Post on 15-Mar-2018
transcript
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREŞTI
Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor
Titulara prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a
studiilor universitare de doctorat de bursă atribuită prin proiectul strategic
„Burse oferite doctoranzilor în Ingineria Mediului Construit”, beneficiar
UTCB, cod POSDRU/107/1.5/S/76896, proiect derulat în cadrul Programului
Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile
Structurale Europene, din Bugetul Naţional şi cofinanţat de către Universitatea
Tehnică de Construcții București.
TEZĂ DE DOCTORAT
Rezumat
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de
patrimoniu prin termografiere în infraroşu si
stabilirea unor măsuri de mentenanţă
Doctorand
Ing. Georgiana MATACHE
Conducător de doctorat
Prof. univ. dr. ing. Lidia NICULIŢĂ
BUCUREŞTI
2013
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
2
Ing. Georgiana MATACHE
CUPRINS
Introducere ................................................................................................................................ 3
Partea I. Studiu documentar privind utilizarea tehnicii de termografiere în infraroşu în
vederea evaluării stării clădirilor de patrimoniu ................................................................... 3
Capitolul 1. Studiu documentar şi analiză teoretică privind aspectele specifice clădirilor de
patrimoniu ................................................................................................................................... 3
Capitolul 2. Studiu documentar şi analiză teoretica privind conservarea clădirilor de
patrimoniu din România ............................................................................................................. 3
Capitolul 3. Studiu documentar şi analiza teoretică privind investigarea clădirilor prin
termografie în infraroşu .............................................................................................................. 4
Capitolul 4. Concluzii ale studiului documentar şi stabilirea planului de cercetare ................... 4
Partea a II – a. Cercetări experimentale privind evaluarea şi monitorizarea defectelor şi
stării clădirilor de patrimoniu prin utilizarea termografiei în infraroşu ............................ 4
Capitolul 5. Cercetări experimentale privind evidenţierea defectelor şi aprecierea stării
clădirilor de patrimoniu prin utilizarea termografiei în infraroşu ............................................... 4
Capitolul 6. Analiza teoretică şi experimentală a factorilor care influenţează precizia şi
acurateţea măsurărilor prin termografie în infraroşu ................................................................ 10
Capitolul 7. Analiza problematicii mentenanţei predictive a clădirilor de patrimoniu şi
elaborarea de elemente specifice în scopul conservării acestora .............................................. 10
Capitolul 8. Elaborarea unui sistem de management al calităţii destinat mentenanţei şi
siguranţei clădirilor de patrimoniu ........................................................................................... 12
PARTEA a III – a. Concluzii generale, contribuţii proprii şi valorificarea rezultatelor
cercetărilor efectuate .............................................................................................................. 13
Capitolul 9. Concluzii generale ................................................................................................ 13
Capitolul 10. Contribuţii proprii şi valorificarea rezultatelor obţinute în urma cercetărilor
efectuate .................................................................................................................................... 15
Capitolul 11. Lista lucrărilor elaborate, publicate sau comunicate în urma cercetărilor efectuate
în cadrul stagiului de doctorat .................................................................................................. 15
Bibliografie selectiva............................................................................................................... 16
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
3
Ing. Georgiana MATACHE
Introducere
Clădirile istorice reprezintă una dintre cele mai importante părţi ale patrimoniului cultural
prin intermediul cărora se oglindeşte istoria omenirii, întrucât, ele reflectă tehnologia specifică de
execuţie, arhitectura şi valorile spirituale aferente perioadelor istorice. Conservarea clădirilor de
patrimoniu reprezintă o adevarată provocare tehnică iar problematica protejării lor împotriva
degradărilor provocate de mediul înconjurător reprezintă un subiect complex şi de real interes. De
multe ori însă, monitorizarea clădirilor de patrimoniu se limitează, în general, la achiziţionarea
parametrilor climatici şi a nivelurilor de poluare a aerului pentru utilizarea lor în programele statistice
de predicţie a avariilor.
Problematica evaluării defectelor şi stării clădirilor de patrimoniu în scopul conceperii de
măsuri privind mentenanţa, restaurarea şi conservarea acestora este de mare actualitate iar rezolvarea
acestei problematici presupune cercetări sistematice şi susţinute, antrenarea unui număr mare de
specialişti, eforturi financiare, aplicarea corectă şi specializata a unor sisteme de management
operaţional care să asigure în final conservarea cât mai îndelungată a clădirilor istorice, de
patrimoniu.
Astfel, obiectivul specific al prezentei teze de doctorat constă in evidenţierea unor posibilităţi
practice de evaluare a stării şi defectelor acestor tipuri de clădiri şi in final conceperea şi elaborarea
unui sistem specializat de management al calităţii destinat mentenanţei şi siguranţei clădirilor de
patrimoniu.
Partea I. Studiu documentar privind utilizarea tehnicii de termografiere în
infraroşu în vederea evaluării stării clădirilor de patrimoniu
Capitolul 1. Studiu documentar şi analiză teoretică privind aspectele specifice clădirilor
de patrimoniu
În contextul analizei clădirilor de patrimoniu, un element important îl constituie aspectele
specifice acestor tipuri de structuri şi anume: particularităţile tehnice, caracterul de sursă istorică şi
mijloacele de utilizare a clădirii.
Cunoaşterea particularităţilor materialelor şi tehnicilor tradiţionale de construcţie devine
punctul de plecare al unei abordări ştiinţifice sistematice şi orientate către procesul de „recuperare” al
substanţei istorice şi înţelegere a fenomenului de degradare specifică. Fenomenologia degradării
materialelor de construcţie este amplă şi complexă. Înainte de a întreprinde orice acţiune pentru a
preveni sau a remedia degradarea, trebuie să înţelegem fenomenul care provoacă respectiva
deteriorare. Cauzele generale ale degradării clădirilor de patrimoniu pot fi grupate astfel: cauze
climatice, atacul sărurilor, cauze de degradare biologice şi patologice, cutremure de pămant.
În cadrul acestui capitol s-a descris fenomenologia degradării materialelor de construcţii şi s-
au analizat caracteristicile materialelor şi a tehnicilor tradiţionale de construcţie.
Capitolul 2. Studiu documentar şi analiză teoretica privind conservarea clădirilor de
patrimoniu din România
Conceptul de conservare al clădirilor istorice poate fi definit ca acţiunea de protejare
împotriva schimbărilor nedorite și evitarea degradării cu ajutorul unui program de mentenanţă facil.
Activitățile de conservare ale clădirilor istorice necesită un studiu sistematic, meticulos, pentru a
obţine rezultate adecvate. Acţiunile întreprinse pentru conservarea clădirilor de patrimoniu ar trebui
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
4
Ing. Georgiana MATACHE
să ia în considerare următoarele obiective şi principii: urmărirea în timp, mentenanţă, reabilitare,
consolidare, punerea în siguranţă a vieţii sociale, economice şi culturale a comunităţii.
Urmărirea comportării în timp a clădirilor de patrimoniu, putem spune ca este o încercare de
tip special, generată de necesitatea asigurării siguranţei în exploatare și completată de scopuri
ştiintifice, de cercetare, în vederea elucidării unor aspecte legate de comportarea materialelor de
construţie, a sistemelor constructive, influenţa unor defecţiuni constatate.
În cadrul acestui capitol s-au analizat aspectele conservării clădirilor de patrimoniu din
România şi necesitatea investigării şi monitorizării acestora in scopul protejării lor împotriva
degradărilor provocate de mediul înconjurator.
Capitolul 3. Studiu documentar şi analiza teoretică privind investigarea clădirilor prin
termografie în infraroşu
Termografia în infraroşu este o metoda de investigare nedistructivă utilizată pentru
asigurarea serviciilor de mentenanţă preventivă sau mentenanţă predictivă și permite obţinerea, cu
ajutorului unui echipament sau a unui aparat corespunzător, imaginii termice a unei scene termice
observată într-un domeniu spectral de infraroşu.
In acest capitol s-a facut o descriere a metodei de investigare prin termografie in infraroșu
prin evidențierea următoarelor noțiuni teoretice:
- evoluția metodei de investigare prin termografie in infrarosu;
- concepte de baza ale tehnicii de masurare prin termografiei in infraroşu;
- tehnica masurării radiației infrarosii;
- instrumentatia de masurare si caracteristicile acesteia.
Capitolul 4. Concluzii ale studiului documentar şi stabilirea planului de cercetare
Studiul documentar şi investigaţiile teoretice efectuate în prima parte a tezei de doctorat au
avut rolul de a contura nivelul actual al cunoaşterii şi de a evidenţia stadiul lucrărilor întreprinse în
România în domeniul conservării şi restaurării clădirilor de patrimoniu.
Analiza documentară a urmărit înţelegerea problematicii clădirilor de patrimoniu cât şi
aprofundarea cunoştinţelor în domeniul transferului de căldură şi a fenomenelor care stau la baza
măsurărilor prin termografie în infraroşu.
Partea a II – a. Cercetări experimentale privind evaluarea şi monitorizarea
defectelor şi stării clădirilor de patrimoniu prin utilizarea termografiei în
infraroşu
Capitolul 5. Cercetări experimentale privind evidenţierea defectelor şi aprecierea stării
clădirilor de patrimoniu prin utilizarea termografiei în infraroşu
Cercetările experimentale au fost efectuate pe o clădire istorică aflată pe lista oficială a
monumentelor istorice fiind considerată reprezentativă şi anume Biserica cu Sfinţi din Bucureşti, cu o
vechime de aproape 300 de ani (a fost ridicată în anul 1728).
Principalele obiective ale cercetărilor experimentale au fost:
- evidenţierea câmpurilor de temperaturi ale suprafeţelor exterioare ale clădirii de
patrimoniu studiate;
- măsurarea şi monitorizarea condiţiilor termice şi higrometrice din incinta măsurată;
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
5
Ing. Georgiana MATACHE
- interpretarea complexă şi coerentă a hărţilor de temperaturi şi stabilirea legăturii
dintre diferitele zone de temperatură şi defectele evidenţiate ţinând seama de
specificitaţile materialelor şi echipamentelor;
- dezvoltarea de proceduri de măsurare şi interpretare a rezultatelor măsurărilor;
- conceperea şi stabilirea elementelor specifice de mentenanţă predictivă în vederea
conservării clădirilor de patrimoniu atât din punct de vedere al rezistenţei dar şi al
arhitecturii;
- stabilirea unui nou sistem de management privind realizarea mentenanţei predictive a
clădirilor de patrimoniu arhitectural.
Cercetările experimentale realizate au vizat atât suprafeţele exterioare ale pereţilor şi a altor
elemente constructive ale clădirii bisericii cât şi suprafetele interioare ale acesteia.
Schema logică a etapelor succesive parcurse în cadrul experimentărilor efectuate este
prezentată in figura 5.1. de mai jos.
Etapa de documentare
Etapa de măsurări
Etapa de interpretare
Pro
cesu
l d
e in
ves
tig
are
pri
n
term
og
rafi
e în
in
frar
osu
Documentare cu privire la
istoricul clădirii
Determinarea tipologiei şi
a geometriei structurii
Stabilirea strategiei de
măsurare
Stabilirea echipamentelor
utilizate în măsurări
Preluarea imaginilor
termice
Realizarea de măsurări
conexe
Descărcarea imaginilor în
calculator
Generarea automată a
raportului cu Software-ul
ThermaCam Reporter
Analiza şi prelucrarea
fiecărei termograme din
Raport
Identificarea zonelor cu
“anomalii termice”
Înto
cmir
ea c
on
clu
ziil
or
Figura 5.1. Schema etapelor succesive parcurse în cadrul experimentărilor efectuate
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
6
Ing. Georgiana MATACHE
Neregularităţile proprietăţilor termice ale structurii se traduc în termograme în variaţii ale
temperaturii pe suprafeţele vizate, vizualizate prin culori diferite, corespunzătoare anumitor
temperaturi. Scara de culori ataşată fiecărei termograme corespunde unor temperaturi ale căror valori
sunt precizate alăturat. Zonele de culori mai “închise” (albastru, violet) corespund unor temperaturi
mai mici pe suprafeţe, iar cele de culori deschise unor temperaturi mai ridicate.
Pe termogramele efectuate, cu ajutorul unor programe de calcul speciale, prin mişcarea
cursorului pe termogramă, pot fi determinate şi examinate temperaturile înregistrate în fiecare punct
al suprafeţei. Astfel, o imagine în infraroşu conţine în fiecare pixel informaţii de energie iar software-
ul sistemului de măsura utilizat în cercetările experimentale efectuate permite calcularea temperaturii
reale schimbând toţi parametrii de câmp (Tamb, Tref, viteza vântului, umiditatea, distanţa).
În figura 5.2. este prezentată o schiţă cu amplasarea şi notarea staţiilor de vizare, a pereţilor
clădirii supuşi măsurărilor în infraroşu şi precizarea punctului cardinal nord. Din figură rezultă că au
fost stabilite şi au fost utilizate nouă locaţii de vizare pentru măsurarea câmpurilor de temperaturi ale
suprafeţelor exterioare ale celor douăzeci de pereţi amplasaţi pe tot conturul celor patru puncte
cardinale.
Figura 5.2. Schema planimetrică, notarea pereţilor şi poziţionarea staţiilor de viză
Pentru exemplificare, se prezintă in cele ce urmează termograma aferentă unei suprafeţe
vizate exterioare si respectiv a unei suprafeţe interioare.
În figura 5.3. este redată imaginea termografică în infraroşu a suprafeţei exterioare a unui
perete din latura de Sud – Est a clădirii, notat cu PR în schema planimetrică. Se observă că, în urma
prelucrării datelor măsurării şi prelucrării prin programul specializat camerei de termoviziune
utilizate, a rezultat harta termografică, și anume, câmpul de temperaturi ale suprafeţei peretelui
ilustrat prin culorile şi intensităţile acestora corespunzătoare cuantificărilor din scala de valori ale
temperaturilor, exprimate în °C. Pe suprafaţa peretelui, cu orientare generală de jos în sus,
temperatura variază de la valoarea minimă de 28,6 °C până la valoarea de 46,9 °C.
Această termogramă, aferentă peretelui de Sud-Est al Pronaosului (figura 5.3.) evidenţiază, în
primul rând, o suprafaţă neuniformă care se datorează reparaţiilor la care a fost supusă biserica de-a
lungul timpului. Este un fapt cunoscut că învelişurile străvechi erau realizate din tencuială de var iar
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
7
Ing. Georgiana MATACHE
cele noi conţin în reţetă ciment. Suprafaţa finisajului vizualizat pe termogramă arată aproape
întotdeauna culori diferite şi porozităţi diferite. Schimbarea culorii suprafeţei se datorează fie
schimbărilor de mediu fie poluării. Cu toate acestea, scăderea bruscă de temperatură la partea de jos a
peretelui ridică un semnal de alarmă. Aspectul difuz din această zonă şi temperatura mai scăzută
indică prezenţa umidităţii ridicate în pereţii din zidărie. Umiditatea din pereți poate fi cauzată de 3
factori: ascensiunea capilară a apei din sol, sistemul de colectare a apelor pluviale care se opreşte
deasupra soclului precum şi condensul vaporilor din aer. Ipoteza prezenţei umidităţii în pereţi este
confirmată şi de măsurările de umiditate de la interiorul bisericii.
Variaţia temperaturii suprafeţei exterioare a peretelui PR, de-a lungul liniei Li1, figurată în
imaginea din figura 5.3, este prezentată în graficul din figura 5.5. Din acest grafic se observă o
discontinuitate a curbei de variaţie a temperaturii ceea ce indică şi un posibil defect în structura
peretelui în zona respectivă a discontinuităţii. În figura 5.4. este redată imaginea peretelui PR obţinută
în spectrul vizibil prin fotografiere. Condiţiile de experimentare sunt redate sintetic în Tabelul 5.1.
Figura 5.3. Câmpul de temperaturi măsurate
prin termografie în infraroşu pentru suprafaţa
exterioară a peretelui PR de pe latura de S - E
a clădirii bisericii
Figura 5.4. Imagine în vizibil (prin
fotografiere) a peretelui PR de pe latura de
S - E a clădirii bisericii (vezi figura 5.3.)
Figura 5.5. Variaţia temperaturii suprafeţei
exterioare a peretelui PR de-a lungul liniei Li1
(vezi figura 5.3)
Figura 5.6. Ponderile procentuale ale
valorilor temperaturii suprafeţei exterioare
a peretelui PR în zona Ar1 (vezi figura 5.3)
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
8
Ing. Georgiana MATACHE
Tabelul 5.1. Condiţiile de măsurare în cazul peretelui PR al bisericii
Localizare S4
Emisivitate 0.95
Distanţa (m) 8
Temperatura reflectată (°C) 24
Temperatura atmosferică (°C) 22
Umiditatea (%) 65
Temperatura maximă a ariei Ar1 (°C) 40.7
Temperatura minimă a ariei Ar1 (°C) 29.5
În termograma din figura 5.7. a fost pusă în evidenţă existenţa unor crăpături în două zone ale
suprafeţei peretelui semnalate în figură prin cele două cercuri, de culoare verde, Ar1 respectiv Ar2.
Cele două crăpături sunt situate imediat sub fereastra aferentă peretelui F de pe latura de Nord a
clădirii bisericii. Analizând după mecanismul de avariere al bisericilor, aşa cum este descris în cartea
Monografie de Alexandru Cişmigiu, putem afirma că fisurile apărute sub golul de fereastră se
datorează fenomenelor mecanice completate de agresiunile datorate microclimatului interior sau
exterior cu acţiune de lungă durată şi care produc concentrări de eforturi pe colţurile golurilor.
Legislaţia actuală din domeniul proiectării, prevede dispunerea de elemente din beton armat
(buiandrugi) pentru a prelua concentrările de eforturi. Pe imaginea în vizibil a suprafeţei interioare a
peretelui F, prezentată în figura 5.8. s-a evidenţiat, prin încercuirea cu linie roşie, zona în care apar
fisurile de sub fereastră, vizualizate pe termogramă, in urma prelucrării acesteia.
În figura 5.9. este prezentată variaţia temperaturii suprafeţei peretelui de-a lungul unei linii
vertical iar condiţiile de experimentare sunt redate sintetic în tabelul 5.2.
Figura 5.7. Harta termografică a suprafeţei
interioare a peretelui F de pe latura Nord a
clădirii bisericii
Figura 5.8. Imaginea în vizibil a suprafeţei
interioare a peretelui F de pe latura Nord a
clădirii bisericii
Figura 5.9. Variaţia temperaturii suprafeţei interioare a peretelui F de pe latura Nord a clădirii
bisericii, de-a lungul liniei Li1
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
9
Ing. Georgiana MATACHE
Tabelul 5.2. Condiţiile de măsurare în cazul peretelui F al bisericii
Localizare S8, interior
Emisivitate 0.95
Distanţa (m) 5
Temperatura reflectată (°C) 24
Temperatura atmosferică (°C) 22
Umiditatea (%) 79
Temperatura maximă a ariei Ar1 (°C) 23.5
Temperatura minimă a ariei Ar1 (°C) 21.8
Pentru a putea analiza şi interpreta cât mai corect rezultatele măsurărilor termografice privind
parametrii aerului interior, au fost efectuate şi măsurări de temperaturi şi umidităţi relative ale aerului
exterior în condiţii standardizate care să asigure relevanţă valorilor obţinute (lipsa insolării, lipsa
curenţilor de aer, evitarea radiaţiilor unor suprafeţe calde din apropierea elementului sensibil al
aparatului de măsură ş.a.).
Câmpul de temperaturi al aerului interior la nivelul pardoselii precum si câmpul de umidităţi relative
al aerului interior clădirii bisericii, măsurate la nivelul pardoselii sunt prezentate în graficele din
figurile 5.10. şi respectiv 5.11. de mai jos:
E S
N V
1
2
3
4
5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
19.5
20
20.5
21
21.5
22
19.5
20
20.5
21
21.5
22
1
2
3
4
5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
19.5
20
20.5
21
21.5
22
19.5
20
20.5
21
21.5
22
1
2
3
4
5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
19.5
20
20.5
21
21.5
22
19.5
20
20.5
21
21.5
22
Figura 5.10. Câmpul de temperaturi al aerului
interior clădirii bisericii, măsurate la nivelul
pardoselii
E S
N V
1
2
3
4
5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
72
74
76
78
80
82
84
86
72
74
76
78
80
82
84
86
1
2
3
4
5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
72
74
76
78
80
82
84
86
72
74
76
78
80
82
84
86
Figura 5.11. Câmpul de umidităţi relative al
aerului interior clădirii bisericii, măsurate la
nivelul pardoselii
Din analiza determinărilor de temperatură şi umiditate relativă a aerului interior rezultă
următoarele:
- valorile umidităţii relative a aerului interior sunt mai ridicate, fapt confirmat şi de constatările
directe privind aspectul suprafeţelor interioare şi senzaţia de disconfort;
- din corelarea graficelor de temperatură şi umiditate relativă a aerului interior se constată, în
general, că la valori ridicate de umiditate sunt asociate valori mici de temperatură;
- valorile ridicate ale umidităţii măsurate în interiorul bisericii, identifică acest parametru ca fiind
principalul factor de risc pentru degradarea monumentului analizat.
Deşi în multe domenii este suficientă analiza calitativă a imaginii termografice în cazul
nostru, aşa cum rezultă din lucrarea de faţă, este important să se cunoască valorile de temperatură în
diferite părţi (elemente) precise ale construcţiei. Este necesar un proces de prelucrare a imaginilor,
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
10
Ing. Georgiana MATACHE
astfel încât termografia să devină compatibilă cu imaginea vizibilă, realizând legătura între
dimensiunea fizică (geometrică) a obiectului şi informaţia termică.
Analiza imaginilor prezentului studiu experimental au condus la idea că prin prelucrarea
imaginilor preluate cu camera de termoviziune apar detalii invizibile, la început, pe imaginile iniţiale.
Studiul şi interpretarea imaginilor trebuie însă făcut la faţa locului împreună cu arhitectul şi
constructorul pentru care anumite detalii au relevanţă specială.
Principalele defecte puse în evidenţă prin termografie în infraroşu in urma cercetărilor
experimentale efectuate sunt menţionate in continuare:
- prezenţa umidităţii în exces în unii pereţi sau în unele elemente de construcţie ale
clădirii bisericii;
- zone în care s-au evindenţiat reparaţii locale realizate deficitar, cu utilizarea altor
materiale de construcţie decât cele originale sau aproapiate acestora;
- zone în care există goluri în pereţi, putând avea diverse cauze şi care aduc deficienţe
în comportarea la transferurile de căldură şi de umiditate a pereţilor;
- zone cu fisuri sau crăpături, mai mult sau mai puţin severe, generate de mişcări
seismice, produse de-a lungul timpului;
- exfolieri ale frescelor din interiorul bisericii;
- dezlipiri sau pierderi ale aderenţei straturilor de finisare datorate ciclurilor de
cristalizare – solubilizare ale sărurilor solubile în zonele respective;
- prezenţa posibilă a unor corpuri straine (lemn sau metal) în unele zone în care nu ar
trebui să existe discontinuităţi în materialele de construcţie.
Capitolul 6. Analiza teoretică şi experimentală a factorilor care influenţează precizia şi
acurateţea măsurărilor prin termografie în infraroşu
În investigaţiile prin termografie în infraroşu există mai mulţi factori care afectează si
perturbă măsurările de temperatură. Pentru a măsura cu precizie cu ajutorul unei camere de
termoviziune, este foarte important ca operatorul să fie conştient de faptul ca temperatura obiectului
nu este măsurată direct, ci indirect, prin radiaţia incidentă infraroşie, captată de un detector.
In acest capitol au fost evidenţiaţi cei mai importanţi factori de care trebuie ţinut cont în
măsurările termografice după cum urmează: măsura în care atmosfera și emisivitatea afectează
evaluarea, ce algoritmi utilizează camera de termoviziune pentru a compensa radiația care nu provine
de la obiect, ce caracteristici sunt necesare pentru ca instrumentul de măsurat să aibă un echilibru
între temperatura ambientală şi timp şi comportarea tuturor factorilor în funcţie de lungimea de bandă
sub care operează camera.
Capitolul 7. Analiza problematicii mentenanţei predictive a clădirilor de patrimoniu şi
elaborarea de elemente specifice în scopul conservării acestora
Activitatea de mentenanţă pentru clădirile de patrimoniu are drept scop prevenirea procesului
de degradare, adică acţionarea anticipată pentru eliminarea unui eveniment posibil si probabil.
În cazul clădirilor de patrimoniu se impune adaptarea tipului de mentenanţă predictivă în
scopul prelungirii duratei de viaţă a materialelor de construcţie, a componentelor şi elementelor de
construcţie şi a ansamblului clădirii. Acest tip de mentenanţă asigură cea mai bună conservabilitate
clădirilor de importanţă istorică. Astfel, se propune in figura 7.1., o schema de investigare şi
monitorizare a clădirilor de patrimoniu,
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
11
Ing. Georgiana MATACHE
structurată în 3 etape, orientate spre studiul caracteristicilor intrinseci ale clădirii, urmărindu-se
următoarele procese: inspecţia viziuală, analiza dinamică şi implementarea unui program de
monitorizare.
Inspecții vizuale
Analiza dinamică
Măsurări
Inves
tigar
ea ş
i m
onit
ori
zare
a cl
ădir
ii
Determinare tipologie
structură
Determinare geometrie
structură
Evaluare grad de degradare
Identificare fenomene
progresive
Elaborarea modelului de
calcul
Definirea caracteristicilor de
material
Stabilirea dimensiunii
discretizării
Definirea nodurilor /
legăturilor
Definirea condițiilor de
capăt
Definirea cazurilor de
încărcare
Definirea caracteristicilor
dinamice
Realizarea simulării statice
şi dinamice a structurii
De scurtă durată
De lungă durată
Temperatura
Umiditatea şi distribuția
ei
Intensitatea şi direcția
vântului
Înclinația clădirii
Monitorizarea crăpăturilor
(distribuție şi geometrie)
Determinarea gradului de
degradare al materialelor de
construcție
Determinarea frecvenței
naturale a construcției
Determinarea vibrației
construcției
Proprietățile fizice,
mecanice şi chimice ale
materialelor de
construcție
Determinarea rezistenței pe
trei probe
Monitorizarea
deplasărilor
Figura 7.1. Schema de investigare şi monitorizare a clădirilor de patrimoniu
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
12
Ing. Georgiana MATACHE
Capitolul 8. Elaborarea unui sistem de management al calităţii destinat mentenanţei şi
siguranţei clădirilor de patrimoniu
Cercetările experimentale efectuate şi prezentate anterior, cu utilizarea tehnicilor de
termografiere în infraroşu, în scopul identificării defectelor şi a evaluării stării clădirilor de
patrimoniu au pus în evidenţă, printre altele şi caracterul specific şi complex al deficienţelor şi
degradărilor unei clădiri istorice şi prin consecinţă al lucrărilor necesare pentru remedierea defectelor
şi restaurarea şi conservarea clădirii respective.
Plecând de la această constatare precum şi de la cerinţele speciale impuse mentenanţei şi
refacerii unei construcţii monument (conservarea valorilor arhitecturale, istorice şi culturale înglobate
în clădirea istorică respectivă, menajarea pe cât posibil şi păstrarea materialelor de construcţie ale
clădirii, asigurarea caracteristicilor necesare de rezistenţă şi de siguranţă ale construcţiei, asigurarea
unei calităţi în concordanţă cu standardele actuale ş.a.) am constatat că ar fi oportună şi utilă
elaborarea unui nou sistem de management al calităţii cu valenţe deosebite care să răspundă cât mai
bine cerinţelor speciale care ar trebui impuse atât lucrărilor de construcţii pentru refacerea şi
restaurarea clădirilor de patrimoniu cât şi activităţii de mentenanţă a acestora.
Noul sistem de management al calității, propus, denumit Analiza Riscurilor și Punctele
Critice de Control în Mentenanţa Construcțiilor, abreviat prin ARPCCMC, este o metodă de abordare
sistematică preventivă pentru realizarea punerii în siguranță a construcțiilor de patrimoniu şi care
identifică pericolele și riscurile neacţionării în timp util, riscuri ce pot cauza degradări majore
stricăciuni sau distrugeri și, în consecință, pot genera pericole, daune, pagube oamenilor, altor
organisme sau mediului înconjurător și care stabilește măsurile corective necesare reducerii acestor
riscuri până la un nivel sigur acceptat.
Esența acestei abordări sistematice preventive este aceea că noul sistem de management al
calității în construcții ARPCCMC se referă la prevenirea sau reducerea riscurilor pericolelor
degradării clădirilor de patrimoniu și nu doar la controle de rutină sau monitorizări. Noul sistem oferă o serie de avantaje după cum urmează:
- este o metodă preventivă de autocontrol prin care se asigură siguranța clădirilor de
patrimoniu;
- poate fi definit ca o arhivă de informaţii a clădirii valabilă în orice moment;
- permite o urmărire îndeaproape a investigaţiilor precum şi a lucrărilor de remediere;
- elimină incidente de anvergură şi avarii grave;
- demonstrează conformarea cu legislația în vigoare din domeniul specific al
construcțiilor;
- impune cerinţe de disciplină şi rigurozitate care să garanteze siguranța construcţiei.
Prin identificarea punctelor critice de control se urmăreşte evidențierea, controlul și eliminarea
efectelor pericolelor importante pentru siguranța construcției corelat cu specificul și caracteristicile
acesteia. De asemenea se urmăreste trasabilitate clădirii de patrimoniu, astfel încât, pe baza
documentelor, procedurilor și înregistrărilor, să se poată cunoaște oricând date despre istoricul
clădirii, aşa cum au fost ele obţinute. Principiile sistemului de management al calităţii, ARPCCMC, sunt prezentate în figura 8.1.
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
13
Ing. Georgiana MATACHE
ANALIZA RISCURILOR (AR)
PR
INC
IPIU
L S
IST
EM
UL
UI
AR
PC
CM
CIDENTIFICAREA PUNCTELOR CRITICE
DE CONTROL (PCC)
STABILIREA LIMITELOR CRITICE
PENTRU FIECARE PCC
STABILIREA SISTEMULUI DE
MONITORIZARE PENTRU FIECARE PCC
STABILIREA ACȚIUNILOR CORECTIVE
STABILIREA PROCEDURILOR DE
VERIFICARE A FUNCȚIONALITĂȚII
CORECTE A SISTEMULUI ARPCCMC
STABILIREA PROCEDURILOR DE
ÎNTOCMIRE, ÎNREGISTRARE ŞI
PĂSTRARE A DOCUMENTELOR
Fig. 8.1. Principiile Sistemului de management al calității ARPCCMC
PARTEA a III – a. Concluzii generale, contribuţii proprii şi valorificarea
rezultatelor cercetărilor efectuate
Capitolul 9. Concluzii generale
În urma studiilor documentare efectuate în prima parte a tezei de doctorat au rezultat o serie
de concluzii privind nivelul ştiinţific, tehnologic şi al realizărilor practice concrete în domeniul
măsurărilor prin termografie în infraroşu şi aplicarea acestora în domeniul ingineriei civile, mai ales
la clădirile de patrimoniu.
Conform Planului de Cercetare stabilit, în partea a doua a lucrării de doctorat s-au abordat şi
au fost efectuate cercetări experimentale privind măsurările prin termografie în infraroşu pentru
clădiri de patrimoniu fără sursă internă de căldură care au cuprins patru mari categorii de cercetări
experimentale şi analize teoretice şi anume: cercetări experimentale privind evidenţierea defectelor şi
aprecierea stării clădirilor de patrimoniu prin utilizarea termografiei în infraroşu, analiza teoretică şi
experimentală a factorilor care influenţează precizia şi acurateţea rezultatelor măsurărilor efectuate
prin termografie în infraroşu, analiza problematicii mentenanţei predictive a clădirilor de patrimoniu
şi elaborarea de elemente specifice în scopul conservării acestora şi respectiv elaboararea unui nou
sistem de management al calităţii destinat mentenanţei şi lucrărilor de restaurare şi conservare a
clădirilor de patrimoniu. Principalele concluzii ale cercetărilor experimentare sunt prezentate in mod
sintetic in continuare:
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
14
Ing. Georgiana MATACHE
Concluzii ale cercetărilor experimentale efectuate privind evidenţierea defectelor şi aprecierea
stării clădirilor de patrimoniu prin utilizarea termografiei în infraroşu
- măsurările, scanările termice şi înregistrarea câmpurilor de temperaturi ale suprafeţelor exterioare şi
interioare ale pereţilor şi ale altor elemente de construcţie ale clădirii Biserica cu Sfinţi din
Bucureşti, au evidenţiat faptul că se pot obţine informaţii utile şi relevante despre starea şi defectele
unei clădiri de patrimoniu prin utilizarea termografiei în infraroşu şi fără a utiliza surse de căldură
radiantă în interiorul spaţiilor din spatele pereţilor exteriori investigaţi.
Concluzii ale cercetărilor experimentale efectuate pentru determinarea câmpurilor de
temperaturi şi umidităţi relative ale aerului interior din clădirea Bisericii cu Sfinţi din Bucureşti
- din analiza graficelor cu câmpurile de temperaturi şi de umidităţi relative ale aerului se poate
constata că valorile mai mari de umiditate se corelează cu valorile mai mici de temperatură ale
aerului. Astfel, se evidenţieaza că, umiditatea excesivă din pereţii construcţiei şi implicit din aerul
din interiorul bisericii reprezintă unul dintre factori de risc cu efecte în degradarea şi scăderea
siguranţei clădirii Bisericii cu Sfinţi investigate.
Concluzii ale analizei teoretice şi experimentale a factorilor care influenţează precizia şi
acurateţea rezultatelor măsurărilor prin termografie în infraroşu
- în investigaţiile prin termografie în infraroşu există mai mulți factori care afectează şi perturbă
măsurările de temperatură dupa cum urmează: măsura în care atmosfera și emisivitatea afectează
evaluarea temperaturii, ce algoritmi utilizează camera de termoviziune pentru a compensa radiația
care nu provine de la obiect, caracteristicile instrumentului de măsurat pentru a avea un echilibru
între temperatura ambientală şi timp şi comportarea tuturor factorilor în funcţie de lungimea de
bandă sub care operează camera.
Concluzii ale analizei problematicii mentenanţei predictive a clădirilor de patrimoniu şi
elaborarea de elemente specifice în scopul conservării acestora:
- în elaborarea oricărui program de mentenanţă destinat clădirilor de patrimoniu este strict necesar să
se ţină seama de specificul şi particularităţile acestui tip de clădiri în raport cu celelalte deoarece ele
au o serie de elemente specifice. Astfel, este deosebit de utilă existenţa unui plan de mentenanţă
specific clădirilor de patrimoniu precum şi un sistem de monitorizare integrat acestuia, monitorizare
privită ca prima şi cea mai importantă componentă a planului de mentenanţă.
Concluzii privind noul sistem de management al calităţii elaborat pentru mentenanţa şi
siguranţa clădirilor de patrimoniu
- principalele avantaje ale implementării noului sistem de management al calităţii ARPCCMC sunt
următoarele:
este un sistem de management al calităţii specializat pentru mentenanţa şi siguranţa
clădirilor de patrimoniu;
impune cerinţele de disciplină şi de rigurozitate necesare asigurării calităţii şi siguranţei
construcţiei;
impune cerinţele de bune practici în activităţile de mentenanţă, restaurare, conservare şi
utilizare a clădirilor de patrimoniu;
este o metodă preventivă de autocontrol care asigură siguranţa clădirilor de patrimoniu;
generează o arhivă de informaţii a clădirii de patrimoniu.
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
15
Ing. Georgiana MATACHE
Capitolul 10. Contribuţii proprii şi valorificarea rezultatelor obţinute în urma
cercetărilor efectuate
In continuare se prezintă succint principalele contribuţii proprii rezultate în urma elaborării
tezei de doctorat:
- Realizarea unui consistent studiu documentar, bazat pe informaţii de date recente din literatura
de specialitate şi din alte surse, pe o serie de rezultate actuale ale cercetărilor stiinţifice privind
complexa problematică a măsurărilor prin termografie în infraroşu aplicabilă clădirilor de
patrimoniu.
- Efectuarea de experimentări sistematice privind evidenţierea defectelor şi aprecierea stării
cladirii Bisericii cu Sfinţi din Bucureşti prin utilizarea termografiei în infraroşu, pe suprafeţele
exterioare şi interioare, prelucrarea şi interpretarea rezultatelor obţinute şi formularea de concluzii
şi recomandări.
- Efectuarea de experimentări sistematice pentru determinarea câmpurilor de temperaturi şi
umidităţi relative ale aerului interior clădirii Bisericii cu Sfinţi din Bucureşti, prelucrarea şi
interpretarea datelor obţinute şi formularea de concluzii.
- Realizarea unei analize teoretice şi experimentale a factorilor care influenţează precizia şi
acurateţea rezultatelor măsurărilor prin termografie în infraroşu şi formularea de recomandări
utile.
- Realizarea unei analize a problematicii mentenanţei predictive a clădirilor de patrimoniu şi
stabilirea unor elemente specifice în scopul conservării acestora.
- Elaboararea unui sistem nou de management al calităţii destinat mentenanţei şi siguranţei
clădirilor de patrimoniu.
Ca directii viitoare de cercetare pot fi mentionate următoarele:
- elaborarea unui program de calcul automat care sa verifice măsurarile realizate precum şi
stabilirea unui scenariu de abordare in modelarea prin calcul (definirea modelului fizic, definirea
modelului matematic, stabilirea discretizării);
- elaborarea unor acţiuni specifice pentru creşterea gradului de încredere în rezultatele
măsurărilor prin termoviziune;
- adoptarea unor anumite standarde privind calificarea personalului;
- dezvoltarea unor proceduri de preluare a datelor şi de raportare, adecvate fiecărui tip de
construcţie inspectată;
- elaborarea unor termograme-standard de referinţă pentru clădirile inspectate prin demararea de
acţiuni specifice in scopul monitorizării mai multor clădiri de patrimoniu din Municipiul
Bucuresti cat si din ţară;
- elaborarea procedurilor operaţionale, incluzând: stabilirea procedurilor de control, definirea
condiţiilor de control, stabilirea listei cu principalele elemente/zone de inspectat; stabilirea
frecvenţei controalelor.
Capitolul 11. Lista lucrărilor elaborate, publicate sau comunicate în urma cercetărilor
efectuate în cadrul stagiului de doctorat
Diseminarea rezultatelor experimentale obţinute în cadrul tezei de doctorat a fost realizată
atât în cadrul conferinţelor şi simpozioanelor din domeniu, cât si in publicaţii de specialitate din ţară.
Contribuţii la studiul comportării clădirilor de patrimoniu prin termografiere în infraroşu si stabilirea unor
măsuri de mentenanţa
16
Ing. Georgiana MATACHE
Bibliografie selectiva
[1] Chapman A.J., - „Heat Transfer”, Macmillan, New York, 1984.
[2] Crişan, R. - „Zidăriile tradiţionale – Caracteristici şi procese de degradare specifice”, Ed.
I.A.I.M, Bucureşti, 1996.
[3] Dann, N and Cantell, T., – „Maintenance from philopsophy to practice”, Journal of Architectural
Conservation, Vol. 11 No. 1, 2005.
[4] Feilden, B. – „Conservation of historic building”, 3rd Edition, 2003.
[5] Feynman, R.P., - „Fizica Modernă”, volumele I-III, Ed.Tehnică, Bucureşti, 1969
[6] Friş S.E., şi Timoreva, A.V., - „Curs de Fizică generală”, Editura Tehnică, Bucureşti
[7] Ioniţă, L.D., - „Biserica cu Sfinţi”, B.O.R., Bucureşti, 1938.
[8] Levitt, J. – „Complete guide to preventive and predictive maintenance”, New York: Industrial
Press, Inc, 2003.
[9] Macchi G. - „Monitoring and diagnosis of monumental structures”, COMETT course. Pavia:
Monitoraggio e Indagini Non Distruttive di Strutture Monumentali, 1992.
[10] Machin G. and Chu B. – „High quality blackbody sources for infrared thermometry and
thermography between 40ºC and 1000ºC”, Imaging Science, Vol. 48, 2000.
[11] Machin G., Simpson R. and Broussely M. - „Calibration and validation of thermal imagers”,
Proceedings of Quantitative InfraRed Thermography, ed. B. Wiecek, Krakow, 2008.
[12] Madding R.P. – „Emissivity measurement and temperature correction accuracy
considerations”, Proceedings of the SPIE, Vol. 3700, 1999.
[13] Maldague, X.P.V, Moore, P. – „Nondestructive Testing Handbook- Infrared and Thermal
Testing”, 3rd Edition.
[14] Mihai, A., - „Termografia în infraroşu” -Editura Tehnică, Bucureşti 2005.
[15] Niculițã, L., Matache, G., - „Nou sistem de management al calităţii pentru siguranţa
construcţiilor, cu utilizarea analizei riscurilor şi a punctelor critice de control”, Calitatea Acces la
Succes, Vol. 14, Scientific Journal of Management Systems, Indexed in BDI: CNCSIS, categoria B+,
SCOPUS, EBSCO, PROQUEST and CABELL’S, 2013.
[16] Niculiţă M., Groll L., - „Consolidarea clădirilor de patrimoniu”, Ed. Societăţii Academice
’’Matei Teiu – Botez’’.
[17] Niculițã, L., - „Implementation of Integrated Management Systems (IMS)”, Quality - Access to
Success, 2012.
[18]***, Normativ privind comportarea în timp a construcţiilor, indicativ P100-1999.
[19]***, SR EN ISO 13187/2000 Performanţa termică a clădirilor. Detecţia calitativă a
neregularităţilor termice în anvelopa clădirilor. Metoda termografică.
[20]***, SR 13340 (1996) Examinări nedistructive. Termografie în infraroşu.