Prezentul articol reprezintă o trecere în revistă a principalelor tehnici de intervenție puse în mod curent în practică asupra clădirilor existente. Sunt tratate modalități de remediere ale degradărilor existente, necesitatea asigurării conlucrării unitare a imobilului și metode de îmbunătățire a capacității seismice structurale. Referitor la ameliorarea riscului seismic, sunt tratate trei abordări diferite, și anume sporirea rigidității imobilului, izolarea acestuia de efectele seismului și sporirea capacității sale de amortizare. Articolul este bazat pe lucrări puse în operă sau pe propuneri de intervenții pentru clădiri precum Palatul Patriarhiei, Palatul Victoria, biserica Evanghelică din Sibiu, Sala Palatului și clădirea Cărturești Carusel.

Articolul de față propune realizarea unui studiu asupra principalelor tehnici de consolidare structurală ce sunt utilizate în mod curent la reabilitarea edificiilor existente. Prin acesta sunt aduse laolaltă exemple de bună practică în materia reabilitării imobilelor istorice și nu numai, ce pot reliefa cele mai încetățenite metode de consolidare structurală.

Realizarea lucrării este motivată atât de omniprezența potențialelor proiecte de consolidare, cât și de importanța îndeplinirii lor. Prin ducerea la bun sfârșit a cât mai multor lucrări de acest tip se poate asigura continuitatea necesară construcțiilor de însemnatate istorică, socială și culturală ce definesc trăsăturile unui așezământ urban. Deși astfel de lucrări pot fi în sine mai costisitoare decât ridicarea unor noi construcții, valoarea istorică a edificiilor monument este mult mai dificil de cuantificat, adesea fiind încărcate cu semnificații greu de egalat de către noile imobile.

Reabilitarea unui monument istoric intenționează pe de-o parte restaurarea din punct de vedere estetico-funcțională a unui vechi edificiu, iar pe de altă parte urmărește aducerea caracteristicilor sale structurale cât mai aproape de standardele curente, fără însă a periclita trăsăturile ce îi conferă valoare istorică. Tehnicile propuse studiului variază de la metode bine încetățenite de îmbunătățire a caracteristicilor structurale, până la soluții inovatoare de consolidare. Pentru realizarea prezentului articol au fost descrise tehnici folosite la lucrări precum Palatul Patriarhiei, Guvernul României, Facultatea de Administrare a Afacerilor (ASE) de pe Calea Griviței, Biserica Evanghelică din Sibiu, Sala Palatului și imobilul librăriei Cărturești Carusel.

Lucrarea atinge concepte precum consolidarea imobilelor prin introducerea de noi pereți, cămășuirea pereților existenți, asigurarea conlucrării spațiale a elementelor unui imobil prin utilizarea tiranților sau a șaibelor complet rigide, intervenții asupra fundațiilor unui imobil existent, utilizarea dispozitivelor de izolare a bazei sau a amortizoarelor cu mase acordate. Fiecare tehnică de consolidare este bazată pe un exemplu ce însoțește respectiva soluție.

Realizarea lucrărilor de consolidare a edificiilor vechi este necesară pentru conservarea imobilelor ce se consideră că au rol definitoriu în caracterizarea țesutului urban al orașului, sau în cazul în care ele pun în pericol locatarii lor sau trecătorii. Prin investirea în astfel de lucrări se asigură continuitate în ceea ce privește structura urbană a orașului, alături de dăinuirea unor edificii ce sunt încărcate de elemente istorice, culturale și sociale semnificative.

Necesitatea înfăptuirii acestor lucrări are la origine cauze multiple. Ele sunt determinate atăt de degradarea inerentă vechimii cât și de proiectarea inițială bazată pe cunoștințe relativ limitate. Lucrările de consolidare au în vedere aducerea caracteristicilor structurale ale respectivelor imobile cât mai aproape de cerințele actuale de proiectare, fără a le periclita însă în vreun fel trăsăturile definitorii. Drept urmare, există două abordări de intervenție asupra edificiilor vechi: pe de-o parte este necesară remedierea eventualelor degradări existente, alături de identificarea cauzelor ce au condus la apariția degradărilor respective și adresarea lor. În același timp, adesea este necesară îmbunătățirea generală a conformării și a caracteristicilor structurale. În general, în cadrul lucrărilor de consolidare se urmărește îmbunătățirea capacității structurii de a prelua încărcări laterale. Aceasta se poate realiza fie prin sporirea efectivă a rezistenței structurale, fie prin diminuarea efectelor seismice care ajung să fie preluate de structură (prin izolarea transferului forțelor seismice către imobil). O altă metodă este reprezentată de sporirea capacității de amortizare a clădirii prin introducerea de amortizoare cu mase acordate.

Intervenții de reparație asupra unui imobil

Unul dintre cele mai comune și mai vizibile efecte ale degradării unui imobil este reprezentat de fisurarea pereților săi. Cauzele apariției fisurilor pot fi extrem de variate, pornind de la fundații impropriu dimensionate sau alcătuite și infiltrații neuniforme de apă, până la fisuri determinate de acțiuni seismice, țeseri necorespunzătoare ale zidăriilor, sau de către efectul interacțiunii construcției cu imobile învecinate. În cazul fisurilor ce își au originea într-o deficiență a fundațiilor sau a nivelului apei din sol, este de regulă întâlnit fenomenul tasărilor diferențiate, cu efecte nefaste asupra întregului imobil.

În situația existenței fisurilor determinate de tasări diferențiate, simpla remediere a crăpăturilor nu va îmbunătăți situația, cauza degradărilor existând în continuare. Pentru ameliorarea condiției este, drept urmare, necesară remedierea fundațiilor. Aceasta se poate efectua prin realizarea de subzidiri, astfel încât toate fundațiile să formeze un complex unitar, pe cât posibil la cote cât mai aproiate, sau prin introducerea unui radier general sub imobil. Eventualul radier general ar putea soluționa problemele legate de infiltrațiile de apă către subsol provenite din pânza freatică. În cazul în care acestea provin de la instalații deficitare ale imobilului în cauză, ale imobilelor învecinate sau ale rețelelor edilitare, ele trebuie nemijlocit remediate de către autoritățile abilitate, respectiv de către proprietari. Din nefericire însă, aceasta nu se întâmplă întotdeauna. Proiectantul are astfel îndatorirea, cel puțin morală, de a proteja cât mai bine imobilul de orice potențială sursă de infiltrații. Lucrările efectuate asupra fundațiilor unui imobil existent se realizează de regulă în ploturi alternante, astfel încât să nu existe riscul prăbușirii elementelor superioare.

Odată îndepărtată cauza apariției fisurilor pereților, în funcție de deschiderea crăpăturilor, pot fi adoptate diverse măsuri de remediere. În cazul fisurilor de mici dimensiuni, ele pot fi injectate cu mortare sau cu rășini epoxidice, iar în situația fisurilor mai largi, acestea pot fi „cusute” sau „țesute”, spațiul rămas liber între fețele pereților urmând a fi umplut cu mortar, rășini, sau elemente noi din zidărie.

Similar, există situații ce pot impune „strângerea” împreună a corpurilor din zidărie care au tendița de a se depărta unele de altele, precum în cazul întâlnit la Palatul Patriarhiei, unde corpul dinspre baza Dealului Mitropoliei a avut tendința de a se deplasa către vale. În situația respectivă tendința de deplasare a fost stopată prin introducerea unei grinzi masive de fundare la baza dealului, iar corpurile au fost legate între ele prin tiranți metalici montați în foraje în zidărie.

Lucrări de remediere asupra structurilor vechi sunt adesea întâlnile și la edificiile ce conțin bolți din zidărie, cu precădere în cazul edificiilor religioase. În astfel de situații apar de regulă fisurări puternice ale bolților, corelate cu deplasarea către exterior a pereților din zidărie. Pentru reducerea împingerilor generate de bolți către lateral, ele pot să fie susținute vertical de extradosul lor, deși aceasta nu e întocmai cea mai favorabilă opțiune. O variantă mai potrivită ar fi „strângerea” bolților prin montarea unor tiranți peste acestea, alături de introducerea unor tiranți „la vedere”, montați în interiorul arcelor, la nașterile bolților.

Alte intervenții ce pot fi întâlnite la partea superioară a edificiilor vechi sunt reprezentate de reparații asupra șarpantelor din lemn, adesea degradate din cauza umezelii, a vechimii lor și a atacurilor biologice. În cazul bisericii Evanghelice din Sibiu, șarpanta, puternic degradată, s-a dovedit a fi cea mai veche de acest tip existentă în România, drept urmare s-a impus menținerea în folosință a cât mai multor elemente din aceasta. Astfel, au fost păstrate o bună parte din vechile elemente ale șarpantei, iar acolo unde degradările erau prea puternice, acestea au fost înlocuite cu noi secțiuni din lemn. Motarea s-a efectuat utilizând exclusiv tehnici tradiționale de lucru și de realizare a îmbinărilor dintre elemente.

Reducerea riscului seismic asociat

Pe lângă remedierea avariilor și degradărilor existente ale unui imobil, rezistența acestuia adesea trebuie adusă cât mai aproape de standardele curente de proiectare, astfel încât edificiul să poată trece în condiții de siguranță peste un posibil eveniment seismic. Pentru aceasta, proiectanții au în principiu la dispoziție trei variante de abordare, astfel încât să obțină capacitatea seismică necesară. Cea mai des întâlnită este reprezentată de rigidizarea imobilului, astfel încât acesta să poată prelua încărcări laterale mai ridicate. Alte abordări mai puțin întâlnite până acum sunt reprezentate de izolarea bazei imobilului, sau de introducerea de amortizoare cu mase acordate. Indiferent de opțiunea aleasă, echipa de proiectare trebuie să se asigure că edificiul are capacitate uniformă și aproximativ echivalentă pe ambele direcții principale, pentru a evita torsionarea clădirii, și în același timp să se asigure că toate tronsoanele imobilului reacționează unitar.

Sporirea rigidității de ansamblu a clădirii

De regulă, imobilele de zidărie realizate până spre mijlocul secolului XX nu au suficientă capacitate laterală de preluare a forțelor seismice, pereților acestora lipsindu-le ductilitatea necesară, fiind concepuți doar pentru încărcări verticale, gravitaționale. Mai mult, imobilele respective adesea prezintă spații libere impunătoare, iar proporțiile planimetrice și funcționalitatea imobilului au determinat suprafețe diferite de pereți pe cele două direcții principale.

Pentru aducerea imobilului mai aproape de cerințele curente, și luând în considerare tema de arhitectură, o variantă la îndemână este reprezentată de introducerea de noi pereți din beton armat în cadrul edificiului, pe una sau pe ambele direcții, astfel încât aceștia să preia încărcările laterale. Ca variantă alternativă, pereții existenți de zidărie ar putea să fie înlocuiți cu pereți noi din beton armat. În această situație, trebuie prevăzut un sistem de transfer al eforturilor de la vechea structură, imobilului putându-i-se adăuga un sistem conex de centuri inferioare, superioare, și/sau intermediare. Situația este exemplificată în cazul consolidării imobilului Lipscani 55, unde în prezent își desfășoară activitatea librăria Cărturești-Carusel.

Pe lângă adăugarea noilor pereți, o variantă mai puțin invazivă, cu efecte similare însă este reprezentată de cămășuirea elementelor existente, fie ele din zidărie sau beton. Practic, pe suprafețele existente se adaugă o plasă de armătură ancorată în vechiul element, ce este apoi betonată.

Grosimea cămășuielilor variază de regulă între 5 și 15 cm. Utilizarea cămășuirilor poate fi complementară sau independentă introducerii de noi pereți în imobil. Cămășuirile sunt mai versatile față de introducerea de noi pereți, putându-se mula pe partiționarea existentă a clădirii. În același timp, cămășuirile prezintă limitări de rezistență față de eventuali noi pereți, fiind dependente de structura deja existentă din zidărie sau beton. Distribuția noilor pereți sau cămășuiri este extrem de importantă, aceasta alegându-se astfel încât imobilul să ajungă la rigidități cât mai apropiate pe cele două direcții de calcul. Astfel, pentru Sala Palatului au fost recomandați mai mulți pereți tranversali în capătul anterior al sălii, pentru a echilibra zona rigidă posterioară, și pentru a obține un răspuns uniform lateral. În egală măsură, pereții sau cămășuirile pot fi grupate sub forma unor nuclee tubulare rigide, unite între ele prin șaibe, formând practic o structură paralelă celei originale, ce se va sprijini pe aceasta.

Alte variante de a îmbunătăți proprietățile pereților din zidărie, sunt folosirea benzilor din fibre de carbon. Acestea se pot aplica la exteriorul suprafețelor, fiind solidarizate de pereți sau planșee cu rășini epoxidice. Benzile de fibre de carbon lucrează întins, acționând precum niște contravântuiri. În egală măsură, fibrele de carbon pot fi folosite pentru cămășuirea diverselor elemente. Practic elementele existente sunt badijonate cu fibre de carbon, ce sunt apoi îmbibate în rășini epoxidice.

O altă modalitate mai puțin convențională de a îmbunătăți comportarea structurală a zidăriilor este introducerea de tiranți post tensionați în foraje executate în zidărie pentru a spori ductilitatea pereților. În cazul consolidării Palatului Patriarhiei s-au executat cele mai lungi foraje uscate prin pereți de zidărie de până în prezent din România. Au fost introduși tiranți pe ambele direcții, atât verticali cât și orizontali. În eventualitatea unui seism, aceștia se vor încărca, preluând în mare parte sarcinile laterale generate, degrevând zidăria de sarcini suplimentare și conferind ansamblului un comportament predictibil. Tiranții montați în foraje executate în zidării pe ambele direcții au mai fost utilizați până în prezent la consolidarea bisericii Evanghelice din Sibiu, alături de mai multe biserici sau mânăstiri unde s-au realizat doar foraje verticale.

Indiferent de opțiunea de rigidizare aleasă, edificiul supus lucrărilor trebuie să fie capabil să transmită eforturile preluate de elementele consolidate sau nou introduse (pereți/cămășuieli), mai departe, către sol. Având în vedere perioada de construcție a edificiilor în cauză, de regulă fundațiile acestora nu se apropie de standardele cerute în prezent. Drept urmare este necesară sporirea capacității fundațiilor existente. În mod firesc, lucrul asupra fundațiilor existente ale unui imobil implică dificultăți majore, în special când edificiul în sine este extrem de vast, iar fundațiile nu pot fi accesate decât prin interiorul imobilului. Atât în cazul reabilitării Palatului Patriarhiei, cât și în situația Sălii Palatului proiectul de consolidare a dispus susținerea noilor elemente pe minipiloți ce au trebuit forați din interiorul imobilului cu ajutorul unui utilaj suficient de mic pentru a putea fi manevrat pe culoarele și în încăperile edificiului. În cazul consolidării Palatului Patriarhiei, fiecare nucleu din beton armat se sprijină pe un radier și pe minipiloți executați în condiții extrem de dificile, prin interiorul imobilului. Pentru consolidarea Sălii Palatului sunt prevăzuți pentru executare minipiloți ce vor fi realizați în condiții similare.

În același timp, în funcție de situație, vechilor fundații le pot fi alipite grinzi de coronament perimetrale, centuri de piloți, subzidiri, sau chiar introducerea de radiere generale.

Conlucrarea spațială a imobilului

Indiferent de metoda aleasă pentru sporirea capacității seismice a edificiului consolidat, se dorește ca elementele sau tronsoanele acestuia să aibă un răspuns unitar, comun pentru întreaga structură. Este întâlnită situația în care edificii vechi au fost ridicate fără o țesere corespunzătoare a zidăriei la intersecția dintre pereți, sau fără existența unor planșee unitare, ce ar fi putut să lege împreună pereții clădirii și să le uniformizeze tendința de mișcare. Pentru remedierea acestei situații, în cazul imobilelor de mici dimensiuni, poate fi suficientă o centură perimetrală din beton armat dispusă peste zidurile clădirii. Totuși, adesea, este de dorit existența unui efect de șaibă mai pronunțat, ce poate fi obținut prin introducerea unuia sau mai multor planșee rigide între elementele clădirii.

În același timp, planșeele existente pot fi consolidate/rigidizate prin adăugarea unei șape armate, aderente față de planșeul existent. În situațiile în care nu este posibilă sau fezabilă realizarea unor noi planșee, se pot folosi tiranți metalici post-tensionați, ancorați în centuri din beton armat ce au capacitatea de a simula parțial efectul spațial al unui planșeu întreg. Metoda este des întâlnită la consolidarea bisericilor, unde tiranți orizontali pot fi introduși la partea superioară a zidurilor, peste bolțile construcției. Metoda este versatilă, fiind practic complet neinvazivă din punctul de vedere al utilizatorilor așezămintelor. În cazul imobilelor în care sunt introduse nuclee rigide noi, acestea trebuie pe de-o parte legate între ele, iar pe de altă parte, trebuie solidarizate față de structura existentă a clădirii. Din nou cel mai facil mod de a realiza respectiva legătură este prin introducerea unor planșee cu rol de diafragmă, ce unesc nucleele între ele.

Izolarea imobilului de forțele seismice

O abordare întru totul diferită de sporire a capacității unui imobil de a rezista unui seism este reprezentată de izolarea acestuia față de eventualul eveniment. Practic, în cazul rigidizării imobilului, acesta este pregătit ca energia seismică să fie disipată de elementele consolidate ce fac parte integrantă din imobil. În situația izolării bazei, energia seismică ajunge la structura edificiului întro formă mult diminuată, mare parte din ea disipându-se în elementele de izolare interpuse între structură și sol. Drept urmare, nu mai sunt necesare intervenții extinse de consolidare asupra suprastructurii, putându-se păstra nealterată conformarea și funcționalitatea edificiului.

Izolatorii seismici permit transmiterea încărcărilor verticale direct către sol, în același timp aceștia limitând transmiterea încărcărilor laterale către suprastructură. Un model des întâlnit de astfel de dispozitive este format dintr-un ansamblu de straturi orizontale de cauciuc ce alternează cu tole din oțel. Pentru a limita mișcările sub efectul încărcărilor de serviciu, straturile alternante sunt completate cu mieji din plumb ce se plastifică sub efectul acțiunii seismice, o variantă alternativă fiind înlocuirea miejilor din plumb cu amortizoare orizontale externe.

Până în prezent soluția a fost aplicată în practică doar arareori. Popp & Asociații a colaborat, alături de specialiști din Armenia și apoi din San Francisco la consolidarea primăriei municipiului Iași utilizând izolarea bazei. Totodată, Popp & Asociații a implementat utilizarea soluției și pentru susținerea acoperișului Palace Mall din Iași. Metoda a mai fost pusă în operă pentru consolidarea Facultății de Administrare a Afacerilor aparținând de ASE de pe Calea Griviței nr. 2-2A, pentru consolidarea imobilului Primăriei București de pe Bulevardul Regina Elisabeta, și pentru consolidarea Arcului de Triumf din București. Un aspect deosebit de important în cazul utilizării metodei izolării bazei este reprezentat de asigurarea unui interspațiu suficient de mare între imobilul consolidat și eventualele imobile învecinate astfel încât interacțiunea dintre acestea să fie evitată.

Utilizarea amortizorilor cu mase acordate

O alternativă de consolidare mai rar întâlnită este reprezentată de utilizarea amortizorilor cu mase acordate, în paralel cu alte soluții de consolidare, astfel încât structura să poată amortiza mai ușor energia degajată într-un seism. Utilizarea unui astfel de sistem poate reduce considerabil deplasările totale și relative de nivel ale structurii, conducând la degradări minimale ale finisajelor și ale elementelor non-structurale. Practic o masă suplimentară este plasată la partea superioară a imobilului, ea având libertate laterală de mișcare, fiind conectată de restul structurii prin intermediul unor amortizori. Perioada de oscilație a masei suplimentare trebuie să fie cât mai apropiată de perioada modului principal de răspuns al structurii pentru a obține rezultatele dorite. În momentul în care structura este excitată seismic, masa acordată are tendința de a își păstra poziția, acționând asupra structurii cu o forță de sens opus impulsului seismic, reducând drept urmare deplasările atribuite seismului.

În situațiile consolidărilor imobilelor istorice sistemul este viabil în cazul clădirilor elastice, realizate din cadre. Tehnologia a fost aplicată în cazul consolidării Palatului Victoria, sediul Guvernului României. Clădirea prezintă înălțimi mari de nivel, deplasările laterale relative de nivel fiind la rândul lor ridicate. Dată fiind și importanța menținerii imobilului în uz, soluția optimă de consolidare a presupus introducerea de TMD-uri pe acoperișul edificiului. În eventualitatea unui seism, o parte din energie este transferată către amortizorii maselor situate pe acoperiș, fiind acolo disipate. Amortizorii se folosesc de inerția mare a maselor respective pentru a disipa energia seismică.

Reabilitarea edificiilor existente reprezintă o ramură aparte a industriei de profil, solicitând o abordare integrată a tuturor specialităților implicate, alături de un spirit ingineresc deosebit. Proiectele de reabilitare și consolidare adesea nu se limitează la implementarea unei singure tehnici de consolidare, adoptând de cele mai multe ori o combinație de soluții variate, în funcție de specificul, exigențele, limitările și necesitățile funcționale și arhitecturale ale fiecărei zone în parte. În egală măsură, indiferent de numărul și de diversitatea metodelor de consolidare propuse, nu poate fi pierdută din vedere importanța conlucrării spațiale unitare a întregului sistem. Lucrările de consolidare și reabilitare sunt de o înaltă însemnătate urbană, ele practic asigurând în timp existență unor edificii încărcate de semnificație culturală, socială și istorică deosebită. De cele mai multe ori lucrările de acest timp presupun adoptarea soluțiilor inovative, inedite, ce permit conservarea trăsăturilor care le-au consacrat. Conformarea originală a imobilelor în cauză de regulă nu se încadrează în practicile curente de proiectare, făcând necesară adoptarea de măsuri corective, ce trebuie însă să se muleze pe cerințele stilistice și de aspect necesare.

În final este cuvenită omagierea domnului profesor doctor inginer Traian Popp, fără a cărui implicare, grijă și continuă dedicare, nu ar fi putut fi înfăptuite lucrările de reabilitare menționate în acest articol. Vasta sa experiență reprezintă în mod constant un enorm câștig pentru echipa de proiectare și mai ales pentru monumentele de patrimoniu asupra cărora domnia sa își îndreaptă atenția, iar pe această cale, pentru întregul suport acordat, ținem să îi mulțumim.