Consolidarea structurala cu fibre de carbon(colocviu metode de restaurare)

Pripasu Andrei an IV 2009-2010

Fibrele de carbon sunt materiale compozite inventate in a doua jumatate a secolului XX, mult timp punerea lor in practica fiind problematica, iar reteta producerii lor fiind in continua perfectionare. Fibrele de carbon au aparut ca inlocuitor pentru fibra de sticla ca armatura pentru o serie de materiale intrebuintate in multe domenii datorita proprietatilor lor: densitate mica, rezistenta chimica, rezistenta mecanica, usurime de a fi puse in opera si de a se mula pe orice forma. Principalul dezavantaj al fibrei de sticla este modulul lor de elasticitate relativ mare, ceea ce face ca o grinda din fibra de sticla sa se inconvoaie de patru ori mai mult decat una similara din otel. In restaurare, fibrele de carbon sunt folosite in consolidare prin placarea unor elemente structurale. Placarea cu tesaturi de fibre consta in aplicarea pe suprafata de zidarie, beton, lemn a unor structuri orientate caracterizate prin numarul de noduri pe centimetru patrat, dimensiunile si tipul ochiului. Trebuie mentionat faptul ca tesaturile sunt realizate din fibre continue. Acestea reprezinta structuri cu lungimi mari si sectiuni mici, care datorit ordonarii paralele a moleculelor sau a domeniilor cristaline au o bun rezistenta mecanica, precum si un grad mare de impermeabilitate. Liantii folositi sunt diferite rasini epoxidice ce adera la suprafata elementului consolidat si inglobeaza uniform tesatura de carbon. Aceste rasini trebuie sa fie suficient de rezistente si rigide pentru a transfera fortele intre placajul cu fibra de carbon si elementul protejat. Materialul rezultat CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) prezinta urmatoarele avantaje: este puternic, rezistent la atacul chimic al acizilor si al bazelor, este mai usor decat materialele pe baza de sticla, nemagnetic, etc. Unele materiale pe baza de carbon au rezistente de peste 3500 N/m2 de opt ori mai mult decat barele de otel de 60mm si cu o rigiditate comparabila cu cea a otelului. Exista si cateva dezavantaje. Carbonul, ca si otelul conduce electricitatea si poate deveni parte dintr-un lant al coroziunii otelului. Rasinile epoxidice aflate in componenta materialului isi pierd rezistenta la anumite temperaturi, chiar daca isi revin odata cu incetarea sursei de caldura. Prin urmare, consolidarea cu fibre de carbon este o masura suplimentara destinata asigurarii rezistentei la sarcini ocazionale cum sunt cutremurele, in cazul unui incendiu, structurile existente fiind necesar sa se poate autosustine un timp reglementat de functiunea pe care o adapostesc. La ora actuala materialele de tip CFRP capata o acceptare din ce in ce mai larga pe masura ce standardele de punere in opera incep sa apara. Avantajele folosirii in restaurare si reabilitare a materialelor pe baza de fibre de carbon sunt numeroase. Consolidarea cu fibre nu va trebui intervenit la elementele structurale decat la nivelul superficial al tencuielii, prin urmare nu este o metoda invaziva si poate fi in mare masura reversibila. In general nu este necesara abandonarea edificiului de catre cei care il ocupa (doar daca starea constructiei reprezinta un pericol), iar timpul necesar interventiei este mult mai scurt decat in cazul altor procedee alternative. Un aspect important atat pentru utilizatorii care nu trebuie sa se confrunte cu incomoditatea si costurile unei eventuale mutari! Timpul de punere in functiune a solutiei este redus. Volumul de lucrari de consolidare este minim ca si cel al lucrarilor de finisaj. CFRP asigura o greutate mica oferind aceleasi propietati structurale ca si fierul , otelul si betonul, doar cu mai putine probleme de proiectare , realizare si transport. Procedura de punere in opera a materialului necesita indeplinirea urmatoarelor conditii: Procesele de fisurare a elementului protejat sa fie stabilizat

Temperatura materialelor si a mediului ambiant sa se incadreze intre +15oC si +30 o C in perioada execurarii remedierii si minimum 7 zile dupa aceasta Umiditatea relativa a aerului de maximum 60% Suprafetele si uneltele cu care in in contact amestecurile pe baza de rasini epoxidice sa fie uscate Injectarea fisurilor cu rasini epoxidice se efectueaza dupa minimum 6 ore de la executia operatiilor pregatitoare Recipientii si uneltele se curata cu acetona dupa folosire Principalele operatii tehnologice necesare aplicarii tesaturilor din fibre sunt: Se indeparteaza tencuiala de pe elementul structural, acolo unde ea exista Se curata prin sablare sau cu peria de sarma suprafetele betonului si apoi acestea se sufla cu jet de aer comprimat pentru indepartarea prafului rezultat Se repara fisurile din elementele de zidarie, piata, beton cu deschiderea intre 0.5-5mm prin injectarea cu rasini epoxidice; Se amorseaza suprafata cu un prim strat de chit epoxidic pentru imbunatatirea aderentei tesaturii care se va aplica pe suprafata care se remediaza Se taie panza la dimensiuni calculate si se impregneaza cu rasina epoxidica Se aplica tesatura din fibre cu ajutorul unei role metalice Se aplica al doilea strat de chit epoxidic peste tesatura de fibre Se preseaza tesatura de fibre pe cele doua directii ale fibrelor in vederea elimiarii bulelor de aer si a chitului in exces Se aplica urmatorul strat de chit epoxidic peste care se asaza daca este cazul straturile urmatoare (1..3) din tesatura de fibre in mod similar primului strat Se finiseaza suprafata elementului remediat in cazul in care acesta este la vedere

Cateva exemple de astfel de lucrari. PONTE DELLE BELLE, VICENZA ITALIA Interventia de consolidare a podului a fost realizata pentru ca institutia in proprietatea careia se afla acesta a dorit si a avut nevoie sa mareasca rezistenta podului pentru a obtine o incadrare pentru un nivel superior de trafic. Interventia a fost proiectata si executata folosind fibra si benzi laminate de carbon.Traficul de pe pod a fost suspendat doar 3 zile.

BISERICA SANTA MARIA DELLAQUILA, ITALIA Bolta cilindrica din caramida a fost consolidata prin aplicarea unor benzi din fibra de carbon la intervale mici pe toata lungimea plafonului pivnitei.

Consolidarea boltii unui edificiu istoric din sec. XVIII APPIGNANO ITALIA . Reconsolidarea a fost proiectata si executata cu tehnica de ranfosare a boltii cu fibra de carbon aplicata atat in intrados cat si in extrados. Lucrarea a fost efectuata in 30 de zile.

Consolidarea unui stalp din piatra in cadrul restaurarii unei catedrale gotice Blocurile fisurate din piatra au fost umplute cu un chit pe baza de rasina epoxidica, iar stalpul a fost infasurat cu benzi din tesatura de fibra de carbn si finisat cu un strat de tencuiala de culoarea pietrei.

Bibliografie: 1. G.Ilinoiu, C. Budan, S.Feodor - Placarea Elementelor Structurale din Beton Armat cu Tesaturi din Fibre de Carbon rev. Tehnica si Tehnologie, nr 6 - 2003 2. http://ect.ro 3. A. Newman Structural renovation of buildings: methods, details, and design examples ed. McGraw-Hill - 2001