Fizica Constructiilor A. Radu [PDF]

Zitiervorschau

ISSN 1582 - 3024

Volume 2, No.7r, 2005

Fizica construcţiilor

Societatea Academica "Matei - Teiu Botez", Iasi

Colectiv editorial

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Irina BARAN Secretar Catedra de Construcţii Civile şi Industriale Facultatea de Construcţii Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi, România [email protected] Irina BLIUC

Catedra de Construcţii Civile şi Industriale Facultatea de Construcţii Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi, România [email protected] Ioan GAVRILAŞ

Catedra de Construcţii Civile şi Industriale Facultatea de Construcţii Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi, România [email protected] Adrian RADU Şef de colectiv Catedra de Construcţii Civile şi Industriale Facultatea de Construcţii Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi, România [email protected] Dan ŞTEFĂNESCU

Catedra de Construcţii Civile şi Industriale Facultatea de Construcţii Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi, România [email protected] Maricica VASILACHE

Catedra de Construcţii Civile şi Industriale Facultatea de Construcţii Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi, România [email protected] Cristian VELICU

Catedra de Construcţii Civile şi Industriale Facultatea de Construcţii Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi, România [email protected]

Intersections/Intersecţii, Vol.2, No.7r, 2005

ISSN 1582-3024

1

Cuprins

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Încercări simplificate privind difuzia vaporilor de apă ce traversează o structură de tip ETICS (EIFS) de Cristina Busuioc şi Adrian Radu

Pătrunderea apei într-o structură de tip ETICS (EIFS) de Cristina Busuioc şi Adrian Radu

Simularea eforturilor datorită variaţiilor de temperatură în pereţii exteriori de Dan Preda Ştefănescu şi Cristina Busuioc

Intersections/Intersecţii, Vol.2, No.7r, 2005

ISSN 1582-3024

2

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Încercări simplificate privind difuzia vaporilor de apă ce traversează o structură de tip ETICS (EIFS) Cristina Busuioc1, Adrian Radu2 1

Departmentul de Construcţii Civile şi Industriale, Universitatea Tehnică “Gh. Asachi”, Iaşi, 700050, România 2 Departmentul de Construcţii Civile şi Industriale, Universitatea Tehnică “Gh. Asachi”, Iaşi, 700050, România

Rezumat Sistemul modern de alcătuire al paramentelor la clădiri civile, de tip ETICS (External Thermal Insulation Composite System) sau EIFS (External Insulation Finish System), foarte des întâlnit în Europa occidentală, este introdus acum şi în România de mai multe firme (BAUMIT, SWISSPOR, KNAUF, AUSTROTERM, etc.). Acestea livrează materiale şi tehnologii care se caracterizează printr-o izolaţie termică eficientă din plăci de polistiren expandat, extrudat, sau vată minerală, dispuse la partea exterioară a peretelui de bază şi o tencuială subţire densă armată, tratată hidrofob care asigură protecţia împotriva apei din precipitaţii. Acest sistem, foarte eficient din punct de vedere termic, este indicat pentru zonele expuse la cutremure, cum sunt cele din România, având o greutate proprie mică comparativ cu cea a peretelui de bază. Având în vedere condiţiile specifice din ţara noastră, este util să se analizeze dacă acest sistem este rezistent pe durate ce depăşesc 30 de ani. Astfel este prezentat sistemul ETICS (EIFS) şi caracteristicile sale. În ţara noastră acest sistem este aplicat pe scară largă la clădiri noi şi vechi pentru creşterea capacităţii de izolare termică. Există însă un anumit grad de neîncredere asupra comportării în timp a structurii, datorită temperaturilor foarte ridicate din timpul verii şi foarte scăzute iarna. Se propune astfel un mod de experimentare simplificat obţinând rezultate acoperitoare. Pentru verificări s-au folosit probe de tip ETICS (EIFS) puse la dispoziţie cu foarte multă amabilitate de firma BAUMIT. Experimentările s-au desfăşurat la catedra CCIA pe o perioadă de aproximativ zece luni. S-a demonstrat că aceste sisteme de protecţie permit eliminarea apei către exterior, evitând riscul unei umidităţi excesive în masa peretelui. Cu ajutorul acestei metode s-ar putea analiza în viitor şi alte produse ce fac parte din aceeaşi categorie. S-a calculat de asemenea coeficientul de rezistenţă la difuzia vaporilor de apă, obţinându-se valori aproximative apropiate de cele din normativele româneşti şi germane. Cuvinte cheie: sistem constructiv de tip ETICS (EIFS), izolaţie termică, polistiren expandat, extrudat, sau vată minerală, tencuială subţire densă armată tratată hidrofob.

ISSN 1582-3024

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

3

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

C. Busuioc, A. Radu

1. INTRODUCERE Adoptarea unor sisteme constructive performante sub aspectul protecţiei termice la pereţi exteriori, în condiţiile limitării masivităţii, determină trecerea la utilizarea celui cunoscut în occident sub denumirile ETICS (External Thermal Insulation Composite System) sau EIFS (External Insulation Finish System), (Figura 1). abc

d

e

exterior

interior

0.5 6

15... 30

1

Figura 1. Sistemul denumit ETICS (External Thermal Insulation Composite System) sau EIFS (External Insulation Finish System) (dimensiuni în cm): a- finisaj decorativ; btencuială subţire armată cu plasă deasă fixată cu ancoraje; c- izolaţie termică (polistiren expandat EPS sau vată minerală rigidă); d- perete de bază (zidărie, beton armat sau alt material); e- tencuială interioară

Aceste sisteme constructive se caracterizează prin: • mai multe straturi paralele, unul din beton armat, zidărie sau lemn, pentru funcţiunea de portanţă (denumit perete de bază ori suport), plăci de izolare termică din polistiren expandat EPS sau vată minerală plasate spre exterior, stratul de protecţie faţă de intemperii, asigurat de o tencuială subţire, armată cu o plasă fină şi un finisaj decorativ pe faţadă. Plăcile de izolaţie termică sunt lipite de peretele de bază cu un mortar adeziv sau/şi cu elemente metalice. Plasa de armare, compatibilă cu mortarul utilizat (mineral sau organic) poate fi din fibre metalice, de sticlă sau de masă plastică; • capacitate de protecţie termică superioară, care satisface exigenţele de conservare a căldurii în clădiri, conform normativelor C107/1…5-1997, [3-7] asigurând diminuarea cheltuielilor de întreţinere şi a emisiilor poluante, rezultate la arderea combustibililor fosili; • îmbrăcarea totală a părţilor opace ale pereţilor exteriori, ceea ce permite combaterea efectelor de punte termică, asigurarea unei stabilităţi termice superioare, confort termic optim în condiţii de iarnă şi vară precum şi diminuarea eforturilor pe care le cauzează variaţiile temperaturii şi umidităţii exterioare în stratul portant;

ISSN 1582-3024

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica Construcţiilor”

4

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Încercări simplificate privind difuzia vaporilor de apă ce traversează o structură de tip ETICS (EIFS)

• realizarea unei grosimi totale minime a pereţilor exteriori, ceea ce permite un raport favorabil între suprafaţa utilă şi cea construită precum şi o masivitate minimă, avantajoasă pentru comportarea la cutremur; • execuţie simplă, în principiu, dar implicând respectarea riguroasă a detaliilor constructive şi a tehnologiei specifice prevăzută pentru numeroasele tipuri de sisteme ETICS, oferite de firmele care livrează materialele componente, având agremente tehnice.

2. DESCRIEREA SISTEMULUI BAUMIT UTILIZAT LA EXPERIMENTĂRILE EFECTUATE Sistemul de izolare termică a faţadelor EPS este un sistem termoizolant pe plăci EPS pentru pereţi exteriori. El se bazează pe combinarea plăcilor de faţadă din polistiren expandat ignifugat cu strat protector hidrofug şi de finisaj realizat din materiale minerale.

Figura 2. Sistemul termoizolant Baumit EPS

Sistemul Baumit de izolare termică a faţadelor EPS (Figura 2) este alcătuit din [9]: • adeziv pentru şpaclu BAUMIT KLEBESPACHTEL – adeziv mineral pulverulent pentru lipirea şi şpăcluirea plăcilor termoizolante; • plăci din polistiren expandat, ignifugat BAUMIT Dämmplatten EPS-F; • profil de aluminiu pentru socluri;

ISSN 1582-3024

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

5

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

C. Busuioc, A. Radu

• dibluri pentru prinderea mecanică a plăcilor termoizolante pe tencuiala veche ori nouă, pe beton sau zidărie; • plasă din fibră de sticlă BAUMIT Textilglassgitter; • grund Granopor (BAUMIT Granoporgrund); • tencuială Granopor (BAUMIT Granoporputz).

3. EXPERIMENTĂRI REFERITOARE LA POSIBILITATEA DE USCARE A SISTEMULUI BAUMIT 3.1 Organizarea experimentării În cadrul acestui studiu au fost folosite 6 probe cu o grosime de 4,5 cm, cu o suprafaţă expusă de 14x14 cm (Figura 3, 4, 5).

Figura 3. Probă supusă experimentării pentru evidenţiere posibilităţii de uscare parafina pe fata inferioara, laterala si partial pe cea superioara tencuiala Baumit grund Baumit armat placa termoizolanta pentru fatade EPS din polistiren expandat ignifugat

1.5

4

0.5

recipient transparent din plastic cu apa fluxul vaporilor de apa

7 14

Figura 4. Secţiune printr-o proba supusă experimentării pentru evidenţierea posibilităţii de uscare (dimensiuni în cm)

ISSN 1582-3024

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica Construcţiilor”

6

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Încercări simplificate privind difuzia vaporilor de apă ce traversează o structură de tip ETICS (EIFS)

Cele 6 probe folosite au fost parafinate pe feţele laterale, pe cea inferioară şi parţial pe cea superioară, creând astfel posibilitatea de evacuare a apei numai pe faţa superioară. Alcătuirea probelor ETICS a fost următoarea: • Proba 1, bleumarin (SP-1K) – tencuială Silicat periată (Baumit Silikatputz pe bază de silicat de potasiu – sticlă solubilă de potasiu, ingrediente minerale, pigmenţi, stabilizatori, adaosuri, apă) cu granulaţie maximă de 1 mm, grund Silicat (Baumit Silikatgrund pe bază de silicat de potasiu – sticlă solubilă de potasiu, ingrediente minerale, pigmenţi, stabilizatori, adaosuri, apă), placă termoizolantă pentru faţade EPS din polistiren expandat ignifugat de 4 cm; • Proba 2, orange (SP-2K) – tencuială Silicat periată (Baumit Silikatputz pe bază de silicat de potasiu – sticlă solubilă de potasiu, ingrediente minerale, pigmenţi, stabilizatori, adaosuri, apă) cu granulaţie maximă de 2 mm, grund Silicat (Baumit Silikatgrund pe bază de silicat de potasiu – sticlă solubilă de potasiu, ingrediente minerale, pigmenţi, stabilizatori, adaosuri, apă), placă termoizolantă pentru faţade EPS din polistiren expandat ignifugat de 4 cm; • Proba 3, galben (GP-1K) – tencuială Granopor periată (Baumit Granoporputz pe bază de lianţi de răşină sintetică, ingrediente minerale, pigmenţi, adaosuri, apă) cu granulaţie maximă de 1 mm, grund Granopor (Baumit Granoporgrund pe bază de lianţi de răşină sintetică, ingrediente şi pigmenţi minerali, apă), placă termoizolantă pentru faţade EPS din polistiren expandat ignifugat de 4 cm; • Proba 4, roşu (GP-2R) – tencuială Granopor striată (Baumit Granoporputz pe bază de lianţi de răşină sintetică, ingrediente minerale, pigmenţi, adaosuri, apă) cu granulaţie maximă de 2 mm, grund Granopor (Baumit Granoporgrund pe bază de lianţi de răşină sintetică, ingrediente şi pigmenţi minerali, apă), placă termoizolantă pentru faţade EPS din polistiren expandat ignifugat de 4 cm; • Proba 5, alb (SKP-1K) – tencuială Silicon periată (Baumit Silikonputz pe bază de răşini siliconice, ingrediente minerale, pigmenţi, stabilizatori, adaosuri, apă) cu granulaţie maximă de 1 mm, grund Silicon (Baumit Silikongrund pe bază de răşini siliconice, pigmenţi, stabilizatori, adaosuri, apă), placă termoizolantă pentru faţade EPS din polistiren expandat ignifugat de 4 cm; • Proba 6, verde (SKP-2K) – tencuială Silicon periată (Baumit Silikonputz pe bază de răşini siliconice, ingrediente minerale, pigmenţi, stabilizatori, adaosuri, apă) cu granulaţie maximă de 2 mm, grund Silicon (Baumit Silikongrund pe bază de răşini siliconice, pigmenţi, stabilizatori, adaosuri, apă), placă termoizolantă pentru faţade EPS din polistiren expandat ignifugat de 4 cm.

ISSN 1582-3024

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

7

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

C. Busuioc, A. Radu

Figura 5. Cele 6 probe supuse experimentării pentru evidenţierea posibilităţii de uscare

Grosimea stratului de polistiren expandat a fost de numai 4 cm pentru a permite desfăşurarea experimentării într-un timp mai scurt, impus de finalizarea tezei. Temperatura aerului în spaţiul unde au fost menţinute probele a fost Ti=28,8°C iar umiditatea relativă de 66 % (în sezonul cald) şi Ti=21°C iar umiditatea relativă de 48 % (în sezonul rece, încăperea fiind încălzită), condiţiile adoptate din raţiuni practice fiind acoperitoare comparativ cu cele reale de exploatare. Experimentările au avut ca scop nu determinarea valorii coeficientului µp ci dacă termoizolaţia ETICS permite un proces de uscare semnificativă a peretelui executat cu acest sistem spre exterior. 3.2 Rezultatele experimentării Probele supuse experimentării au fost cântărite de 10 ori timp de 281 de zile, la o balanţă analitică, ce poate determina greutăţi până la 1000 g, având o eroare de 0,1 g, observând scăderea greutăţii acestora (Tabelul 1), cauzată de migraţia vaporilor de apă spre faţa superioară aflată în contact cu aerul din încăpere. Tabelul 1. Evoluţia greutăţii probelor pe durata experimentării Timpul de la începutul experimentării (zile) 0 27 43 54 65 133 160 181 247 281

ISSN 1582-3024

Greutatea probelor (g) Proba 1, bleumarin (SP-1K) 175,5 168,8 163,5 159,0 154,9 140,2 136,1 132,9 123,0 122,8

Proba 2, orange (SP-2K) 154,0 147,4 142,5 139,2 137,0 122,1 118,1 115,1 115,0 114,8

Proba 3, galben (GP-1K) 187,5 178,0 171,0 167,7 165,0 150,8 146,5 143,1 136,0 135,9

Proba 4, roşu (GP-2R) 169,0 162,9 158,0 154,8 152,0 137,7 134,1 130,9 126,6 126,5

Proba 5, alb (SKP-1K) 191,5 179,2 170,5 165,6 162,9 143,2 143,9 141,1 140,9 140,7

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica Construcţiilor”

Proba 6, verde (SKP-2K) 204,5 197,8 192,5 189,1 186,0 172,9 163,9 165,8 160,1 160,1

8

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Încercări simplificate privind difuzia vaporilor de apă ce traversează o structură de tip ETICS (EIFS)

Toate probele relevă posibilitatea de eliminare a apei de construcţie sau din condens, astfel încât să nu fie depăşit nivelul admisibil de umezire şi nici acumulări de apă de la un an la altul (Figura 6).

Figura 6. Comparaţie privind capacitatea de uscare a celor 6 probe

În Tabelul 2 se poate vedea cantitatea de apă pierdută prin evaporare şi difuzia vaporilor de apă pentru cele 6 probe pe toată durata experimentului. Tabelul 2. Cantitatea de apă pierdută prin evaporare şi difuzia vaporilor de apă pentru cele 6 probe Timpul de la începutul experimentării (zile) 27 43 54 65 133 160 181 247 281

ISSN 1582-3024

Greutatea probelor (g) Proba 1, bleumarin (SP-1K) 6,7 12,0 16,5 20,6 35,3 39,4 42,6 52,5 52,7

Proba 2, orange (SP-2K) 6,6 11,5 14,8 17,0 31,9 35,9 38,9 39,0 39,2

Proba 3, galben (GP-1K) 9,5 16,5 19,8 22,5 36,7 41,0 44,4 51,5 51,6

Proba 4, roşu (GP-2R) 6,1 11,0 14,2 17,0 31,3 34,9 38,1 42,4 42,5

Proba 5, alb (SKP-1K) 12,3 21,0 25,9 28,6 48,3 47,6 50,4 50,6 50,8

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

Proba 6, verde (SKP-2K) 6,7 12,0 15,4 18,5 31,6 40,6 38,7 44,4 44,4

9

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

C. Busuioc, A. Radu

60

50

Greutate (g)

40

Proba 1, bleumarin (SP-1K) Proba 2, orange (SP-2K) Proba 3, galben (GP-1K) Proba 4, rosu (GP-2R) Proba 5, alb (SKP-1K) Proba 6, verde (SKP-2K)

30

20

10

0 0

50

100

150

200

250

300

Timp (zile)

Figura 7. Dinamica uscării prin permeabilitate la vapori a celor 6 probe(comparaţie între cantitatea de apă pierdută prin difuzia vaporilor de apă)

Proba 5, alb (SKP-1K) prezintă o viteză de uscare mai mare, iar probele 2, orange (SP-2K); 4, roşu (GP-2R) şi 6, verde (SKP-2K) o viteză mai mică. Totuşi nu sunt diferenţe atât de importante încât să justifice din acest punct de vedere preferinţa pentru una sau alta din soluţiile analizate (Figura 7). Testările de lungă durată efectuate asupra probelor de izolaţie termică ETICS din polistiren expandat, protejate cu tencuieli subţiri, nu puteau fi realizate în staţii higrotermice deoarece procesul de umezire-uscare se desfăşoară extrem de lent iar imobilizarea instalaţiilor ar fi costat foarte mult. De aceea s-a recurs la această modalitate foarte simplificată şi economică, în măsură să arate dacă procesul de uscare prin difuzia vaporilor de apă este asigurat sau nu, verificarea de bază rămânând să fie făcută prin simulare numerică conform normativelor tehnice în vigoare [8,10] care ţin seamă de ipotezele propuse de Glaser [2]. Deci scopul acestor testări nu a fost de a stabili valorile numerice ale permeabilităţii la vapori de apă ci de a evidenţia posibilitatea ca un proces favorabil de uscare să aibă sau nu loc. Întrucât procesul de uscare este foarte lent, a fost necesar să fie accelerat prin utilizarea unor probe de polistiren expandat de numai d '= 4cm grosime în loc de d = 6...10cm cât este necesar pentru a satisface exigenţele referitoare la rezistenţa

ISSN 1582-3024

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica Construcţiilor”

10

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Încercări simplificate privind difuzia vaporilor de apă ce traversează o structură de tip ETICS (EIFS)

termică corectă R > 1,4m 2 ⋅ K / W . Astfel se poate admite că fluxul de vapori a crescut în raportul :

η=

d d'

≅

0,08

(1)

0,04

Cantitatea de vapori de apă g (Kg ) care difuzează printr-un perete este proporţională cu diferenţa de presiune ∆P = P1 − P2 ( Pa ) , cu suprafaţa probei

A(m 2 ) , cu durata t (h) şi invers proporţională cu grosimea probei d (m) şi cu

coeficientul µ .

Coeficientul de rezistenţă la difuzia vaporilor de apă, notat cu µ iar anterior [10] cu factorul rezistenţei la permeabilitate la vapori

1 KD

, reprezintă raportul între

permeabilităţile la vapori de apă δ m pentru un material oarecare şi pentru aer δ aer , exprimate în ( Kg / m ⋅ s ⋅ Pa ).

µ=

δ aer δm

(2)

Rezistenţa specifică la permeabilitate la vapori Rv (m 2 ⋅ h ⋅ Pa / Kg ) este dată de relaţia [1]: R = 1,5 ⋅ 10 6 ⋅ µ ⋅ d v

(3)

valabilă în domeniul de temperatură -20…+30oC. Produsul,

sd = µ ⋅ d m

( m)

(4)

dă grosimea echivalentă a unui strat de aer nemişcat, având aceeaşi rezistenţă specifică la permeabilitatea la vapori ca şi materialul considerat. Cantitatea de vapori care traversează una din probele testate este :

i=

∆P ⋅ t ⋅ A ∆P ⋅ t ⋅A= R 1,5 ⋅ 10 6 ⋅ µ ⋅ d m v

( Kg )

(5)

iar

ISSN 1582-3024

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

11

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

C. Busuioc, A. Radu

µ=

∆P ⋅ t ⋅ A 1,5 ⋅ 10 6 ⋅ i ⋅ d m

(6)

Tabelul 3. Coeficientul de rezistenţă la difuzia vaporilor de apă pentru cele 6 probe Proba supusă experimen -tării Proba 1, bleumarin (SP-1K) Proba 2, orange (SP-2K) Proba 3, galben (GP-1K) Proba 4, roşu (GP-2R) Proba 5, alb (SKP-1K) Proba 6, verde (SKP-2K)

∆P

∆P

(în sezonul cald) (Pa)

(în sezonul rece) (Pa)

1339,60

t

A

dm

i

µ (în sezonul cald)

µ (în sezonul rece)

(h)

(m2)

(m)

(Kg)

1292,72

6744

0,0196

0,04

0,0520

56,75

54,76

1339,60

1292,72

6744

0,0196

0,04

0,0390

75,28

72,65

1339,60

1292,72

6744

0,0196

0,04

0,0516

57,19

55,19

1339,60

1292,72

6744

0,0196

0,04

0,0425

69,43

67,00

1339,60

1292,72

6744

0,0196

0,04

0,0508

58,09

56,06

1339,60

1292,72

6744

0,0196

0,04

0,0444

66,46

64,14

Astfel, rezultatele testărilor care dau cantităţile i de vapori de apă care au traversat probele migrând prin difuzie, pot da ordinul de mărime al coeficientului de rezistenţă la difuzia vaporilor de apă µ (Tabelul 3). Se observă că aceste valori se apropie mulţumitor de cele indicate în literatura de specialitate romănă şi germană.

4. CONCLUZII Determinările de permeabilitate la vapori, efectuate asupra probelor au fost realizate în condiţiile în care temperaturile de ambele părţi ale probei au fost mereu aceleaşi. În acest fel, influenţa unei diferenţe de temperatură care există în realitate între cele două părţi ale anvelopei (interior şi exterior) a fost eliminată, iar rezultatele sunt acoperitoare, în cazul real, migraţia vaporilor fiind mai activă şi deci procesul de evacuare al acestora mult mai intens. În esenţă, probele se usucă prin difuzie a vaporilor spre exterior chiar şi în absenţa unui gradient de temperatură.

ISSN 1582-3024

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica Construcţiilor”

12

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Încercări simplificate privind difuzia vaporilor de apă ce traversează o structură de tip ETICS (EIFS)

S-a demonstrat că, aceste sisteme de protecţie permit eliminarea apei către exterior, evitând riscul unei umidităţi excesive în masa peretelui. Cu ajutorul acestei metode s-ar putea analiza în viitor şi alte produse ce fac parte din aceeaşi categorie.

Bibliografie 1. 2.

3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

ISSN 1582-3024

Arndt, H. – Wärme- und Feuchteschutz in der Praxis, Verlag für Bauwesen, Berlin, 1996 Glaser, H. - Graphisches Verfahren zur Untersuchung von Diffusions-vorgängen, Kältetechnik nr.10, 1959 * * * C 107/1 – 1997 - Normativ privind calculul coeficienţilor globali de izolare termică la clădirile de locuit, M.L.P.A.T, Ordinul nr. 24/N din 19 februarie 1997, Buletinul Construcţiilor, vol 14 – 1998 * * * C 107/2 – 1997 - Normativ privind calculul coeficientului global de izolare termică la clădiri cu altă destinaţie decât cele de locuit, M.L.P.A.T, Ordinul nr. 24/N din 19 februarie 1997, Buletinul Construcţiilor, vol 14 – 1998 * * * C 107/3 – 1997 – Normativ privind calculul termotehnic al elementelor de construcţie ale clădirilor, M.L.P.A.T, Ordinul nr. 24/N din 19 februarie 1997, Buletinul Construcţiilor, vol 13 – 1998 * * * C 107/4 – 1997 – Ghid pentru calculul performanţelor termotehnice ale clădirilor de locuit, M.L.P.A.T, Ordinul nr. 24/N din 19 februarie 1997, Buletinul Construcţiilor, vol 13 – 1998 * * * C 107/5 – 1997 - Normativ privind calculul termotehnic al elementelor de construcţie în contact cu solul, M.L.P.A.T, Ordinul nr. 24/N din 19 februarie 1997, Buletinul Construcţiilor, vol 1 – 1999 * * * C 107/6 – 2002 - Normativ general privind calculul transferului de masă (umiditate) prin elementele de construcţie, Buletinul Construcţiilor, vol 14 – 2002 * * * Documentaţii şi agremente tehnice provenind de la firme producătoare : Baumit, Capatect, Swisspor, Knauf, Austroterm, Rigips, ş.a. * * * STAS 6472/4-73 - Higrotermica. Comportarea elementelor de construcţie la difuzia vaporilor de apă

Articolul nr.5r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

13

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Pătrunderea apei într-o structură de tip ETICS (EIFS) Cristina Busuioc1, Adrian Radu2 1

Departmentul de Construcţii Civile şi Industriale, Universitatea Tehnică “Gh. Asachi”, Iaşi, 700050, România 2 Departmentul de Construcţii Civile şi Industriale, Universitatea Tehnică “Gh. Asachi”, Iaşi, 700050, România

Rezumat Experimentările prezentate în articolul anterior, intitulat “Încercări simplificate privind difuzia vaporilor de apă ce traversează o structură de tip ETICS (EIFS)” au continuat, verificând dacă sistemul poate fi umezit la ploi şi vânt. S-a folosit metodologia din lucrările lui Grunau, ştiind că presiunea exercitată de vânt este echivalentă cu cea a unei coloane de lichid de 12 cm. În urma verificărilor s-a constatat că tencuiala hidrofobizată limitează pătrunderea apei din ploi, timp de câteva ore. În concluzie, se poate afirma că tratamentul superficial de hidrofobizare trebuie refăcut la intervale de câţiva ani. Cuvinte cheie: sistem constructiv de tip ETICS (EIFS), izolaţie termică, tencuială subţire densă armată tratată hidrofob, construcţie, polistiren expandat, vată minerală.

1. INTRODUCERE Pentru măsurarea penetraţiei de apă s-au folosit 6 probe de tip ETICS (External Thermal Insulation Composite System) sau EIFS (External Insulation Finish System) puse la dispoziţie cu foarte multă amabilitate de firma BAUMIT, având aceeaşi alcătuire cu cele analizate în studiul prezentat anterior [2]. Experimentările s-au desfăşurat la catedra CCIA.

2. EXPERIMENTĂRI PRIVIND PĂTRUNDEREA APEI DIN PLOI PRIN SISTEMUL BAUMIT 2.1 Organizarea experimentării Măsurarea penetraţiei de apă s-a realizat cu un tub de sticlă transparent gradat, cu diametrul de 7 mm, astfel ca reperul său superior să fie la 12 cm peste faţa

ISSN 1582-3024

Articolul nr.6r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

14

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Pătrunderea apei într-o structură de tip ETICS (EIFS)

superioară a materialului de încercat (Figura 1, 2), corespunzător presiunii  1 dinamice  ⋅ ρ ⋅ v 2  a vântului [3].  2 12cm coloana de apa h max =12 cm

4

0.5

zona umezita

tub gradat pentru masurarea penetratiei de apa chit hidrofug tencuiala Baumit grund Baumit armat placa termoizolanta pentru fatade EPS din polistiren expandat ignifugat

14

Figura 1. Secţiune prin proba supusă experimentului pentru măsurarea penetraţiei apei din ploi sub acţiunea vântului (dimensiuni în cm)

Extremitatea inferioară a tubului a fost fixată cu ajutorul unui chit care nu absoarbe apa. În tub s-a introdus apă astfel încât să ajungă până la nivelul reperului (12 cm) şi s-a măsurat timpul până când nivelul apei a scăzut destul de mult. În apă s-a introdus cerneală pentru a permite observarea nivelului în tubul transparent şi pătrunderea apei (după secţionarea probelor la sfârşitul experimentării).

Figura 2. Cele 6 probe supuse experimentării pentru măsurarea penetraţiei de apă din ploi sub acţiunea vântului

ISSN 1582-3024

Articolul nr.6r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

15

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

C. Busuioc, A. Radu

2.2. Rezultatele experimentării Tabelul 1. Variaţia nivelului de apă în tubul gradat pentru cele 6 probe Timp (ore) 0 24 30 46 70 167 214 310

Proba 1, bleumarin (SP-1K) 12,00 10,00 9,50 9,00 8,50 7,00 6,70 6,25

Proba 2, orange (SP-2K) 12,00 9,00 8,50 8,00 7,00 5,30 4,60 3,75

Nivelul apei în tubul gradat (cm) Proba 3, Proba 4, Proba 5, galben roşu alb (GP-1K) (GP-2R) (SKP-1K) 12,00 12,00 12,00 9,50 11,50 11,50 9,00 11,50 11,00 8,50 11,00 11,00 8,00 11,00 10,50 5,70 10,25 10,00 4,70 9,70 9,50 3,00 9,00 8,75

Proba 6, verde (SKP-2K) 12,00 12,00 11,50 11,50 11,50 10,70 10,50 10,00

14

Nivelul apei in tubul gradat (cm)

12

10

Proba 1, bleumarin (SP-1K) Proba 2, orange (SP-2K) Proba 3, galben (GP-1K) Proba 4, rosu (GP-2R) Proba 5, alb (SKP-1K) Proba 6, verde (SKP-2K)

8

6

4

2

0 0

50

100

150

200

250

300

350

Timp (ore)

Figura 3. Urmărirea pătrunderii apei– comparaţie între cele 6 probe

A rezultat că apa pătrunde cel mai uşor în probele 4, roşu (GP-2R); 5, alb (SKP1K) şi 6, verde (SKP-2K), iar probele 2, orange (SP-2K) şi 3, galben (GP-1K) au cea mai mică sensibilitate la pătrunderea apei din ploi sub acţiunea vântului (Tabelul 1 şi Figura 3). Durata experimentării este însă prea mare faţă de condiţiile reale, iar înălţimea coloanei de apă a scăzut continuu, astfel încât rezultatele obţinute nu pot permite aprecierea acumulării de apă din ploi (Figura 4, 5 şi Tabelul 2).

ISSN 1582-3024

Articolul nr.6r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

16

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Pătrunderea apei într-o structură de tip ETICS (EIFS)

Figura 4. Cele 6 probe secţionate în urma experimentării pentru măsurarea penetraţiei de apă din ploi sub acţiunea vântului. Se observă că apa nu a pătruns în interiorul probelor Tabelul 2. Rezultate experimentale privind pătrunderea apei în cele 6 probe Timpul de la începutul experimentării (ore) 24 30 46 70 167 214 310

ISSN 1582-3024

Proba 1, bleumarin (SP-1K) 2,00 2,50 3,00 3,50 5,00 5,30 5,75

Scăderea nivelul apei în tubul gradat (cm) Proba 2, Proba 3, Proba 4, Proba 5, orange galben roşu alb (SP-2K) (GP-1K) (GP-2R) (SKP-1K) 3,00 2,50 0,50 0,50 3,50 3,00 0,50 1,00 4,00 3,50 1,00 1,00 5,00 4,00 1,00 1,50 6,70 6,30 1,75 2,00 7,40 7,30 2,30 2,50 8,25 9,00 3,00 3,25

Articolul nr.6r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

Proba 6, verde (SKP-2K) 0,00 0,50 0,50 0,50 1,30 1,50 2,00

17

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

C. Busuioc, A. Radu

Scaderea nivelul apei in tubul gradat (cm)

10 9 8 7

Proba 1, bleumarin (SP-1K) Proba 2, orange (SP-2K) Proba 3, galben (GP-1K) Proba 4, roşu (GP-2R) Proba 5, alb (SKP-1K) Proba 6, verde (SKP-2K)

6 5 4 3 2 1 0 0

50

100

150

200

250

300

350

Timp (ore)

Figura 5. Dinamica penetraţiei de lichid prin permeabilitate la apă a celor 6 probe evidenţiată prin scăderea nivelului apei în tubul gradat

3. CONCLUZII În urma verificărilor s-a constatat că tencuiala hidrofobizată limitează diferenţiat pătrunderea apei din ploi, timp de câteva ore. În concluzie, se poate afirma că tratamentul superficial de hidrofobizare trebuie refăcut la intervale de câţiva ani.

Bibliografie 1. 2. 3. 4. 5. 6.

ISSN 1582-3024

Arndt, H. – Wärme- und Feuchteschutz in der Praxis, Verlag für Bauwesen, Berlin, 1996 Busuioc, C., Radu, A. – Essais simplifiés concernant la diffusion de la vapeur d’eau à travers une structure ETICS (EIFS), Rev. Intersections, vol. 2, 2005, No. “Physique du bâtiment”, p. 414, www.ce.tuiasi.ro/intersections Gheorghiu, F., Grunau, E. B. – Funcţionalitatea şi protecţia faţadelor, Centrul de documentare pentru construcţii, arhitectură şi sistematizare, Redacţia publicaţiilor pentru construcţii, Bucureşti, 1973 Glaser, H. - Graphisches Verfahren zur Untersuchung von Diffusions-vorgängen, Kältetechnik nr.10, 1959 * * * Documentaţii şi agremente tehnice provenind de la firme producătoare : Baumit, Capatect, Swisspor, Knauf, Austroterm, Rigips, ş.a. * * * STAS 6472/4-73 - Higrotermica. Comportarea elementelor de construcţie la difuzia vaporilor de apă

Articolul nr.6r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

18

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Simularea eforturilor datorită variaţiilor de temperatură în pereţii exteriori Dan Preda Ştefănescu1, Cristina Busuioc2 1

Departmentul de Construcţii Civile şi Industriale, Universitatea Tehnică “Gh. Asachi”, Iaşi, 700050, România 2 Departmentul de Construcţii Civile şi Industriale, Universitatea Tehnică “Gh. Asachi”, Iaşi, 700050, România

Rezumat În articol este dezvoltat un model teoretic cu ajutorul căruia poate fi verificată comportarea paramentelor placate cu ceramică, sub acţiuni mecanice şi termice, precum şi mecanismele de distrugere (distribuţii de eforturi, deplasări şi deformaţii). În ultimul timp s-au înregistrat numeroase degradări ale acestor placaje, punând în pericol viaţa oamenilor aflaţi în apropierea clădirilor. Folosind un program de calcul performant, s-au efectuat modelări pe o clădire P+2. Astfel s-au evidenţiat şi vizualizat tensiunile din placaj şi din mortarul care îl fixează. Se prezintă detaliat, pentru sezonul cald şi rece, modurile de deformare şi stările de tensiune în mortarul suport şi în placajul dispus pe faţadă, indicându-se zonele unde pot apărea probleme. Cuvinte cheie: paramente placate cu ceramică, mortar suport, acţiuni mecanice şi termice, distribuţii de eforturi, deformaţii.

1. ANALIZA COMPORTARII TERMO-ELASTICE LA ACTIUNI MECANICE Pentru obţinerea unor efecte estetice şi pentru asigurarea unei protecţii durabile faţă de ploi, la unele clădiri cu diverse destinaţii (social-culturale, administrative, de locuit, etc.), se pot utiliza elemente de placare ale faţadelor. Totuşi, există cazuri când, după o anumită perioadă de exploatare, aceste placaje se deteriorează sub o formă sau alta şi pot provoca accidente, remedierea lor implicând cheltuieli ridicate. În cazul în care placajul este constituit din elemente ceramice (cărămizi de placaj sau plăcuţe) dispuse pe un strat din mortar de ciment, cauzele unor eventuale degradări în timp pot fi diverse: • utilizarea unor materiale neadecvate (de exemplu mortare de marcă inferioară);

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

19

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

D. P. Ştefănescu, C. Busuioc

• condiţii necorespunzătoare de execuţie la temperaturi prea scăzute sau prea ridicate, uscare prea rapidă, etc.; • manoperă neîngrijită (strat de mortar neuniform, montarea deplanată a elementelor de placare, rosturi finisate necorespunzător, etc.). Aceste deficienţe iniţiale pot conduce ulterior la deteriorări ale placajului ceramic prin: • fisurarea rosturilor în anumite zone; • desprinderea mortarului de pe stratul suport; • fisurarea sau crăparea plăcilor ceramice; • desprinderea plăcilor ceramice de pe mortar, etc. În cadrul prezentului studiu s-a urmărit localizarea zonelor cu grad de risc ridicat în ceea ce priveşte apariţia unor fenomene de tipul semnalat mai sus, prin modelarea pe calculator a comportării mecanice a ansamblului perete (suport) – mortar – elemente de placare, sub acţiunea combinată a încărcărilor gravitaţionale şi a încărcărilor generate de variaţiile de temperatură sezoniere, variaţiile de umiditate putând fi asimilate cu cele termice. Modelările s-au efectuat cu ajutorul unui program performant, capabil să efectueze analiza statică, termică şi în final termo– elastică, prin metoda elementelor finite. Domeniul modelat este constituit dintr-un tronson de perete exterior cu grosimea de 30 cm, din blocuri de zidărie de cărămidă. La faţa exterioară a peretelui s-au considerat un strat de mortar de ciment de 2 cm grosime şi un placaj ceramic de 1 cm grosime. În dreptul centurilor, punţile termice au fost corectate cu fâşii din polistiren extrudat de 5 cm grosime (Figura 1). Caracteristicile elastice şi termice ale materialelor sunt prezentate în Tabelul 1.

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

20

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Simularea eforturilor datorită variaţiilor de temperatură exterioară în pereţii exteriori

mortar de poză

perete de cărămidă

planşeu b.a.

placaj ceramic

termoizolaţie centură b.a.

Figura 1. Domeniul modelat (detaliu): intersecţie perete exterior – planşeu Tabelul 1. Caracteristici elastice şi termice ale materialelor Material

Coef. de elasticitate (daN/cm2)

Coef. lui Poisson (–)

Coef. de conductivitate termică (W/m·K)

Coef. de dilatare termică (1/K)

1

Zidărie de cărămidă

20.000

0,3

0,6

6,0E-6

2

Beton

200.000

0,2

1,7

1,1E-5

3

Mortar

100.000

0,2

0,9

1,2E-5

4

Placaj ceramic

20.000

0,3

0,6

6,0E-6

5

Polistiren

1.000*

0,3

0,044

1,0E-6

Nr. crt.

*) convenţional

Modelările au fost efectuate pentru o clădire de locuit P+2, cu înălţimea nivelului de 2,8 m. A fost modelat câmpul curent al peretelui (domeniu plan), cu pas mic de discretizare, de 1 cm (Figura 2).

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

21

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

D. P. Ştefănescu, C. Busuioc

Figura 2. Ipoteza de modelare pentru domeniul plan

Sarcinile gravitaţionale considerate, cu valori conform normativelor în vigoare, au fost: • din greutatea proprie a elementelor componente; • utile, uniform repartizate pe planşee. Sarcinile termice (condiţiile de contur): • interior – condiţie la limită de speţa a III-a (Fourier): αi = 8 W/m2·K; Ti = (273 + 20) K; • exterior – sezonul rece, condiţie la limită de speţa I-a (Dirichlet): Te = (273 – 20) K; • exterior – sezonul cald, condiţie la limită de speţa I-a (Dirichlet): Te = (273 + 60) K. Modelarea numerică a cuprins următoarele faze: • determinarea stării de tensiuni şi deformaţii sub sarcini gravitaţionale; • determinarea câmpului termic, în sezonul cald şi în cel rece; • determinarea stării de tensiuni şi deformaţii sub sarcini termice, prin utilizarea valorilor temperaturilor în noduri, determinate la punctul precedent; • determinat stării de tensiuni şi deformaţii sub sarcini gravitaţionale şi termice.

2. CÂMPUL CURENT AL PERETELUI (DOMENIU PLAN) Setul de modelări asupra domeniului plan a fost efectuat deoarece în această situaţie poate fi folosit un pas fin de discretizare, precizia rezultatelor fiind mai bună. Domeniul modelat, reprezentat în Figura 2, a fost discretizat cu elemente finite plane pătrate, cu latura de 1 cm.

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

22

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Simularea eforturilor datorită variaţiilor de temperatură exterioară în pereţii exteriori

În Figura 3 este reprezentată deformata structurii, la o scară amplificată, pentru toate situaţiile de încărcare, în sezonul cald şi în sezonul rece. V1 L3 C2 G10

V1 L1 C1

a

b

c

Y Z X

Y Z

V1 L3 C2

X

Y Z X

Output Set: MSC/NASTRAN Case 1 Deformed(0.143): Total Translation

Output Set: Analiza termo - elastica Deformed(0.312): Total Translation

V1 L1 C1

V1 L1 C1 G10

d

Y Z X Output Set: Analiza termo - elastica Deformed(0.279): Total Translation

Output Set: Analiza termo - elastica Deformed(0.312): Total Translation

e

Y Z X Output Set: Analiza termo - elastica Deformed(0.279): Total Translation

Figura 3. Deformata peretelui (domeniu plan): a - din sarcini gravitaţionale; b - din sarcini termice (vara); c - din sarcini termice (iarna); d - din sarcini gravitaţionale + termice (vara); e - din sarcini gravitaţionale + termice (iarna)

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

23

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

D. P. Ştefănescu, C. Busuioc

2.1. Starea de tensiuni în mortarul suport. În Tabelul 2 sunt prezentate valorile maxime ale tensiunilor normale, orizontale (perpendiculare pe perete) şi verticale (paralele cu peretele), sub acţiunea încărcărilor gravitaţionale (a), a încărcărilor termice (b) şi a încărcărilor totale (gravitaţionale + termice) (c). Alura deformatelor din Figura 3 indică pe ansamblu, după cum era de aşteptat, o solicitare de încovoiere în plan vertical. Este de remarcat faptul că, în sezonul cald tensiunile normale verticale din sarcini termice sunt numai de compresiune (datorită dilatărilor împiedecate), cele de întindere având valori mici, limitate pe zone foarte restrânse, iar în sezonul rece sunt numai de întindere (datorită contracţiilor împiedecate). Tabelul 2. Modelare 2D - tensiuni normale maxime în mortarul suport (daN/cm2) Nr. crt. 1

Perioadă Sezonul rece şi cald

Orizontale

Verticale

compresiune întindere compresiune a. Sarcini gravitaţionale -2.22

+0.378

-12.4

b. Sarcini termice -2.48 +1.13 -60.4 -2.02 +0.652 -0.252 c. Sarcini gravitaţionale + termice 4 Sezonul cald -1.34 +1.18 -47.07 5 Sezonul rece -2.50 +0.796 -0.833 1) local, în dreptul planşeelor curente (Figura 4) 2 3

Sezonul cald Sezonul rece

întindere +3.96 +0.832 +24.71) +1.125 +22.01)

Observaţii (Tabelul 2): a) tensiunile normale orizontale şi verticale din sarcini gravitaţionale, atât cele de compresiune cât şi cele de întindere, nu depăşesc rezistenţele de calcul ale mortarului; b) tensiunile normale orizontale din sarcini termice sunt în general comparabile cu cele din sarcini gravitaţionale şi nu depăşesc rezistenţele de calcul ale mortarului; c) tensiunile maxime normale verticale de compresiune din sarcini termice în sezonul cald (–60,4 daN/cm2) au valori mult superioare tensiunilor rezultate din sarcini gravitaţionale, dar nu depăşesc rezistenţa la compresiune a unui mortar de marcă superioară; d) în zonele din dreptul planşeelor curente (Figura 4), tensiunile maxime normale verticale de întindere din sarcini termice în sezonul rece (+24,7 daN/cm2) au valori mult superioare tensiunilor rezultate din sarcini gravitaţionale şi depăşesc rezistenţa la întindere a mortarului;

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

24

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Simularea eforturilor datorită variaţiilor de temperatură exterioară în pereţii exteriori

e) în cazul sarcinilor combinate, gravitaţionale şi termice, valorile tensiunilor sunt în general inferioare celor ale rezistenţelor materialului, cu excepţia tensiunilor verticale de întindere din dreptul planşeelor curente, în sezonul rece, cu valori maxime de 22,0 daN/cm2 (analog ca la pct. d.). L3 C2 G7

Y Z

X

Output Set: Analiza termo - elastica Contour: Plate Top YNormal Stress

Figura 4. Harta tensiunilor normale verticale în tencuială, din sarcini termice, în sezonul rece, în dreptul planşeelor curente

2.2. Starea de tensiuni în placajul ceramic În Tabelul 3 sunt prezentate valorile maxime ale tensiunilor normale, verticale şi orizontale, sub acţiunea încărcărilor gravitaţionale (a), a încărcărilor termice (b) şi a încărcărilor gravitaţionale şi termice (c). Valorile acestor tensiuni trebuie comparate cu valorile rezistenţelor de calcul ale placajului. În lipsa unor date specifice, s-au folosit în mod orientativ rezistenţele de calcul ale zidăriei din blocuri ceramice, conform Tabelului 4. Tabelul 3. Modelare 2D - tensiuni normale maxime în placajul ceramic (daN/cm2) Nr. crt. 1

Perioadă Sezonul rece şi cald

Orizontale

Verticale

compresiune întindere compresiune a. Sarcini gravitaţionale -0.846

+0.022

-3.06

întindere +0.896

b. Sarcini termice -0.578 +0.197 -1.65 +6.161) -0.869 +0.285 -2.36 +2.792) c. Sarcini gravitaţionale + termice 4 Sezonul cald -0.810 +0.174 -3.61 +6.231) 5 Sezonul rece -0.880 +0.663 -2.52 +2.233) 1) 2 local, în dreptul centurii de la ultimul nivel (Figura 5); σ > Ri = 1,1 daN/cm în jumătatea superioară a peretelui de la ultimul nivel; 2) local, pe zona de sub nivelul planşeelor curente (Figura 6); σ > Ri = 1,1 daN/cm2 pe cea mai marea parte din înălţimea peretelui; 3) local, pe zona de sub nivelul planşeelor curente (Figura 6); σ > Ri = 1,1 daN/cm2 în vecinătatea centurilor curente. 2 3

ISSN 1582-3024

Sezonul cald Sezonul rece

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

25

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

D. P. Ştefănescu, C. Busuioc

Tipul solicitării

Simbol

Tabelul 4. Rezistenţele de calcul ale zidăriei din blocuri ceramice

Tipul rezistenţei

Rezistenţa [daN/cm2]

Rc

Rezistenţa de calcul la compresiune

12,5

Ri1

Rezistenţa la întindere din încovoiere în secţiuni cu rosturi neţesute

1,1

Ri2

Rezistenţa la întindere din încovoiere în secţiuni cu rosturi ţesute

2,5

Ri3

Rezistenţa la întindere din încovoiere şi la eforturi principale de întindere pentru ruperea prin rost şi cărămidã

2,0

Rp

Rezistenţa la eforturi principale de întindere la secţiuni în scarã

1,1

Rf1

Rezistenţa la forfecare în secţiuni cu rosturi neţesute

1,6

Rf2

Rezistenţa la forfecare când ruperea se produce prin rost şi cărămidã

5.0

Observaţii (Tabelul 3): a) tensiunile normale orizontale şi verticale de calcul din sarcini gravitaţionale, atât cele de compresiune cât şi cele de întindere, nu depăşesc rezistenţele de calcul ale placajului; b) tensiunile normale orizontale şi cele verticale de compresiune, din sarcini termice, sunt în general comparabile cu cele din sarcini gravitaţionale şi nu depăşesc rezistenţele de calcul ale placajului;

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

26

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Simularea eforturilor datorită variaţiilor de temperatură exterioară în pereţii exteriori

c) tensiunile maxime normale verticale de întindere din sarcini termice în sezonul cald (+6,16 daN/cm2) au valori superioare rezistenţelor la întindere, în dreptul centurii de la ultimul nivel (Figura 5) şi în jumătatea superioară a peretelui de la ultimul nivel; d) tensiunile normale verticale de întindere din sarcini termice în sezonul rece (+2,79 daN/cm2), au valori superioare rezistenţelor la întindere, în zonele de sub nivelul planşeelor curente (Figura 6); σ > Ri = 1,1 daN/cm2 pe cea mai mare parte din înălţimea peretelui; e) în cazul sarcinilor combinate, gravitaţionale şi termice, observaţiile de la pct. c. şi d. îşi păstrează în general valabilitatea, dar în sezonul rece tensiunile verticale de întindere cu valori superioare rezistenţelor sunt restrânse la zonele din vecinătatea centurilor curente. V1 L3 C2 G8

6.1562 4.7872 3.4182 2.0492 0.6802 -0.6888 -2.0578 -3.4268 -4.7958 -6.1648 -7.5338 -8.9028 -10.272 -11.641 Y Z

-13.01 X

Output Set: Analiza termo - elastica Contour: Plate Top Y Normal Stress

-14.379 -15.748

Figura 5. Harta tensiunilor normale verticale în placaj, din sarcini termice, în sezonul cald, în dreptul centurii de la ultimul nivel V1 L1 C1 G9

2.231 1.934 1.637 1.34 1.043 0.746 0.449 0.152 -0.145 -0.442 -0.739 -1.036 -1.333 -1.63

Y

-1.928

X

-2.225

Output Set: Analiza termo - elastica Contour: Plate Top Y Normal Stress

-2.522

Z

Figura 6. Harta tensiunilor normale verticale în placaj, din sarcini termice, în sezonul rece, sub nivelul planşeelor curente

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

27

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

D. P. Ştefănescu, C. Busuioc

3. CONCLUZII Modelarea numerică a comportării mecanice a peretelui exterior din zidărie a urmărit determinarea stării de deformaţii şi tensiuni în stratul exterior de mortar şi în placajul ceramic, pentru localizarea zonelor cu risc potenţial ridicat în ceea ce priveşte apariţia unor deteriorări în şi între aceste straturi. Zonele critice, în care valorile tensiunilor depăşesc valorile rezistenţelor corespunzătoare, în cazul sarcinilor gravitaţionale + termice, sunt puse în evidenţă în Tabelul 5 (pentru mortar şi placaj). În urma analizei efectuate s-au desprins o serie de observaţii, sintetizate în concluziile ce urmează. a) Tensiunile normale în mortarul suport din sarcini gravitaţionale, atât cele paralele cu peretele (verticale) cât şi cele perpendiculare pe perete (orizontale), nu depăşesc rezistenţele de calcul ale unui mortar de marcă superioară (Tabelul 2); b) Tensiunile maxime normale verticale de întindere în mortarul suport, din sarcini termice şi combinate (gravitaţionale + termice), în sezonul rece, sunt localizate la nivelul planşeelor curente şi depăşesc rezistenţele de calcul ale mortarului (Tabelul 2); zonele cu σ > cca. 10 daN/cm2 (valoare adoptată ca rezistenţă la întindere a mortarului) se extind însă pe aproape întreaga suprafaţă a peretelui (Tabelul 5, coloana 4); c) Tensiunile normale în placaj din sarcini gravitaţionale nu depăşesc rezistenţele de calcul ale acestuia (Tabelul 3); d) Tensiunile maxime normale verticale de întindere în placaj, din sarcini termice şi combinate, în sezonul cald, apar la nivelul ultimului planşeu şi depăşesc rezistenţele de calcul (Tabelul 3); zonele cu σ > 1,1 daN/cm2 (valoare adoptată ca rezistenţă la întindere a placajului) se extind pe jumătatea superioară a peretelui de la ultimul nivel (Tabelul 5, coloana 5); e) Tensiunile maxime normale verticale de întindere în placaj, din sarcini termice şi combinate, în sezonul rece, sunt poziţionate în dreptul planşeelor curente şi depăşesc rezistenţele de calcul (Tabelul 3); zonele cu σ > 1,1 daN/cm2 se extind pe mare parte din înălţimea peretelui (Tabelul 5, coloana 6);

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

28

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

Simularea eforturilor datorită variaţiilor de temperatură exterioară în pereţii exteriori

Tabelul 5. Zone critice (tensiuni normale superioare rezistenţelor corespunzătoare)

0

Tensiuni 1

Mortar suport

Placaj

Sol.

Nr crt.

sezonul cald

sezonul rece

sezonul cald

sezonul rece

2

3

4

5

6

1

Vertica le

Întindere

Domeniu: perete exterior (câmp curent)

–

În final, se poate afirma că: • tensiunile generate de sarcinile gravitaţionale sunt întotdeauna mai mici decât rezistenţele limită şi, în acelaşi timp, sunt mult inferioare tensiunilor provenite din variaţiile de temperatură sezoniere; • zonele cele mai extinse (cca. 50...90% din suprafaţa peretelui), în care tensiunile din sarcini termice sau combinate (gravitaţionale + termice) depăşesc rezistenţele de calcul, se evidenţiază în sezonul rece, pentru tensiunile normale verticale de întindere din mortarul suport şi placajul ceramic; • valori mari ale tensiunilor normale, superioare rezistenţelor de calcul, apar şi la nivelul centurilor de la nivelurile curente, în special în câmpul curent al peretelui. Analiza efectuată prin modelarea numerică a comportării mecanice a stratului de mortar suport exterior şi a placajului ceramic, pe un perete din zidărie, nu şi-a propus în mod special furnizarea unor rezultate cantitative precise, ci s-a dorit mai degrabă un studiu calitativ al parametrilor, pentru punerea în evidenţă a influenţei variaţiilor termice asupra stării de deformaţii şi tensiuni. Prin modul de abordare adoptat, s-a încercat trasarea unor jaloane şi schiţarea unor metodologii prin care problemele propuse să poată fi rezolvate cu ajutorul simulărilor pe calculator. Evident, există un larg câmp de cercetare în acest sens, întrucât soluţiile de placare ale pereţilor exteriori sunt numeroase, atât din punct de vedere al materialelor utilizate cât şi din punct de vedere al sistemelor constructive. Modul de investigare propus poate fi utilizat în toate aceste cazuri, atât pentru aprecierea riscului apariţiei unor deteriorări din cauze de natură mecanică, cât şi pentru efectuarea unor analize comparative în vederea alegerii unei soluţii optime.

ISSN 1582-3024

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

29

Fizica construcţiilor

http://www.ce.tuiasi.ro/intersections

D. P. Ştefănescu, C. Busuioc

Bibliografie 1. 2.

3.

ISSN 1582-3024

Ştefănescu, D. P. – Contribuţii la studiul problemelor de higrotermică a clădirilor prin simulare pe calculator, Teză de doctorat, Iaşi, 1994 Ştefănescu, D. P. – Simularea numerică a transferului de căldură. Aplicaţii în proiectare, volumul Simpozionului cu participare naţională “Satisfacerea exigenţelor de izolare termică şi conservare a energiei în construcţii”, Ed. Societăţii Academice “Matei-Teiu Botez”, Iaşi, 2003, p. 161-170 Radu, A., Bliuc, I., Busuioc, C. – Particularităţi ale izolaţiilor termice de tip “ETICS”, volumul Simpozionului cu participare naţională “Satisfacerea exigenţelor de izolare termică şi conservare a energiei în construcţii”, Ed. Societăţii Academice “Matei-Teiu Botez”, Iaşi, 2003, p. 145-160

Articolul nr.7r, Intersections/Intersecţii, Vol.2, 2005, No.7r, “Fizica construcţiilor”

30