Articolul curent reprezintă un studiu asupra metodelor de calcul și de evaluare a proprietăților zidăriilor existente, fie prin metoda testării carotelor extrase din zidărie, fie prin utilizarea in-situ a preselor plate. Lucrarea descrie în paralel cele două metode de testare alături de rezultate obținute în urma efectuării acestora. Totodată este analizată metoda indicată în P100-3/2008 de aproximarea prin calcul a proprietăților zidăriilor existente pornind de la proprietățile cărămizilor și a mortarului. Se urmărește astfel evidențierea limitărilor normativului P100-3/2008 în această privință. În final este prezentat un studiu de caz asupra expertizării Casei Vernescu. La realizarea expertizei s-au urmat indicațiile P100-3/2008, ale anexei G a P100-3/2008 și a normativului MP025/2004. Indiferent de calea aleasă, rezultatele obținute prin calcul nu au corespuns realității din teren, construcția având în timp o comportare mult mai favorabilă decât cea rezultată prin evaluarea analitică.

Lucrarea de față realizează un studiu comparativ al metodelor de calcul pentru structuri existente din zidărie nearmată propuse de baza normativă aflată acum în vigoare în România. Este prezentată totodată metoda de evaluare prin calcul a rezistenței pereților de zidărie propusă de P100-3/2008, iar rezultatele obținute prin utilizarea acesteia sunt comparate cu cele obținute prin Anexa G a P100-3/2008. În paralel, sunt descrise și comparate principalele metode de evaluare a proprietăților zidăriilor existente, și anume încercările mecanice pe elemente extrase din lucrare (carote), și încercările in-situ cu prese plate. În cele din urmă se realizează un studiu de caz asupra expertizării imobilului cunoscut drept „Casa Vernescu” din București, pentru accentuarea punctelor menționate în prealabil.

Lucrarea de față evidențiază limitările metodei de calcul aferentă zidăriilor existente propusă de către normativul P100-3/2008 (1) ce se bazează pe cunoașterea proprietăților elementelor componente ale zidăriei, și anume a cărămizilor și a mortarului (determinate cu încercări prin carotări). Este evidențiată în același timp discrepanța dintre rezultatele obținute urmând P100-3/2008 și Anexa G (informativă) a aceluiași normativ. Drept urmare poate fi stabilită necesitatea clarificării metodologiei de calcul de urmat, având în vedere și faptul că rezultatele obținute prin utilizarea Anexei G sunt mai apropiate de situația constatată în teren. Acestei necesități se adaugă și faptul că proiectanții pot fi trași la răspundere în legătură cu respectarea normelor propriu-zise și nu a anexelor cu titlu informativ, indiferent de natura favorabilă a rezultatelor obținute în urma utilizării lor.

Lucrarea dorește în egală măsură să evidențieze faptul că prin adoptarea unor metode directe, in-situ, de determinare a proprietăților zidăriilor, se pot obține rezultate corelate cu și confirmate de realitatea constatată în teren. Astfel s-ar putea ajunge la o situație în care nu ar mai fi necesară utilizarea metodelor de transformare a proprietăților elementelor individuale de zidărie în proprietăți de ansamblu ale panourilor din zidărie.

Autorii articolului intenționează pe această cale să atragă atenția profesioniștilor din domeniu asupra caracterului lacunar al prescripțiilor de expertizare și proiectare pentru determinarea proprietăților zidăriilor. Este urmărită totodată aducerea în discuție a necesității facilitării utilizării metodelor alternative de evaluare, prin reglementarea lor oficială, alături de optimizarea procedurii existente de aproximare a proprietăților zidăriilor pornind de la testele pe carote.

Informații preliminare

Conform legislației aflate în vigoare la data alcătuirii prezentei lucrări, construcțiile existente pot fi evaluate din punct de vedere seismic urmând prescripțiile normativului P100-3/2008. În situația construcțiilor monument istoric, se vor urma recomandările „Metodologiei pentru evaluarea riscului și propunerile de intervenție necesare la structurile construcțiilor monumente istorice în cadrul lucrărilor de restaurare ale acestora, MP025-04” (2).

Pentru o mai bună înțelegere a principiilor de calcul recomandate de către normativul P100-3/2008, este necesară descrierea unor concepte premergătoare:
– Nivelul de cunoaștere;
– Tipuri de evaluare;
– Metodologii de evaluare;

Încadrările determinate de nivelul de cunoaștere, metodologia de evaluare, importanța imobilului și accepțiunea expertului determină variația coeficienților de încredere/siguranță. Variabilitatea acestor coeficienți este motivată și de faptul că evaluarea se realizează la un nivel de încredere diferit față de cel asociat proiectării construcțiilor noi. Se înglobează astfel în evaluare nivelul de experiență mai limitat de la data realizării construcției, eventualele erori de proiectare sau execuție și degradările datorate diverselor cauze suferite în timp. Considerând aceste aspecte, utilizarea unor coeficienți diminuați este mai mult decât justificată. Totuși ar putea fi benefică limitarea lor inferioară, astfel încât să se evite situațiile în care se obțin rezistențe ale materialelor mult mai mici decât cele necesare obținerii comportării în timp atestată.

Astfel, normativul P100-3/2008, prin capitolele 1-8, descrie metoda generală de evaluare a unei construcții existente, urmând ca informații specifice fiecărui sistem principal constructiv să fie incluse în anexele A-E.

Niveluri de cunoaștere

Punctul de pornire pentru expertizarea unui imobil este reprezentat de colectarea informațiilor privitoare la conformarea construcției, la starea fizică a acesteia, la detalierea constructivă și la proprietățile materialelor din care aceasta este alcătuită. Informațiile necesare sunt detaliate în capitolul 4 și apoi în secțiunea D.2. din P100-3/2008.

Pentru a putea selecta în mod corect o metoda de calcul pentru evaluare și valorile aferente factorilor de încredere, este mai întâi necesară stabilirea nivelului de cunoaștere corespunzător expertizării. Acesta variază în funcție de cunoașterea geometriei structurii, a alcătuirii elementelor componente și a materialelor utilizate. Cele trei niveluri de cunoaștere rezultate (KL1, KL2 și KL3) determină variația factorului de încredere (CF), practic o cunoaștere limitată determinând un coeficient de încredere mai ridicat.

Unul din factorii determinanți pentru alegerea nivelului de cunoaștere este reprezentat de natura testării materialelor efectuate pe teren. Astfel, pentru obținerea unui nivel de cunoaștere complet (KL3) este nevoie de o testare cuprinzătoare a materialelor, pentru nivelul de cunoaștere normal (KL2), de o testare extinsă, iar pentru nivelul de cunoaștere limitat (KL1), sunt necesare teste limitate în teren. Cu alte cuvinte, conform secțiunilor 4.3.2-4.3.4 și a tabelului 4.2 din P100-3/2008, pentru un nivel complet de cunoaștere sunt necesare 6 probe de materiale la 500m2 de suprafață de planșeu, iar pentru un nivel de cunoaștere limitat sunt necesare 2 probe de materiale la aceeași suprafață.

Mai mult, tabelul 4.1 din P100-3/2008 precizează faptul că, pentru determinarea proprietăților materialelor utilizate, indiferent de nivelul de cunoaștere, este necesară realizarea de teste în teren, fie ele limitate, extinse sau cuprinzătoare. În continuare, secțiunea 4.4.3 indică faptul că, încercările nedistructive (printre care și cele cu prese plate) pot fi doar complementare celor distructive pe carote din beton sau zidărie, neputându-le înlocui. O astfel de prevedere are drept efect direct limitarea tendinței de dezvoltare a noilor tehnologii pentru determinarea proprietăților materialelor utilizate.

Tipuri de evaluare

Pentru stabilirea nivelului de performanță seismică a clădirilor existente, normativul P100-3/2008 indică două direcții principale de apreciere, și anume evaluarea calitativă și evaluarea prin calcul.

Prin evaluarea calitativă, conform capitolului 5 din P100-3/2008, se urmărește analizarea gradului în care regulile de conformare generală a structurilor și de detaliere a elementelor structurale și nestructurale sunt respectate. Pentru aceasta se analizează empiric, în baza experienței evaluatorului și a încadrărilor normativului, următoarele aspecte: traseul încărcărilor, redundanța, configurația clădirii, interacțiunea cu imobilele învecinate, existența diafragmelor, infrastructura și terenul de fundare. În continuare, Anexa D, dedicată imobilelor din zidărie, subclasifică la D.3.3. evaluarea calitativă în două ramuri aferente alcătuirii inițiale a clădirii și respectiv degradărilor sale seismice suferite în timp.

Evaluarea prin calcul reprezintă un procedeu prin care se determină în ce măsură imobilele existente satisfac cerințele stărilor limită considerate la acțiunile seismice relevante de proiectare. Metodele generale de calcul indicate în capitolul 6 al P100-3/2008 sunt cele din normativul P100-1/2006 privind proiectarea clădirilor. Nivelul de detaliere și de rafinare al operațiunilor de evaluare este împărțit în 3 metodologii ce variază între un calcul simplificat și o tipologie recomandată evaluării construcțiilor complexe sau de importanță deosebită. Alegerea metodologiei de evaluare prin calcul influențează la rândul ei gradul de detaliere și criteriile evaluării calitative.

În final, evaluarea calitativă se concretizează prin doi coeficienți, 𝑅1 și 𝑅2, iar cea prin calcul prin coeficientul 𝑅3. Împreună, cei trei coeficienți determină nivelul de performanță seismică asociat imobilului expertizat.

Metodologii de evaluare

Pentru evaluarea prin calcul a structurilor existente normativul P100-3/2008 definește la secțiunea 6.6 trei metodologii ce diferențiază nivelul de rafinare a calculului și gradul de detaliere a operațiunilor de verificare. Condițiile de amplasament, alături de importanța, complexitatea și tipul structural al clădirii fac parte din factorii ce determină stabilirea metodologiei utilizate.

Metodologia cea mai des adoptată este cea de nivel 2 (de tip curent), nivelul 1 reprezentând de fapt o abordare simplificată, aplicabilă doar în cazul imobilelor de dimensiuni mai reduse, alcătuite relativ corespunzător și localizate în zone cu seismicitate mai redusă. Metodologia de tip 1 mai poate fi utilizată și pentru obținerea unor rezultate preliminare sau a unor trăsături globale de comportament. Metodologia de nivel 2 se aplică celor mai multe tipuri de construcții, în toate cazurile în care nu poate fi aplicată metodologia de nivel 1, nivelul 3 fiind aplicabil imobilelor de importanță și complexitate deosebită, pentru care se urmărește o evaluare precisă a performanțelor seismice.

În funcție de metodologia aleasă, normativul P100-3/2008 descrie cerințe specifice de evaluare calitativă și prin calcul, în cadrul capitolului 6 și, pentru fiecare tip de structură, în anexele corespunzătoare.

Calcul rezistență pereți

În primă fază este necesară stabilirea clasei de importanță a imobilului 𝛾𝐼, a factorului de încredere CF și a coeficientului parțial de siguranță pentru zidărie 𝛾𝑀. Variația acestora se regăsește în tabelele de mai jos:

Determinarea prin calcul a capacității pereților de rezistență la acțiunea seismică în planul lor se realizează urmând indicațiile secțiunii D.3.4.1.3. din P100-3/2008.

În final, capacitatea de rezistență a pereților se bazează pe valorile rezistențelor determinate prin teste distructive (carote) ale elementelor de zidărie (cărămidă și mortar). Totuși, Anexa G a P100-3/2008 (comentarii și recomandări de proiectare) (3), emisă ulterior normativului, admite și descrie în secțiunea C.D.2.5 utilizarea preselor plate pentru determinarea proprietăților zidăriilor.

Rezistențe zidărie

Rezistența de proiectare la compresiune pentru pereții solicitați la încovoiere cu forță axială:

În lipsa unor date obținute prin încercări pentru proprietățile de ansamblu ale zidăriei, rezistența medie la compresiune a zidăriei se determină cu relația de mai jos:

Rezistența caracteristică la compresiune a zidăriei stabilită conform CR6/2006 (4):

Rezistența de proiectare pentru pereții solicitați la forță tăietoare pentru rupere prin lunecare în rost orizontal:

Rezistența de proiectare pentru pereții solicitați la forță tăietoare pentru rupere în scară sub eforturile principale de întindere:

Capacitate de rezistență pereți de zidărie

Capacitatea de rezistență a pereților pentru forțe în plan se realizează prin două valori. Prima (𝑉𝑓1) reprezintă forța tăietoare asociată cedării unui perete solicitat de forța axială de proiectare 𝑁𝑑 prin compresiune excentrică. A doua valoare (𝑉𝑓2) semnifică forța tăietoare de rupere fie prin lunecare în rostul orizontal (𝑉𝑓21), fie prin fisurare diagonală (𝑉𝑓22).

Efortul unitar mediu de compresiune corespunzător forței axiale:

Capacitatea de rezistență la forță tăietoare a peretelui de zidărie nearmată este 𝑽𝒇𝟐=𝒎𝒊𝒏(𝑽𝒇𝟐𝟏,𝑽𝒇𝟐𝟐):

Valoarea de proiectare a forței tăietoare de rupere prin lunecare în rostul orizontal:

Valoarea de proiectare a forței tăietoare de rupere prin fisurare diagonală (în scară):

Influența nivelului de cunoaștere asupra capacității pereților

Pentru stabilirea influenței nivelului de cunoaștere KL asupra capacității pereților s-au utilizat valorile de rezistență ale cărămizilor și ale mortarului determinate în timpul expertizării Casei Vernescu. Acestea sunt 𝑓𝑏=5.42 𝑁/𝑚𝑚2 pentru cărămizi pline C50 respectiv 𝑓𝑚=0.40 𝑁/𝑚𝑚2 pentru mortar M4Z.

Valorile mai ridicate obținute în cazul utilizării Anexei G sunt datorate eliminării coeficientului parțial de siguranță al zidăriei 𝛾𝑀 din stabilirea rezistenței de proiectare la compresiune 𝑓𝑑.

Determinarea influenței nivelului de cunoaștere asupra rezistenței finale a zidăriilor s-a evaluat pentru un număr de pereți din Casa Vernescu, folosindu-se caracteristicile geometrice și de încărcare ale acestora, precum și proprietățile determinate ale materialelor. Pentru calculul conform normativului P2-85 (5) s-au utilizat rezistențe 𝑅, 𝑅𝑓, 𝑅𝑝 indicate în STAS 10109/1-82 (6) în tabelele 1 și 5. Graficul din Figura 3 arată valorile de rezistență 𝑉𝑅𝑑 însumate pentru pereții considerați, în cazul evaluării acestora conform normativelor P2-85, P100-3/2008 și a Anexa G a P100-3/2008. Conceptul de nivel de cunoaștere – factor de încredere a fost introdus ulterior normativului de proiectare P2-85 (ieșit din uz) și drept urmare nu poate fi inclus în graficul de mai sus pentru acesta.

Rezistențele obținute prin P100-3/2008 și prin Anexa G a acestuia sunt redate proporțional în Figura 4 pentru a se urmări mai ușor influența procentuală a nivelului de cunoaștere.

Pentru verificare, evaluarea s-a realizat în paralel și utilizând proprietățile fizice, de material și de încărcare ale pereților construcției analizate în exemplul 3 (capitolul referitor la structuri de zidărie) din Anexa H a P100-3/2008 (1). Rezultatele sunt expuse în Figura 5, Figura 6 și Figura 7. Se poate observa menținerea în același ordin de mărime al variației capacității pereților indusă de nivelul de cunoaștere.

Determinare coeficient R3 pentru clădiri fără planșee rigide

În situația cea mai întâlnită a utilizării metodologiei de nivel 2, indicatorul 𝑅3 se va determina individual pentru fiecare element structural, și global.

Pentru fiecare element structural se va utiliza relația:

La nivel global, indicatorul 𝑅3 se va determina astfel:

Metoda de evaluare a proprietăților zidăriilor existente cea mai utilizată în prezent este reprezentată de testarea în laborator pe epruvete. În timp însă, au fost dezvoltate noi tehnologii de testare ce pot să minimizeze impactul distructiv asupra imobilului, și în egală măsură să ridice cantitatea și calitatea informațiilor prelevate. Acestea pot fi utilizate atât pentru evaluarea calitativă cât și pentru cea prin calcul. Se pot determina neomogenitățile zidăriei, stratificația acesteia, existența elementelor metalice și proprietățile mecanice ale zidăriei. Lipsa investigațiilor amănunțite conduce la adoptarea unor factori de încredere diminuați, determinând intervenții posibil supradimensionate, cu impact asupra costurilor investiției și asupra respectării integrității patrimoniale a imobilului.

Pentru evaluarea proprietăților mecanice ale zidăriei se disting două abordări principale, și anume: testarea probelor de materiale extrase și testarea in-situ, obținându-se în final, indiferent de metoda aleasă, același tip de rezultat. În situația încercării carotelor extrase din zidării, se obțin proprietățile materialelor componente ale zidăriei, ce apoi sunt convertite în proprietăți ale zidăriei. În cazul încercărilor in-situ, se determină direct proprietățile zidăriei, fără a mai fi nevoie de transformarea valorilor. Cele două metode sunt detaliate în cele ce urmează.

Încercări mecanice pe elemente pentru zidărie și mortare extrase din lucrare

Tehnica de carotare presupune extragerea din zidăria existentă a unor mostre cilindrice care includ atât elemente de cărămidă cât și de mortar, și încercarea lor pentru determinarea caracteristicilor de masă, permeabilitate, rezistență la îngheț și rezistențe mecanice. Dimensiunile mostrelor prelevate sunt stabilite în funcție de dimensiunile panoului de zidărie evaluat și de rezultatele urmărite.

Dispozitivul de prelevare a mostrelor funcționează după un principiu simplu. Practic acesta este format dintr-un tub din oțel prevăzut cu un cap tăietor diamantat. Diametrul exterior al capului diamantat corespunde diametrului forajului executat, iar diametrul interior corespunde diametrului carotei prelevate. Tubul din oțel este conectat în final la un motor. Ansamblul trebuie fixat corespunzător, astfel încât să se evite producerea de vibrații excesive. În mod normal este necesară răcirea capului diamantat cu apă. În final, mostra izolată trebuie ruptă de restul peretelui prin mișcări transversale repetate.

Evaluarea proprietăților materialelor prin extragerea și testarea carotelor este în prezent reglementată de normativul NP 137/2014 (8). Totuși, lipsește o normare specifică pentru realizarea testării elementelor extrase din zidării, normativul menționat făcând referire la evaluarea betonului din construcțiile existente.

Încercările realizate prin metoda extragerii de carote sunt directe și distructive prin efectul pe care îl au asupra zidăriei examinate (8), fiind drept urmare necesară o planificare a zonelor din care se vor extrage probele. Structura se împarte în zone de încercare pentru care se consideră că rezultatele obținute sunt reprezentative.

Executarea carotelor în elementele de zidărie poate duce la deteriorarea acestora. Totodată, elementele unei carote vor fi mai slabe decât ansamblul din care acestea au fost extrase, datorită distrugerilor inerente suferite în timpul extragerii și a modificării stării de eforturi.

Extragerea, examinarea și pregătirea carotelor se realizează în conformitate cu standardul SR EN 12504-1 (9), iar încercarea lor conform SR EN 12390-3 (10). Prealabil încercărilor din laborator, conform normativului NP 137/2014 (8), carotele trebuie păstrate în condiții de laborator timp de cel puțin 3 zile.

Realizare încercări carote – Casa Vernescu

Pentru stabilirea rezistențelor efective ale cărămizilor și a mortarului utilizat la Casa Vernescu au fost extrase carote din zidăria de la parter și de la etaj (11). Carotele au fost extrase și pregătite în vederea încercărilor la compresiune, iar mortarul a fost analizat din punct de vedere fizico-chimic.

Rezultatele obținute au încadrat cărămizile în marca C50, cu o rezistență aferentă de aproximativ 5.42 𝑁/𝑚𝑚2, iar mortarul în marca M4Z.

Încercări nedistructive in-situ cu prese plate

Evaluarea zidăriilor existente cu metode nedistructive cu prese plate este determinată de necesitatea obținerii următoarelor proprietăți: efortul unitar de compresiune într-un punct oarecare al peretelui, rezistența de rupere la compresiune, deformabilitatea zidăriei și rezistența de rupere prin forfecare.

Utilizarea evaluării zidăriilor cu prese plate nu este în prezent reglementată în România. Ea este însă standardizată în Statele Unite ale Americii prin normativele ASTM C 1196-14a (12) și ASTM C 1197-14a (13).

Se disting două tipuri de testare, primul pentru determinarea stării de efort unitar în zidărie, și al doilea pentru determinarea proprietăților de deformabilitate, de rezistență la rupere prin compresiune sau forfecare.

Dispozitivul folosit în cele două cazuri este identic, fiind format dintr-un recipient metalic plat (presa), similar unui plic, ce se introduce într-un șliț (fantă) executat în rostul orizontal dintre două rânduri de cărămizi. Presa este presurizată cu ulei, iar deplasarea și deformarea zidăriei dimprejurul ei este monitorizată. În funcție de valorile înregistrate și de presiunea din presă se determină în final proprietățile necesare. După încheierea probei, mortarul din rost se poate reface, astfel aducându-se peretele la forma inițială. O posibilitate ar fi pierderea presei metalice prin zidirea acesteia în spațiul în care a fost deja introdusă (7).

Prima etapă a procedurii de evaluare este reprezentată de realizarea rostului orizontal. În cazul zidăriilor foarte vechi la care s-a utilizat mortar de slabă calitate, fanta se poate executa cu burghiul unei bormașini. Pentru mortare mai rezistente sau pentru zidării neregulate se recomandă utilizarea unei freze circulare, eventual cu cap diamantat și/sau răcit cu apă.

Forma optimă a presei utilizate este determinată de un număr de factori, printre care metoda de realizare a rostului și tipul de zidărie evaluată. Pentru obținerea unor rezultate satisfăcătoare este necesar ca forma presei să urmeze cât mai bine conturul rezultat al fantei. În cazul în care acest lucru nu este cu totul posibil, spațiile libere rămase sunt completate cu pene. Suprafața de contact dintre presa metalică și partea interioară a rostului se poate determina prin folosirea unei hârtii de indigo. Câteva tipuri de prese sunt redate în diagrama de mai jos:

Prima metodă de testare este folosită pentru stabilirea eforturilor intrinseci din zidărie. Pentru aceasta este nevoie de realizarea unui singur rost și de o singură presă. Este măsurată deformația generată de realizarea rostului, și apoi este determinată presiunea necesară în presă pentru anularea respectivei deformații.

Prin a doua metodă sunt stabilite proprietățile de deformabilitate ale zidăriei existente (legea 𝜎−𝜀), fiind necesară utilizarea a două prese metalice, introduse în rosturi realizate paralel (13), la o distanță de aproximativ 50-100cm unul de altul. Rosturile și presele trebuie să fie suficient de mari (în funcție de distanța dintre ele) pentru a permite obținerea unor rezultate concludente. Prin realizarea paralelă, orizontală a rosturilor, se izolează practic de alte încărcări verticale o secțiune a zidăriei. Pe această secțiune se montează un dispozitiv de măsurare a deformației, aceasta fiind măsurată în momentul în care presele introduse în fante sunt presurizate. Cunoscând presiunea din cele două plicuri metalice și deformația zidăriei dintre ele, se poate stabili legea 𝜎−𝜀. Pe lângă utilizarea a două prese, a doua metodă mai diferă de prima prin poziționarea martorilor de distanță. La prima metodă aceștia sunt plasați la exteriorul presei, pe când la a doua, ei sunt așezați între cele două prese (7). Aranjamentul este redat mai jos:

În cazul în care este acceptabilă degradarea temporară a segmentului de zidărie izolat, se poate determina și rezistența medie de rupere la compresiune a zidăriei (14).

Încercare prese plate – Casa Vernescu

Pentru confirmarea ipotezelor menționate în această lucrare și a celor stabilite în expertiza tehnică a Casei Vernescu, s-a realizat la aceasta o probă cu prese plate ce a avut drept urmare determinarea stării de eforturi existente în peretele verificat și stabilirea rezistenței medii a zidăriei.

Punctul unde a fost efectuată proba este notat în planul de mai jos, acesta fiind stabilit de comun acord cu beneficiarul construcției.

Pentru realizarea experimentului s-au utilizat prese semi-ovale încărcate manual cu presiune. Deformațiile au fost înregistrate folosind un micrometru mecanic cu afișaj digital ce are o precizie de măsurare de 1 micron, iar rostul din zidărie s-a realizat cu ajutorul unei mașini de găurit fără percuție, acesta fiind apoi uniformizat și curățat.
Primul test realizat a presupus stabilirea stării de efort in-situ existentă local. Aceasta a fost determinată drept 𝜎=0.34 𝑁/𝑚𝑚2.

Valoarea rezultată se situează sub valoarea maximă a încărcării gravitaționale determinată analitic (𝜎=0.52 𝑁/𝑚𝑚2). Totuși spaletul de zidărie verificat nu susține încărcări ridicate sau planșee cu deschideri mari ce ar descărca asupra acestuia, drept urmare valoarea luată în considerare la expertizarea imobilului este rezonabilă.

Al doilea test a presupus introducerea unei noi prese în zidărie pentru a stabili proprietățile de deformabilitate ale acesteia (legea 𝜎−𝜀).

Presiunea din cele două prese a fost crescută treptat, din 2 în 2 bari până la valoarea de 40 bar, pentru care efortul echivalent dezvoltat în zidărie a fost 𝜎=1.98 𝑁/𝑚𝑚2, depășind valoarea rezistenței medii determinată în urma testării prin carote (P100-3/2008), 𝑓𝑚=1.31 𝑁/𝑚𝑚2.
La presiunea menționată una dintre cele două prese a cedat, drept urmare rezistența finală la rupere a zidăriei nu a putut fi stabilită, aceasta situându-se în orice caz peste valoarea de 1.98 𝑁/𝑚𝑚2. Experimentul realizat a dovedit faptul că testarea utilizând prese plate conduce la rezultate mai apropiate de capacitatea reală a zidăriei. Valoarea de rezistență medie obținută 𝑓𝑚=1.98 𝑁/𝑚𝑚2 se încadrează în valorile specificate în literatură pentru rezistența medie a zidăriilor din cărămizi de argilă și mortar de var:

Se observă deci o diferență pronunțată între valoarea rezistenței medii determinată în urma testelor prin carotare și a celor cu prese plate:

Stabilirea rezistenței medii prin utilizarea carotelor este detaliată în secțiunea 2.2.1 a acestui articol:

Este cunoscută însă modalitatea subiectivă de stabilire a rezistenței mortarului, carotarea acestuia nepermițând prelevarea unei probe nealterate. Așadar, rezistența sa este stabilită prin analiză chimică, fiind însă și la latitudinea responsabililor de laborator ce pot avea o înclinare către valori conservative. Se poate considera drept urmare necesară introducerea unei corelări între modalitatea și acuratețea stabilirii rezistenței mortarului și valoarea coeficientului 𝛽. Spre exemplu, ar putea fi stabilit un interval în care să fie permisă varierea lui 𝛽 în funcție de informațiile primite de la laborator. În situația de față, pentru a se obține 𝑓𝑚−𝑐𝑎𝑟𝑜𝑡𝑒=2.00 𝑁/𝑚𝑚2 ar fi necesar un coeficient 𝛽=−0.17, în cazul menținerii constante a celorlalți coeficienți și rezistențe. În situația în care în urma încercării s-ar fi obținut o valoare 𝑓𝑚−𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒=2.50 𝑁/𝑚𝑚2, ar fi fost necesar un coeficient 𝛽=−0.40 pentru a obține aceeași valoare 𝑓𝑚−𝑐𝑎𝑟𝑜𝑡𝑒.

Recomandări de utilizare a tehnologiilor de evaluare a proprietăților zidăriilor

Normativul P100-3/2008 specifică la secțiunea 4.4.3.1 (3) faptul că este necesară alegerea unui program de încercări in-situ (limitat, extins sau cuprinzător). Indiferent de programul ales, recomandările pentru acestea prevăd necesitatea realizării de încercări pe materiale, putând fi utilizate metode nedistructive de testare, însă numai alături de încercări distructive, pe carote din zidărie (P100-3/2008 – 4.4.3.1 (1)).

Conform cerințelor normativului P100-3/2008, secțiunea D.2.5, este necesar cel puțin un examen pentru fiecare tip de zidărie în parte, și în orice caz, pentru fiecare nivel al clădirii. Cu toate acestea, în anexa G a aceluiași normativ (paragraful C.D.2.5.) ce conține comentarii și recomandări de proiectare, încercările de laborator pe epruvete extrase din lucrare ar putea fi înlocuite cu încercări in-situ nedistructive cu prese plate (14).

Scurt istoric

Imobilul monument istoric (B-II-m-A-19868) situat pe Calea Victoriei din București la numărul 133 a fost martorul direct al nenumăratelor evenimente marcante derulate în secolele XIX și XX. Construcția cunoscută în prezent drept Casa Vernescu a ajuns la forma actuală în mod etapizat, fiind inițial ridicată în anul 1821, și restaurată de către arhitectul Ion Mincu în intervalul 1887-1889.

Imediat după construirea sa din 1821, imobilul a trecut printr-un incendiu, fiind refăcut apoi pentru a deveni „cea mai frumoasă casă din București”. În timpul secolului XIX, după dispariția primului proprietar, casa a adăpostit Colegiul Militar, Ministerul de Război și Comandamentul Armatei Ruse, prilej cu care a fost vizitată și de către scriitorul Lev Tolstoi. Monumentul trece printr-un nou incendiu în 1882 și intră apoi în proprietatea unuia dintre fondatorii Partidului Liberal, Guță Vernescu. Clădirea este apoi restaurată sub îngrijirea lui Ion Mincu, picturile interioare fiind realizate de către G.D. Mirea. La scurt timp după restaurare, clădirea intră din nou, prin cumpărare, în proprietatea statului, funcționând drept sediu pentru Ministerul Economiei, Ministerul Industriei și Comerțului și chiar a Guvernului României în perioada monarhistă, continuând ca instituție de protocol până în 1990. În ultimele decade Monumentul a intrat sub administrarea Uniunii Scriitorilor, fiind închiriat către diverși agenți economici. Ultima intervenție de restaurare s-a desfășurat la începutul anilor 1990.

Descrierea imobilului

Implicarea lui Ion Mincu în restaurarea imobilului cunoscut în prezent drept Casa Vernescu poartă o deosebită însemnătate, fiind determinantă pentru armonia arhitecturală obținută și pentru încadrarea acestuia drept monument istoric clasa A. Destinația clădirii a fost de-a lungul timpului de reședință, instituție de stat, imobil de protocol, restaurant și cazinou.

Structura edificiului a fost realizată în mod tradițional, la momentul construirii neexistând reglementări specifice pentru proiectare, pentru includerea evenimentelor seismice în proiectare sau pentru execuția propriu-zisă.

Construcția este formată din două corpuri aflate la adrese diferite. Dintre acestea doar cel de pe Calea Victoriei (corpul A) prezintă însemnătate arhitecturală. Corpul B a fost construit ulterior corpului A, fiind consolidat și mansardat la începutul anilor 1990. Expertizarea Tehnică (17) descrisă se axează doar pe corpul A, ce reprezintă efectiv Casa-Vernescu. Clădirea acesteia poate fi considerată compactă în plan, încadrându-se într-un perimetru de aproximativ 27 x 36m. Regimul de înălțime este de Sp+P+E iar suprafața totală a construcției ajunge la circa 2160m2.

Deși construcția a fost ridicată fără urmărirea unor indicații seismice de proiectare, aceasta este relativ monotonă pe verticală, grosimile pereților fiind similare sau ușor reduse la etaj față de parter sau subsol.

Din punct de vedere structural, monumentul istoric este realizat din pereți din zidărie neconfinată și planșee complexe din lemn sau boltișoare de zidărie pe grinzi metalice. Grosimea pereților variază între 40 și 130 de centimetri (41, 56, 70, 85 și 129cm). Deschiderile dintre pereți sunt de regulă relativ mari (6 până la 9 metri), însă există zone unde acestea sunt mai reduse (3-4 metri). În urma cercetărilor s-a stabilit că pereții imobilului au fost realizați din cărămizi pline C50, iar pentru mortarul analizat s-a determinat marca M4Z. Rezistența medie din încercări a cărămizilor a rezultat 𝑓𝑏=5.42 𝑁/𝑚𝑚2, iar cea a mortarului 𝑓𝑚=0.40 𝑁/𝑚𝑚2. Pe lângă pereții masivi din zidărie, structura mai cuprinde stâlpi circulari, atât la parter cât și la etaj. Datorită finisajelor bogate asupra cărora nu s-a permis intervenția, nu s-a putut determina dacă stâlpii sunt alcătuiți din zidărie, piatră, sau o soluție compozită din zidărie sau piatră cu miez din fontă.

Planșeul de peste parter are o alcătuire complexă, fiind compus din grinzi din lemn peste care sunt dispuse scânduri, iar apoi finisajul pardoselii. La intrados se găsesc șipci pentru susținerea plafoanelor și a decorațiilor. La nivel intermediar, între grinzile din lemn, pe un alt rând de scânduri este așezat un strat de circa 3cm de cărămizi, menit probabil să diminueze vibrațiile și să izoleze acustic. Planșeul de peste etaj este similar cu cel de peste parter, mai puțin existența stratului intermediar de cărămizi.

La momentul expertizării, starea generală constatată a imobilului a fost relativ bună, fiind evidentă buna întreținere de care a avut parte construcția de-a lungul timpului. Seismele precedente nu au determinat degradări semnificative, fiind vizibile doar anumite avarii minore. Implicit, nu s-au realizat lucrări ample de consolidare, acestea limitându-se de regulă la nivelul finisajelor. Totuși, finisajele abundente și recent recondiționate au făcut dificilă identificarea eventualelor degradări la fața pereților structurali, rămânând posibilitatea existenței unor avarii ascunse.

Cerințe arhitectură

Recondiționarea prevăzută prin proiectul de arhitectură nu implică intervenții structurale. Modificările propuse vor fi de natură funcțională, schimbându-se destinația anumitor spații. Proiectul de arhitectură accentuează semnificația de patrimoniu a Casei Vernescu, urmărind valorificarea optimă a acestuia. Astfel, în proiectul de arhitectură a fost inclusă conservarea a tuturor elementelor decorative existente. În egală măsură, pentru crearea unui spațiu funcțional la nivelul cerințelor curente, au fost introduse elemente actuale într-un cadru istoric, respectându-se însă pe deplin principiul reversibilității intervențiilor. Totodată este intenționată refacerea conform modelului inițial a elementelor degradate, cu ajutorul personalului calificat și a restauratorilor specialiști.

Constatări Expertizare Tehnică

• Evaluarea calitativă

Luând în considerare vechimea imobilului și faptul că acesta nu a fost realizat în baza unor reglementări predefinite de proiectare și execuție, se poate spune că a avut o comportare favorabilă în timp, fără a suferi degradări structurale majore, fie în urma seismelor fie datorită trecerii timpului. În urma analizării calitative s-a constatat că imobilul este rezonabil de bine configurat în plan și elevație, însă a fost depunctat pentru conlucrarea pereți-planșee și pentru deschiderile mari dintre pereți. În același timp, au existat rețineri cu privire la eventuale degradări ce ar putea fi ascunse sub finisajele recent restaurate la care nu s-a putut interveni. Suplimentar, au fost identificate fisuri în placajele unor buiandrugi, ce ar putea corespunde unor fisuri ascunse ale pereților.

Așadar, în urma evaluării calitative a construcției a reieșit un grad de îndeplinire a condițiilor seismice 𝑅1=53, corespunzător clasei de risc seismic II, și un grad de afectare structurală 𝑅2=80, corespunzător clasei de risc seismic III.

• Evaluarea prin calcul

Evaluarea structurală prin calcul s-a realizat utilizând metoda cu spectre de răspuns, urmând indicațiile P100-3/2008, a Anexei G a P100-3/2008 (comentarii și recomandări de proiectare) și a metodologiei MP025/2004. Proprietățile materialelor luate în calcul sunt cele indicate de testările pe mostre prelevate din structură (carote), și anume cărămizi C50 (𝑓𝑏=5.42 𝑁/𝑚𝑚2) respectiv mortar M4Z (𝑓𝑚=0.40 𝑁/𝑚𝑚2).

Se observă că valorile de rezistență ale zidăriei variază atât între normativul pentru evaluarea structurilor existente și cel pentru evaluarea monumentelor istorice, cât și în cadrul normativului pentru evaluarea structurilor existente, între prevederile propriu-zise și cele informative.

În urma analizei modale a construcției s-a identificat o comportare specifică imobilelor fără planșee rigide, și anume că pentru antrenarea a 90% din masa construcției a fost nevoie de calculul a 140 de moduri de vibrație. Primele două moduri de vibrație prezintă translații pe direcțiile principale, apoi torsiune în al treilea mod. Perioada modului 1 este de 0.35s.

Expertiza tehnică a stabilit indicatorul de asigurare seismică 𝑅3 urmând aceleași trei abordări de evaluare.

Efortul unitar maxim de compresiune în pereții din zidărie din parter, din gruparea de lungă durată a reieșit 0.52 𝑁/𝑚𝑚2, fiind mai mare față de rezistența de calcul a zidăriei la compresiune determinată analitic (varianta din P100-3/2008). Drept urmare, la determinarea indicatorului 𝑅3 conform P100-3/2008 s-a utilizat rezistența de calcul a zidăriei la compresiune 𝑓𝑑=0.52 𝑁/𝑚𝑚2.

Gradul de asigurare seismică 𝑅3 determinat de 14-24% corespunde încadrării imobilului în clasa de risc seismic I.

• Încadrarea în clasa de risc seismic

Expertiza tehnică efectuată a stabilit încadrarea imobilului în clasa de risc seismic II. Decizia este argumentată de buna comportare în timp a construcției, atât față de acțiunile seismice precedente, cât și față de eventualele degradări ce ar fi putut surveni inerent. S-a considerat drept urmare că proba trecerii timpului este mai reprezentativă decât evaluarea analitică prin calcul (indicatorul 𝑅3).

Totuși expertiza recomandă adoptarea unor măsuri minimale de consolidare, în principal realizarea unui rost între cele două corpuri ale imobilului, supra-betonarea planșeului de peste etaj și introducerea de tiranți în pereții din zidăriei.

Prezenta lucrare a realizat un studiu comparativ al metodelor de calcul pentru structuri existente din zidărie nearmată alături de analizarea și compararea a două metode de evaluare a zidăriilor existente puse în operă.

Prima dintre cele două metode de evaluare are la bază extragerea carotelor din zidărie, determinarea proprietăților cărămizilor și a mortarului, și apoi aproximarea proprietăților zidăriei. A doua constă în evaluarea directă a proprietăților zidăriei prin testarea in-situ cu prese plate. S-a constatat lipsa de profunzime cu care normativul curent P100-3/2008 abordează posibilitatea realizării încercărilor in-situ cu prese plate, și tendința acestuia de îngrădire către realizarea doar a încercărilor prin carotare.

Încercarea cu prese plate realizată la Casa Vernescu a confirmat faptul că prin această metodă de testare se obțin valori de rezistență medie mai apropiate de realitate.

Expertizarea Casei Vernescu reprezintă un exemplu de evaluare tehnică ce are la bază proprietăți ale materialelor determinate prin extragerea de carote din zidării. Indiferent de metoda de calcul adoptată (P100-3/2008, Anexa G (informativă) a P100-3/2008, metodologia MP025/2004), rezultatul a fost similar, obținându-se o neconcordanță cu modul de comportare în timp a construcției. Acest fapt poate fi pe de o parte datorat metodei de aproximare a proprietăților zidăriei și/sau pe de altă parte metodei de determinare a capacității pereților de zidărie, odată ce rezistența acesteia a fost stabilită. În cazul prevederilor P100-3/2008 a fost obținută o rezistență a zidăriei sub cea impusă de cerința gravitațională. În cazul celorlalte documente normative abordate, chiar dacă rezistența obținută a fost peste pragul cerinței gravitaționale, lipsa de concordanță cu realitatea din teren a lăsat în continuare loc dubiilor cu privință la acuratețea rezultatelor. Gradul de asigurare seismică 𝑅3 mic obținut în urma evaluării prin calcul este inadecvat față de nivelul general satisfăcător de comportare în timp al construcției. Chiar și așa, pentru stabilirea acestui grad de asigurare seismică nu s-a utilizat valoarea rezistenței zidăriei determinată prin calcul.

Realitatea a confirmat în mod evident contrariul, reieșind drept urmare faptul că metoda de determinare a rezistenței zidăriilor pornind de la rezistențele cărămizilor și a mortarului propusă în actuala ediție a normativului P100-3/2008 ar putea fi optimizată.

1. M.D.R.L. Cod de proiectare seismică — Partea a III-a — Prevederi pentru evaluarea seismică a clădirilor existente, indicativ P 100-3/2008. s.l. : Monitorul Oficial al României, 2009.
2. M.T.C.T. Metodologie pentru evaluarea riscului și propunerile de intervenție necesare la structurile construcțiilor monumente istorice în cadrul lucrărilor de restaurare ale acestora, indicativ M.P. 025-04. s.l. : Buletinul Construcțiilor, 2005.
3. M.D.R.A.P. Cod de proiectare seismică – Partea a III-a – Prevederi pentru evaluarea seismică a clădirilor existente, indicativ P 100-3/2008 – Anexa G, Comentarii și recomandări de proiectare; Anexa H, Exemple de proiectare. s.l. : Monitorul Oficial al României, 2014.
4. M.T.C.T. Cod de proiectare pentru structuri din zidărie, indicativ CR 6-2006. s.l. : Monitorul Oficial al României, 2006.
5. I.C.C.P.D.C. Normativul privind alcătuirea, calculul și executarea structurilor din zidărie – indicativ P2-85. s.l. : INCERC, 1985. P2-85.
6. I.R.S. STAS 10109/1-82 Construcții civile, industriale și agrozootehnice, Lucrări de zidărie, Calculul și alcătuirea elementelor. s.l. : I.R.S., 1982. STAS 10109/1-2.
7. Tecniche diagnostiche e loro analisi critica. Brencich, Antonio. s.l. : DIESG – Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica, Universita degli Studi di Genova.
8. M.D.R.A.P. Normativ pentru evaluarea in – situ a rezistentei betonului din construcţiile existente, indicativ NP 137 – 2014. s.l. : Monitorul Oficial al României, 2015.
9. ASRO. Încercări pe beton în structuri Partea 1: Carote Prelevare, examinare și încercări la compresiune. SR EN 12504-1:2009.
10. —. Încercare be beton întărit. Partea 3: Rezistența la compresiune a epruvetelor. SR EN 12390-3:2009.
11. Ultratest S.R.L. Încercări distructive imobil Calea Victoriei nr. 133 București. 2015.
12. A.S.T.M. C 1196 – 14a – Standard Test Method for In Situ Compressive Stress Within Solid Unit Masonry Estimated Using Flatjack Measurements. s.l. : ASTM International, 2014.
13. —. C 1197-14a – Standard Test Method for In Situ Measurement of Masonry Deformability Properties Using the Flatjack Method. s.l. : ASTM International, 2014.
14. A Review on Flat-Jack Testing. Gregorczyk, Pawel și Lourenço, Paulo. s.l. : Universidade do Minho, Departamento de Engenharia Civil, 2000.
15. N., Priestley M. J., M., Calvi G. și M.J., Kowalsky. Displacement-Based Seismic Design of Structures. s.l. : IUSS Press, 2007. ISBN: 978-88-6198-000-6.
16. Old Masonry Buildings: Earthquake Performance and Material Testing. J., Scrivener. s.l. : National Research Council Canada, 1992.
17. POPP & ASOCIAȚII. Expertiză Tehnică – Imobil Sp+P+E – Casa Vernescu, Calea Victoriei Nr. 133, Sector 1, București. 2016.