Constructii Civile

CURS 1

Factori care influenţează concepţia construcţiilor Orice construcţie trebuie să satisfacă o serie de cerinţe sintetizate în trei factori esenţiali, care concurează la concepţia, proiectarea şi alcătuirea lor. Avem astfel: ƒ Factorul om – care impune realizarea unor condiţii de confort necesare activităţii omului, de exemplu condiţii de: temperatură, umiditate, iluminare, zgomot, etc. Acestea depind de tipul activităţii pe care o desfăşoară omul în construcţie. ƒ Factorul activitate omenească – impune alcătuirea funcţională a construcţiei astfel încât să satisfacă cerinţele impuse de tipul activităţii. Astfel se concepe diferit o construcţie de locuit de o construcţie pentru producţia de automobile sau un depou de locomotive. ƒ Factorul natură – implică toate acţiunile care rezultă din interacţiunea construcţie – mediu referitoare la: gradul de seismicitate al zonei, intensitatea acţiunilor climatice (vânt, zăpadă, ploaie, chiciură, etc), calitatea terenului de fundare, nivelul apelor freatice, agresivitatea apelor subterane, etc. Toţi aceşti factori enunţaţi s-au constituit de-a lungul timpului în “legi” ale construcţiilor sub formă de: instrucţiuni tehnice provizorii, instrucţiuni tehnice, manuale de proiectare, norme de proiectare, normative tehnice, STAS-uri, etc.

Clasificarea construcţiilor Construcţiile se împart în 2 categorii mari: clădirile, respectiv construcţiile inginereşti. CLĂDIRILE – sunt acele construcţii care adăpostesc o activitate omenească, în funcţie de aceasta având: ƒ Clădiri civile, care cuprind clădirile de locuit, social – culturale, pentru educaţie, sănătate, etc ƒ Clădiri industriale, care adăpostesc o activitate omenească de producere sau depozitare a unor bunuri materiale, cum ar fi: fabrici, ateliere, depozite, etc ƒ Clădiri agro – zootehnice, care adăpostesc producţii animale sau vegetale, depozitarea unor produse agricole, înnobilarea speciilor animale sau vegetale, cum ar fi: sere, solarii, silozuri, crescătorii de animale, etc CONSTRUCŢII INGINEREŞTI – sunt construcţii cu caracter special, cum ar fi: ƒ Căi de comunicaţii terestre, poduri, tuneluri, baraje, turnuri radio – TV, etc Clădirile se mai împart şi sub alte criterii, cum ar fi: a) După structura de rezistenţă, clădirile pot fi: ƒ Cu structură rigidă, având pereţi de rezistenţă din cărămidă, beton ƒ Cu structură elastică având structura verticală realizată din cadre de beton armat sau metal ƒ Structuri mixte, având şi pereţi portanţi, dar şi cadre

-1-

Casa scarilor

Pereti

Structura rigida casa scarilor

stâlpi

rigle

Structura elastica scara

stâlpi lifturi diafragme

rigle

Structura mixta -2-

b) După rezistenţa la foc avem, funcţie de materialul din care se execută structuri şi elemente nestructurale: ƒ Rezistente ( beton armat ) ƒ Semirezistente ( metal ) ƒ Semicombustibile ( lemn masiv tratat ) ƒ Combustibile ( lemn masiv netratat) ƒ Inflamabile ( lemn de secţiune mică, paie, stuf, polistiren, etc) c) După materialele din care1 se execută, avem construcţii din: lemn, cărămidă, beton armat monolit sau prefabricat, metal, mixte. d) După metodele tehnologice de realizare clădirile pot fi executate tradiţional sau în tehnologii moderne.

Elementele componente ale clădirilor Toate construcţiile de tip clădire sunt realizate din 3 categorii de elemente: 1) Elemente structurale, portante, de rezistenţă. În această categorie intră următoarele 4 elemente componente, care definesc structura de rezistenţă a clădirii: ƒ Fundaţiile – preiau încărcările de la structura verticală de rezistenţă şi le transmit terenului de fundare. Uzual se realizează din beton simplu sau armat, dar întâlnim şi fundaţii din cărămidă, lemn, etc. Fundaţiile se pot realiza sub formă de: fundaţii izolate, continue sub ziduri, radier general sub formă de placă groasă cu sau fără îngroşări, reţele de grinzi, piloţi, etc. Adâncimea de fundare se stabileşte în funcţie de: poziţia terenului bun de fundare, adâncimea de îngheţ a zonei, înălţimea totală a construcţiei, nivelul apelor freatice, etc. ƒ Structura verticală de rezistenţă se poate realiza sub forme de: pereţi portanţi, cadre sau mixt din lemn, cărămidă, beton, metal şi preia încărcările de la structura orizontală şi acoperiş şi le transmite fundaţiilor. ƒ Structura orizontală de rezistenţă sau planşeele preiau încărcările care le revin, verticale şi orizontale, permanente, temporare sau excepţionale şi le transmit structurii verticale de rezistenţă. Se pot realiza cu sau fără grinzi, plane sau curbe, monolit sau prefabricat, din lemn, metal, cărămidă sau beton. ƒ Acoperişul preia încărcările din greutatea proprie şi din acţiunile dinamice (vânt, zăpadă, ploaie, chiciură, etc) şi le transmit structurii verticale de rezistenţă. Acoperişul se poate realiza sub formă de acoperiş cu pantă denumit şarpantă, sau fără pantă, denumit terasă. acoperis

pereti

planseu fundatii

-3-

2) Elemente nestructurale, neportante, care participă la alcătuirea funcţională şi protecţia construcţiei, această categorie fiind realizată din mai multe elemente: ƒ Pereţii despărţitori, de compartimentare sau închidere, care delimitează funcţiunile într-o clădire, respectiv închid clădirea la exterior. ƒ Învelitoarea – închide acoperişul la partea superioară, protejând panoul sau ultimul nivel, fiind realizată din produse ceramice (ţiglă, olane), paie, stuf, şiţă, şindrilă. ƒ Izolaţiile – protejează clădirea sau elemente ale clădirii împotriva apei (hidroizolaţii), împotriva pierderilor de căldură (termoizolaţii) sau a propagării zgomotului (fonoizolaţii). ƒ Tâmplăriile de la uşi şi ferestre au rolul de a închide golurile de lumină şi circulaţie, de a izola interiorul faţă de exterior şi a asigura o iluminare naturală corespunzătoare. ƒ Finisajele elementelor de construcţii au rol estetic, dar şi igienic, de protecţie mecanică (uneori) etc. În această categorie intră: tencuieli, zugrăveli, vopsitorii, placaje, pardoseli, tapete, etc. ƒ Scările asigură circulaţia pe verticală în clădire, fiind dimensionate pentru evacuarea tuturor persoanelor, eventual bunurilor, în caz de necesitate (incendiu, cutremur, inundaţii) scara este practic o continuare a planşeului în zona casei scărilor, în pantă, deci ar putea fi considerată ca şi element structural. 3) Elemente de echipare tehnică – sunt componente care asigură confortul în activitatea omului, fiind practic o serie de instalaţii, numărul şi complexitatea lor depinzând de tipul clădirii, confortul interior impus, posibilităţile financiare, etc. În această categorie se includ: ƒ Instalaţii de alimentare cu apă şi evacuare a apelor uzate ƒ Instalaţii de încălzire ƒ Echipamente de transport pe verticală (lifturi, ascensoare) ƒ Instalaţii de curenţi şi curenţi slabi (sonerie, interfon, telefon) ƒ Instalaţii de evacuare a deşeurilor ƒ Instalaţii de aer condiţionat etc.

Acţiuni în construcţii Prin acţiune se înţelege orice cauză care generează un efort sau o deformaţie, acţiunile manifestându-se sub forma unor sisteme de forţe sau de deplasări. Acţiunile se manifestă sub forma unor încărcări, care se reprezintă sub forma unor forţe aplicate asupra construcţiei. Încărcările normate ale unei construcţii sunt valori medii multianuale determinate probabilistic, ţinând cont de variaţii ale valorilor lor, datorită influenţelor umidităţii, temperaturii, etc. Încărcările de calcul rezultă din cele normate înmulţite cu coeficienţii încărcărilor, care ţin cont de posibilitatea ca valorile medii să fie depăşite sau supraevaluate. Aceşti coeficienţi pot fi deci supra sau subunitari, valorile lor fiind luate în calcul în funcţie de modul cum încărcarea acţionează favorabil sau defavorabil asupra construcţiei. Principala clasificare a acţiunilor se face în funcţie de perioada cât timp acţionează şi de valoarea la care acţionează. Avem astfel: ƒ Acţiuni permanente – care acţionează în permanenţă şi la valoarea maximă, cum ar fi: greutatea proprie a elementelor de construcţie, împingerea pământului sau a muntelui, efectul precomprimării, etc. ƒ Acţiuni temporare – care nu acţionează în permanenţă sau nu la valoarea maximă. În această categorie intră: o Încărcarea din mobilier şi persoane o Încărcări climatice, cum ar fi: zăpadă, vânt, ploaie, chiciură -4-

o Încărcări din autovehicule o Împingerea apei din rezervoare o Încărcări din variaţii de temperatură climatică o Încărcări din variaţii de temperatură tehnologică o Împingerea pământului depozitat Alte criterii de clasificare a acţiunilor pot fi: - După direcţia de acţionare pot fi: verticale, orizontale, oarecare - După modul de acţionare: concentrate, distribuite uniform sau oarecare - După frecvenţa de apariţie: cvasipermanente, frecvent întâlnite, rar întâlnite, etc ƒ Acţiuni excepţionale – sunt acelea care pot să nu apară niciodată în viaţa unei construcţii sau nu la intensitatea maximă. În aceeastă categorie avem: o Acţiuni seismice o Cedarea unor reazeme o Exploziile o Ruperea unor elemente structurale etc. Pentru calculul şi dimensionarea elementelor structurale se fac combinaţii de încercări posibil a acţiona împreună rezultând: a) gruparea fundamentală cuprinzând acţiunile permanente şi acţiunile temporare care pot să apară simultan. b) gruparea specială cuprinzând acţiunile permanente, acţiunile temporare care pot acţiona simultan cu o acţiune excepţională.

-5-

CURS 2 ELEMENTE DE CALCUL HIGROTERMIC Generalităţi Îndeplinirea criteriilor impuse de factorul om impune realizarea condiţiilor de confort din punct de vedere al temperaturii, respectiv umidităţii naturale. Astfel temperaturi confortabile într-o clădire de locuit sunt de 18-22o C, iar umiditatea interioară de 55-65%. Pentru a realiza aceste exigenţe cu valorile de performanţă enunţate trebuie dimensionate astfel elementele anvelopei clădirii (elementele de construcţie în contact cu exteriorul, cum ar fi: pereţii exteriori, planşeele de acoperiş sau peste subsoluri, pereţii casei scărilor neâncălzite, planşeele peste ganguri de intrare sau holuri de casa scării etc).

Elemente de calcul şi dimensionarea termotehnică Căldura se transmite prin elementele de construcţie prin conducţie (între solide), convecţie şi radiaţie (între un solid – lichid, gaz – aer). Relaţia generală a rezistenţei totale la transfer termic al unui element al anvelopei este: R0 = Ri + ∑ R + Re Ri şi Re sunt rezistenţele la trecerea căldurii de la aerul interior la suprafaţa interioară, respectiv de la suprafaţa exterioară la aerul exterior prin convecţie şi radiaţie. ∑R este suma rezistenţelor la trecerea căldurii prin elementele componente ale anvelopei. Diagrama de variaţie a temperaturilor de grosimea unui perete exterior este conform figurii, în condiţii de regim staţionar şi pentru condiţii de iarnă.

beton armat termoizolatie

T [ C]

Ti > Te

Int Ti q =>

Ext

Ri Re ΣR

Te

d (m)

-6-

Definitoriu pentru trecerea căldurii sunt următoarele caracteristici: ƒ α i şi α e - coeficienţii de transfer termic interior sau exterior, cu ajutorul cărora se 1 1 calculează rezistenţele superficiale Ri = şi Re =

αi

αe

ƒ coeficientul de conductivitate termică λ , caracteristic pentru fiecare material, având valori mari pentru materiale care transmit uşor căldura (ex. metale) şi valori foarte mici pentru materiale termoizolante uşoare, poroase, cum ar fi: vată minerală, polistiren, poliuretan, BCA etc. Cu coeficientul λ se calculează rezistenţa la transfer termic prin conducţie a fiecărui strat: dj Rj = λj ⋅bj

d j = grosimea stratului j

λ j = coeficientul de transfer termic pentru stratul j b j = coeficientul de calitate, de compresibilitate al materialului j

Elemente de calcul şi dimensionare higrotermică Umiditatea în construcţii se manifestă sub diferite forme de prezentare a apei, important în construcţii fiind umiditatea materialelor de construcţii, respectiv a aerului interior sau exterior. Din punct de vedere al dimensionării hidrotehnice interesează diminuarea fenomenului de condens în elementele anvelopei construcţiei. O umiditate ridicată favorizează mucegaiul, afectează calităţile materialelor, sănătatea oamenilor şi confortul interior. Trecerea vaporilor de la interior spre exterior în perioada rece a anului, denumită şi difuzia vaporilor, întâmpină o rezistenţă din partea materialelor de construcţii dependentă de compactitatea acestora, de fapt de impermeabilitatea lor. Astfel materialele poroase uşoare lasă să treacă vaporii de apă, iar materiale ca straturi de bitum, folie plastic, membrane hidroizolatoare, folii metalice (ex Al) etc au un grad ridicat de impermeabilitate şi se mai numesc şi bariere contra vaporilor. Interesul este ca prin modul de alcătuire să se îndeplinească condiţii ca să nu avem fenomenul de condens al vaporilor pe suprafaţa interioară a anvelopei, respectiv condens cât mai redus în interiorul elementelor anvelopei. Condensul pe suprafaţa interioară a anvelopei se elimină dacă Tsi > τ r Tsi = temperatura suprafeţei interioare a elementului anvelopei ( de exemplu a peretelui exterior) τ r = temperatura la care umiditatea interioară devine umiditate de saturaţie, vaporii de apă trransformându-se în picături de apă de condens – rouă (temperatura punctului de rouă). Condensul în interiorul elementelor anvelopei se limitează din următoarele condiţii: a) m w − mv ≤ 0 b) ∆Wef ≤ ∆Wadmis

a) condiţia impune ca să nu avem acumulare de apă de condens de la an la an, adică dacă se produce condens iarna, acesta să se evapore în perioada rece a anului, unde m w = cantitatea de apă de condens din perioada rece mv = cantitatea de apă care se poate evapora în perioada caldă b) condiţia impune ca în condiţiile că se produce condens totuşi, chiar dacă se uscă vara, cantitatea de apă de condens să nu fie prea mare pentru a nu afecta caracteristicile fizico – mecanice ale materialelor, de exemplu:

-7-

∆Wadmis , BCA = 3% ∆Wadmis , PFL = 0%

Observaţii privind dimensionarea higrotermică În scopul limitării pierderilor de căldură alcătuirea elementelor anvelopei trebuie să îndeplinească condiţia ca: R0 ≥ R0,nec De exemplu: R0,nec , perete = 1.4m 2 ⋅o K / W Dacă condiţia nu este îndeplinită se modifică alcătuirea peretelui de exemplu cu o termoizolaţie mai bună sau mai groasă. Limitarea sau evitarea condensului se face în special printr-o bună alcătuire a termoizolaţiei peretelui, o ventilare corespunzătoare a aerului interior şi prin dispunerea unor straturi impermeabile de bariere contra vaporilor, cât mai spre interiorul încăperilor delimitate de anvelopa clădirii.

HIDROIZOLAŢII Generalităţi. Clasificare Lucrările de hidroizolaţii au rolul de a proteja elemente sau părţi din construcţii împotriva efectelor apei sub diferitele ei forme de manifestare. În construcţii apa se poate manifesta sub forme ca: - apă subterană, freatică - apă din umiditatea naturală a terenului - apă de infiltraţii - apă de condens - apă tehnologică, de exemplu în băi, bucătării, uscătorii - apa pluvială - apa de stropire de pe trotuar etc Apa influenţează calitatea materialelor de construcţii, confortul interior şi sănătatea oamenilor, fiind necesare lucrări de protecţie denumite hidroizolaţii. După modul şi materialele utilizate hidroizolaţiile pot fi: ƒ hidroizolaţii rigide, realizate din mortare sau betoane impermeabile, care au în amestec substanţe hidrofuge (sub formă de prafuri sau lichide) ƒ hidroizolaţii bituminoase elastice din membrane de bitum cauciucat, aplicate în straturi de 2 – 6 mm, 1 sau mai multe straturi (membrane), în funcţie de presiunea apei ƒ hidroizolaţii metalice din foi de tablă Pb, Cu, Al, foarte bune, dar scumpe ƒ hidroizolaţii din mase plastice ƒ hidroizolaţii mixte Dintre cele de mai sus cele mai utilizate sunnt cele rigide, respectiv membranele bituminoase. La clădirile existente mai vechi, cu terase întâlnim soluţia clasică de straturi de carton sau pânză bitumată, alternate cu straturi de bitum topit sau soluţie bituminoasă, variantă depăşită, ieşită din garanţie şi care nu se mai utilizează. După rolul pe care îl au hidroizolaţiile pot fi: a) împotriva apelor fără presiune hidrostatică b) împotriva apelor cu presiune hidrostatică c) împotriva umidităţii naturale a terenului -8-

După poziţia lor pot fi orizontale sau verticale la fundaţie, pereţi, pardoseli, acoperişuri, etc.

Hidroizolaţii la construcţii fără subsol împotriva umidităţii terenului Lucrările de hidroizolaţii au rolul în acest caz de a proteja pereţii şi pardoseala împotriva ascensiunii apei prin capilaritate (igrasie) în pereţi şi pardoseală, respectiv apei de stropire de pe trotuar şi a infiltrării apelor pluviale de pe trotuar la terenul de fundare. Se utilizează membrane hidroizolatoare, mortare impermeabile, respectiv pietriş pentru ruperea capilarităţii terenurilor. tencuiala hidroizolatie rigida

trotuar

suport pardoseala

tencuiala

strat separare pietris 8 -10 cm

membrana hidroizolanta

>25 cm 2%

dop bitum

soclu

fundatie

-9-

umplutura compacta

suport pardoseala

hârtie KRAFT sau folie plastic

strat separare pietris 8 -10 cm membrana hidroizolanta

umplutura compacta

soclu

fundatie

ZIDĂRII Generalităţi. Clasificare Zidăriile sunt elemente de construcţii realizate din 2 materiale, piatra de zidărie şi un liant, mortarul, aşezate după anumite reguli astfel încât să formeze un masiv continuu. După materialul din care se execută zidăriile pot fi: ƒ din lut, argilă sau pământ bătut, armat sau nu cu paie, stuf, lemn, etc ƒ din piatră naturală de râu sau carieră, piatra putând avea diferite grade de prelucrare (piatră brută, lucrată, cioplită, etc) ƒ din produse arse, ceramice, din argilă arsă – de ex cărămizi, blocuri cecramice etc ƒ din produse nearse, ex: BCA, blocuri de beton uşor sau greu cu goluri etc ƒ din sticlă sub formă de cărămizi, plăci, profile – fâşii, etc ƒ metalice sub formă de cărămizi, produse metalice asamblate etc. După poziţia în care sunt dispuse într-o construcţie, zidăriile pot fi subterane sau supraterane. După rolul pe care îl au în construcţii pot fi: ƒ portante sau de rezistenţ㠃 neportante ƒ autoportante (suportă greutatea proprie) După tipul elementului zidăriile pot fi dispuse în: ƒ zidării normale, în pereţi, stâlpi, arce, bolţi ƒ zidării la poduri şi podeţe ƒ zidării la coşuri de fum, silozuri, rezervoare, etc ƒ zidării la elemente de protecţie – de ex la hidroizolaţii etc După greutatea pietrei de zidărie şi modul de manipulare: ƒ zidării din blocuri mici, manipulate manual de un singur om, până la 20 kg (de ex o cărămidă = 3 kg, un bloc de beton cu goluri = 13-18 kg etc) ƒ blocuri medii (greutatea până la 50 kg) – manipulate manual de 2 persoane - 10 -

ƒ blocuri mari – peste 50 kg – manipulate mecanic Zidăriile sunt elemente de construcţii care preiau în bune condiţii eforturile de compresiune, dar au rezistenţe scăzute la întindere, forfecare sau încovoiere.

Reguli generale de execuţie a zidăriilor Având în vedere rezistenţele scăzute ale zidăriilor la eforturi de întindere, forfecare şi încovoiere, la execuţia zidăriilor se evită apariţia acestor solicitări, respectiv zidăriile se utilizează în elemente supuse preponderent la compresiune. ƒ Regula 1: Pietrele de zidărie trebuie să aibă suprafeţele de aşezare plane şi paralele, pentru a realiza o suprafaţă plană de aşezare ca să nu apară eforturi de încovoiere în piatră.

P

P

Feţele laterale ale pietrelor de zidărie trebuie să fie plane şi perpendiculare pe suprafeţele de aşezare, pentru a evita fenomenul de împănare în zidărie a pietrelor. Fenomenul ar avea ca şi consecinţă dislocarea unor rânduri întregi de zidărie. P

P

Concluzie: forma optimă a pietrelor de zidărie este aceea de paralelipiped dreptunghic. ƒ Regula 2: Încărcările care acţionează asupra zidăriilor trebuie să fie cât mai perpendiculare pe suprafaţa de aşezare, în caz contrar componenta din planul orizontal al forţelor putând conduce la dislocarea unor rânduri de zidărie.

α P

V

T