panou planşeu prefabricat; B – Strat de pantă; C – Membrană impermeabilă cu protecţie; D – Prefabricat rebord terasă; E, F – Membrană impermeabilă; G – Pietriş 16 - 32 mm; H – Geotextil; I – Polistiren extrudat 6 cm; J – Beton celular.
314
315
Referinţe: TECTONICA 5, Hormigón (II). ATC Ediciones, Madrid
316
Bibliografie
Deplazes, Andrea, Constructing Architecture. Birkhäuser, Basel, 2005 Ghiocel, Dan şi colectiv, Construcţii civile. Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1985 Hardt, Dorian, Proiectarea detaliilor de construcţii. Editura tehnică, Bucureşti, 1973 Herzog, Krippner, Lang, Façade Construction Manual. Birkhäuser, Basel, 2004 Hugues,T., Greilich, K., Peter, C., DETAIL Praxis. Bloques ceramicos. Gustavo Gili, Barcelona, 2008 Kind-Barkhauskas, Kauhsen, Polonyi, Brandt, Concrete Construction Manual. Birkhäuser, Basel, 2002 Orton, Andrew, The way we build now: form, scale and technique. Van Nostrand Reinhold (UK), 1988 Pfeifer, Ramke, Achtyiger, Zilch, Masonry Construction Manual. Birkhäuser, Basel, 2001 Pich-Aguilera Baurier, Felip, Batlle Pagés, Teresa, Sauer, Bruno, Arquitectura industrializada: una respuesta real. ACTAR-PRO, Barcelona, 2005 Smigelschi, Miclescu, Stan, Găleşeanu, Proiectarea faţadelor cu elemente prefabricate. Ed. Tehnică, Bucureşti 1982 Torricelli, M.C., Del Nord, R., Felli, P., Materiali e tecnologie dell’architettura. Editori Laterza, Roma-Bari, 2004 Vittone, Renée, Bâtir. Manuel de la construction. PPUR, 1999 *** TECTONICA. Monografías de arquitectura, tecnología y construcción, nr. 3, 5, 13, 15, 25. ATC Ediciones, Madrid. *** DETAIL. Review of Architecture and Construction Detail. Brick, Concrete, Stone. Vol. 4, 2007
317
