UNIVERSITATEA TEHNTCA "GHEORGHE ASACHI" DIN IA$I RECTORATUL Citre Vi facem cunoscut c5, in ziua de 06 septembrie 2019 la ora 12.00. in Sala de Consiliu 0.1, Corp R, de la Facultatea de Construclii si lnstalalii, Bdul. D Mangeron nr. 1 , va avea loc sus[inerea publici a tezei de doctorat intitulatS: " LOCUTNTE SOCIALE, EFICIENTE ENERGETIC CU IMPACT REDUS ASUPRA MEDIULUI" elaborati de domnul CADERE COSTIN ANDREIin vederea confeririititlului $tiintific de doctor. Comisia de doctorat este alcituiti din: 1,. Conf.univ.dr.ing.Ciocan Vasilici Universitatea Tehnica ,,Gheorghe Asachi" din lasi preSedinte 2. Prof.univ.dr.ing. Birbuld Marinela Universitatea Tehnica ,,Gheorghe Asachi" din lasi conducitor de doctorat 3. Prof.univ.dr.ing. Georgescu Dan Paul - Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti 4. Prof.univ.dr ing. Dan Daniel - Universitatea ,,POL|TEHNlCA" Timisoara 5. Prof.univ.dr.ing. Bliuc lrina - Universitatea Tehnica ,,Gheorghe Asachi" din lasi referent oficial referent oficial referent oficial Cu aceastd ocazie vI invitim sd participali la suslinerea publicd a tezei de doctorat. I RECTOR, Secretar yniversitate, rns.c,iv;#er / / ffia w W
61
Embed
Facultatea - doctorat.tuiasi.rodoctorat.tuiasi.ro/doc/SUSTINERI_TEZE/CI/Cadere... · n ciment, prin înlocuirea acestuia cu adaosuri din deşeuri sau diferite materiale puzzolanice.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
UNIVERSITATEA TEHNTCA "GHEORGHE ASACHI" DIN IA$I
RECTORATUL
Citre
Vi facem cunoscut c5, in ziua de 06 septembrie 2019 la ora 12.00. in Sala de Consiliu 0.1,
Corp R, de la Facultatea de Construclii si lnstalalii, Bdul. D Mangeron nr. 1 , va avea loc
sus[inerea publici a tezei de doctorat intitulatS:
" LOCUTNTE SOCIALE, EFICIENTE ENERGETIC CU IMPACT REDUS ASUPRA
MEDIULUI"
elaborati de domnul CADERE COSTIN ANDREIin vederea confeririititlului $tiintific de doctor.
Comisia de doctorat este alcituiti din:
1,. Conf.univ.dr.ing.Ciocan Vasilici Universitatea Tehnica ,,Gheorghe Asachi" din lasi preSedinte
2. Prof.univ.dr.ing. Birbuld Marinela Universitatea Tehnica ,,Gheorghe Asachi" din lasi conducitor de doctorat
3. Prof.univ.dr.ing. Georgescu Dan Paul - Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti
4. Prof.univ.dr ing. Dan Daniel - Universitatea ,,POL|TEHNlCA" Timisoara
5. Prof.univ.dr.ing. Bliuc lrina - Universitatea Tehnica ,,Gheorghe Asachi" din lasi
referent oficialreferent oficialreferent oficial
Cu aceastd ocazie vI invitim sd participali la suslinerea publicd a tezei de doctorat.
1.1 Cadrul general al cercetării ..................................................................................................................... 5
1.1.1 Locuințe sociale, evoluție și probleme actuale ............................................................................... 6
1.1.2 Reducerea cantitații de energie înglobată în materiale de construcție și utilizarea deșeurilor
4.6 Blocuri din beton cu goluri - tehnologia de turnare .............................................................................. 28
4.6.1 Realizarea blocurilor din beton ................................................................................................... 28
4.6.2 Comportarea blocurilor din beton cu granule de polistiren la compresiune .............................. 28
4.6.3 Simularea numerică a încercării la compresiune a blocurilor .................................................... 29
4.6.4 Concluzii asupra comportării blocurilor ..................................................................................... 30
Capitolul 5 | EFICIENȚA ENERGETICĂ A LOCUINȚELOR SOCIALE CARE UTILIZEAZĂ
BETONUL DE CIMENT CU CENUȘĂ DE TERMOCENTRALĂ ȘI GRANULE DE
POLISTIREN. STUDIU DE CAZ............................................................................................................31
5.1 Conductivitatea termică a betonului de ciment cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren ... 31
5.1.1 Determinarea experimentală a coeficientul de conductivitate termică, , în [W/m.K] ............... 32
5.2 Blocuri de beton cu goluri verticale pentru elemnete de anvelopă și caracteristicile termotehnice
rezultate prin simulare numerică ........................................................................................................... 32
5.3 Panouri pentru elemente de anvelopă din beton de ciment cu granule de polistiren............................. 36
5.4 Model de locuință socială ...................................................................................................................... 37
6.1 Concluzii finale ..................................................................................................................................... 51
4.2.3 Determinări asupra proprietăților de deformație ale betoanelor cu adaosuri
Caracteristicile de deformație, respectiv curba caracteristică și modulul de elasticitate
longitudinal al betonului cu cenușă și granule de polistiren ca înlocuitor de agregat au fost
determinate pentru betoanele de tip BCPOL 2, care conțin 10 % cenușă de termocentrală ca
înlocuitor de ciment și 40 % granule de polistiren ca înlocuitor al sortului de nisip 0 - 4 mm și
pentru betoanele de tip BCP3, care conțin 10 % cenușă de termocentrală ca înlocuitor de ciment și
60 % granule de polistiren ca înlocuitor al sortului de agregat 4 - 8 mm.
În vederea încercării la compresiune axială, cilindrii au fost echipaţi cu aparatura necesară
pentru determinarea deformaţiilor (LVDT-uri). Încărcarea s-a aplicat cu o creștere constantă
pentru a produce un efort între 2 N/mm2/s și 10 N/mm2/s până la cedarea epruvetei. Valoarea forţei
de compresiune a fost înregistrată de presă (s-a folosit presa de 100 tf din cadrul Facultăţii de
Construcţii şi Instalaţii).
▪ Concluzii
Curbele efort - deformație specifice determinate pentru cele două tipuri de betoane sunt
asemănătoare curbelor betoanelor obișnuite.
Modul de rupere al epruvetelor din beton cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren
ca înlocuitor de agregat, diferă față de modul de rupere al betoanelor tradiționale. Granulele de
polistiren influențează formarea fisurilor și modul lor de dezvoltare în masa epruvetei, cele mai
mari degradări fiind în general în zonele neomogene unde sunt concentrate mai multe granule de
polistiren. La rupere betonul cu polistiren prezintă o elasticitate pronunțată, fiind mai dificil de
distrus.
4.2.4 Determinarea modulului de elasticitate static la compresiune al betonului cu
cenușă de termocentrală și granule de polistiren
Standardul SREN 13412 [26] pentru determinarea modulului de elasticitate static la
compresiune al betonului prevede încărcarea în trepte a epruvetelor de tip cilindru, făcandu-se
măsurători ale deformaţiilor la treapta minimă de 0.5 σbmax şi la treapta maximă de 0.3 σbmax,
Determinare lui σb cu valoarea maximă se face pe cilindri care se supun unei încărcări axiale la
compresiune.
Epruvetele de formă cilindrică având dimensiuni de 100 x 200 mm au fost preparate și
păstrate conform standardelor timp de 28 zile pînă la efectuarea încercării. Încercarea se efectuază
pe trei probe. Proba se amplasează pe platanul presei și se aplică o încărcare corespunzătoare unui
efort de 0,5 N/mm2 și se înregistrează deformația. Se încarcă epruveta cu o rată constantă de (0,6
± 0,4) N/mm2/s până la valoarea de o treime din rezistența la compresiune. Se menține timp de 60
de secunde și se înregistrează citirile dispozitivului. Se repetă ciclul de încărcare - descărcare de
25
doua ori și se notează citirile la aparatele de măsură. Dacă diferența dintre cele doua citiri la fiecare
aparat nu depășește 5% se consideră că deformațiile s-au stabilizat, în caz contrar se repetă
operația. După stabilizarea deformațiilor se face prelucrarea datelor. Modulul de elasticitate pentru
fiecare probă se determină prin împărțirea Δσ (diferența de efort) la Δε (diferența de deformație la
compresiune).
Tabel nr. 4.3: Modulul de elasticitate al betonului BCPOL2 (BCPOL40)
BC POL2
Aria: 7853
Zona 1 Zona 2
Forța [kN]
Deplasare [mm]
Modul [MPa]
Forța [kN]
Deplasare [mm]
Modul [MPa]
Fmax [kN]
fc [MPa]
30.1 2.386 848.9
40.1 2.637 1384.6 73.10 9.31
22.4 2.155 31.2 2.416
Tabel nr. 4.4: Modulul de elasticitate al betonului BCP3 (BCPOLM60)
BC P3
Aria: 7853
Zona 1 Zona 2
Forța [kN]
Deplasare [mm]
Modul [MPa]
Forța [kN]
Deplasare [mm]
Modul [MPa]
Fmax [kN]
fc [MPa]
30.3 2.175 764.0
60.6 3.368 1279.0 68.60 8.74
22.5 1.915 51.3 3.118
Modulii de elasticitate determinați [27] [28] [26] pentru cele două tipuri de betoane
BCPOL2 și BCP3 au valori apropiate, deși diferă atât dozajul de agregat înlocuit, cât și
dimensiunea granulelor de polistiren. Valoarea modulului de elasticitate a fost mai mare în cazul
betonului la care s-a înlocuit 40% din nisip (BCPOL2).
4.3 Proprietățile de durabilitate ale betonului de ciment cu cenușă de termocentrală și
granule de polistiren
Pentru determinarea caracteristicilor de durabilitate s-a testat şi analizat rezistența la agenţi
chimici agresivi (coroziunea betonului) pentru epruvetele realizate din beton cu cenușă de
termocentrală și granule de polistiren ca înlocuitor de agregat, sorturile 0 - 4 mm și 4 - 8 mm, de
tip BCPOL40, E2 și E7.
26
Prin analiza experimentală se vor determina caracteristicile de durabilitate a materialelor
obținute, influența adaosului de granule din polistiren asupra materialului3 şi modul în care
proprietăţile materialelor se menţin în timp sub acţiunea factorilor de mediu.
4.3.1 Studiul influenţei agenţilor chimici asupra durabilităţii betonului cu granule din
polistiren (coroziunea betonului)
Procesul de încercare al probelor la coroziune accelerată s-a realizat prin introducerea
acestora în soluţie de hidroxid de potasiu (KOH) şi soluţie de acid clorhidric (HCl). Soluţia de
hidroxid de potasiu a fost utilizată în două concentraţii - KOH 30 g/l şi KOH 100 g/l, iar soluţia
de acid clorhidric în concentraţii de 3 % şi 18 %. Încercările pentru studierea rezistenţei
materialului la agenţii chimici4 au fost realizate pe două epruvete din fiecare reţetă de beton (E2 şi
BCPOL2) pentru fiecare concentraţie în parte .
Expunerea probelor de betonul cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren la
acțiunea accelerată a hidroxidului de potasiu (KOH) și a acidului clorhidric (HCl) a arătat
urmatoarele:
▪ probele supuse la acțiunea soluțiilor de KOH de 30 g/l și 100 g/l nu au prezentat degradări
vizibile, care să afecteze piatra de ciment, doar mici pierderi de masă datorită degradării
unui strat subțire de la suprafața probei;
▪ probele supuse la acțiunea soluției de HCl de 3 % nu au prezentat degradări vizibile, doar
o ușoară colorare a suprafeței și a granulelor de polistiren și mici pierderi de masă datorită
desprinderii unor granule de polistiren;
▪ probele supuse la acțiunea soluției de HCl de 18 % s-au caracterizat prin degradări
importante la nivelul pietrei de ciment care a fost distrusă prin macerare iar betonul a
devenit sfărâmicios;
▪ ţinând cont de de faptul că metoda de încercare este agresivă ca durată și concentrație, (12
zile şi concentraţii foarte mari ale agenţilor chimici: HCl şi KOH, de altfel foarte agresivi
chimic) putem aprecia că betonul cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren se
comportă bine la acțiunea agenților chimici;
▪ conform SR EN ISO 10545-13:2017 pentru soluţiile de HCl 3 % şi KOH 30 g/l (deci
concentraţi mici - L), betonul cu cenușă de termocentrală și granule de polistiren se
încadrează în clasa superioară LA(V), care prevede că nu există efecte vizibile. Pentru
soluţiile KOH 100 g/l (deci concentraţii mari - H), betonul cu cenușă de termocentrală și
3 Polistirenul expandat fiind neutru din punct de vedere chimic, prezinta urmatoarle însușiri: rezistență bună la săruri, apă, calcar,
bitum, soluții alcaline și acizi diluați. Este sensibil la agenți agresivi precum: acetone, izopropinat, benzene, toluene, etc. 4 Conform SR EN ISO 10545 – 13:2001, s-a considerat utilă studierea rezistenței materialului la agenții chimici cei mai agresivi,
în două concentrații diferite.
27
granule de polistiren se încadrează în clasa superioară HA(V), care prevede că nu există
efecte vizibile, iar pentru soluțiile de HCl 18 % l (deci concentraţii mari - H), betonul cu
cenușă de termocentrală și granule de polistiren se încadreaza în clasa HC(V) care prevede
pierderea parțială sau completă a aspectului original.
4.5.2 Determinarea rezistenței la îngheț-dezgheț (gelivitate)
Pentru determinarea rezistenței la îngheț-dezgheț a betoanelor experimentale cu granule de
polistiren folosite ca înlocuitor de agregat s-a folosit metoda distructivă. În acest scop au fost
confecționate epruvete de formă cubică cu latura de 100 mm confecționate în conformitate cu
SREN 12390-2/2002.
Pentru verificarea gradului de gelivitate G50 epruvetele sunt supuse la 50 cicluri de ingheț-
dezgheț, după care se determină rezistența la compresiune și se compară cu cea a martorului.
Table 4.5 Rezultatele încercărilor la îngheț-dezgheț
Proba Pierderea rezistenței la compresiune ƞ %
BCPOL40 14,38
BCPOLM60 17,74
E2 13,05
E7 3,18
În urma ciclurilor de îngheţ- dezgheţ betoanele cu cenușă de termocentrală și granule de
polistiren au suferit pierderi de rezistenţă la compresiune cuprinse între 3,18 % și 17,74 %, iar
înainte de încercarea la compresiune, epruvetele au fost examinate cu ochiul liber și nu s-au
constatat deformări, umflături, fisuri, crăpături, exfolieri sau delaminări. Toate probele prezintă o
bună comportare la îngheț - dezgheț, scăderea de rezistență la compresiune fiind pentru toate
tipurile de beton experimental sub 25 %. Gelivitatea betoanelor experimentale este G50.
4.5.3 Concluziile studiului experimental
Punerea în operă şi compactarea betonului cu adaos de polistiren este mai dificilă deoarece
tehnica uzuală de compactare prin vibrare nu funcţionează la fel de bine ca în cazul betoanelor
cu agregate grele [29] [30]. Acest aspect a fost observat şi în timpul realizării epruvetelor pentru
acest studiu experimental. Atunci când amestecul este vibrat prea mult, polistirenul, datorită
densităţii foarte mici, se ridică la suprafaţă, ceea ce conduce la un amestec neomogen.
Testele efectuate până acum sugerează că betonul de ciment cu adaos de agregate din
polistiren poate fi folosit cu succes în elemente de construcţie fără rol structural (pereţi de
compartimentare, panouri prefabricate pentru închideri exterioare sau sisteme modulare fixate pe
structuri auxiliare).
28
4.6 Blocuri din beton cu goluri - tehnologia de turnare
4.6.1 Realizarea blocurilor din beton
S-au turnat probe de blocuri cu următoarele rețete de betoane cu adaosuri: beton cu cenușă
de termocentrală folosită ca inlocuitor de ciment în proporție de 10 % si granule de polistiren care
înlocuiesc nisipul în proporție de 40 % (notat BCPOL40) și beton cu cenușă în același dozaj dar
sortul 4-8 mm a fost înlocuit cu granule de polistiren în proporție de 60 % (notat BCPOLM60).
Figura nr. 4.4: Forma în plan a cofrajului / vederea axonometrică a cofrajului pentru blocul cu
două goluri
4.6.2 Comportarea blocurilor din beton cu granule de polistiren la compresiune
În conformitate cu rezultatele din tabelul nr. 4.6, constatăm că cele mai ridicate valori ale
rezistențelor la compresiune s-au obținut pentru blocul cu două goluri din beton la care s-a
substituit agregatul sort 4 - 8 mm, BCPOLM60.
Blocul cu trei goluri din beton la care s-a substituit 40 % din agregatul sort 0 - 4 mm
(BCPOL40) a prezentat cea mai scăzută valoare a rezistenței la compresiune. In concordanță cu
indicativ GPE 102-04 [31] rezistența minimă la compresiune este de 7 N/mm2, condiție satisfacută
de blocurile cu două goluri din BCPOL40 și BCPOM60 și de blocul cu trei goluri din BCPOLM60.
Figura nr. 4.5: Forma în plan a cofrajului / vederea axonometrică a cofrajului pentru blocul
cu trei goluri
29
Prin comparație cu alte tipuri de blocuri, de exemplu cele din BCA (beton celular
autoclavizat) la care rezistența minimă este de 2.5 N/mm2, blocul cu trei goluri din BCPOL40 are
o rezistență la compresiune mai mare (6.27 N/mm2) și în consecință poate fi utilizat pentru
▪ 0.3357 – 0.625 W/mK în cazul pereților cu grosimea de 240 mm, pentru situația în care
golurile de aer sunt dispuse cu latura lungă paralel cu direcția fluxului termic;
▪ 0.3116 – 0.5441 W/mK în cazul pereților cu grosimea de 190 mm, pentru situația în care
golurile de aer sunt dispuse cu latura lungă paralel cu direcția fluxului termic;
▪ 0.2626 – 0.5428 W/mK în cazul pereților cu grosimea de 290 mm, pentru situația în care
golurile de aer sunt dispuse cu latura lungă perpendicular pe direcția fluxului termic;
▪ 0.2771 – 0.5872 W/mK în cazul pereților cu grosimea de 365 mm, pentru situația în care
golurile de aer sunt dispuse cu latura lungă perpendicular pe direcția fluxului termic.
Figura nr. 5.2: Liniile de flux termic pentru blocurile cu dimensiunile de 240 x 290 mm
a) Golurile dispuse paralel cu liniile de flux
b) Golurile dispuse perpendicular pe liniile de flux
În cazul blocurilor cu goluri verticale dispuse paralel cu fluxul termic, stratul de aer are
conductivitatea termică aproximativ egală6 cu cea a materialului și a fost calculată conform
normelor în vigoare având în vedere următoarele repere: grosimea stratului de aer, direcția și sensul
fluxului termic și valorile normate pentru rezistențele termice ale straturilor de aer neventilate.
Influența termică pozitivă pe care golurile de aer dispuse astfel ar trebui să o producă este mult
diminuată, ceea ce se reflectă și în imaginea liniilor de flux din figura 5.3.
Prin comparație, în cazul blocurilor cu goluri verticale umplute cu polistiren și dispuse
perpendicular pe flux, liniile de flux se îndesesc în dreptul nervurilor din beton și se răresc în
zonele cu polistiren.
Analizând variația rezultatelor în raport cu dimensiunile blocurilor și configurația lor, se
observă că rezistențele termice obținute utilizând materialul cu conductivitatea termică λ = 0.56
W/(m.K) sunt mai mari cu aproximativ 40 % decât cele care utilizeazaă materialul cu
conductivitatea termică cea mai ridicată λ = 1.17 W/(m.K)7 și cu aproximativ 20 % mai mari
raportat la conductivitatea termică medie λ = 0.92 W/(m.K).
6 În cazul golurilor cu grosimea /adâncimea de 110 si 160 mm. 7 Procentul enunțat este calculat prin comparația blocurilor de aceeași grosime, utilizând valorea cea mai mica și cea mai mare
pentru conductivitatea termică a materialului.
a) b)
36
Umplerea golurilor verticale de aer cu polistiren determină o reducere a conductivității
termice echivalente cu 9 – 22 % în cazul dispunerii golurilor cu latura lungă paralel cu direcția
fluxului termic și cu 18 – 27 % pentru situația în care golurile sunt dispuse cu latura lungă normal
pe direcția fluxului termic.
În baza datelor obținute prin simulare numerică și a evaluării caracteristicilor termotehnice
ale betonului, constatăm că din punct de vedere al eficienței termice, cele mai bune rezultate s-au
obținut pentru pereții cu grosimea de 365 mm, din blocuri cu goluri verticale umplute cu polistiren,
realizate conform rețetei BCPOL40. Aceste blocuri prezintă rezistențele termice cele mai ridicate
și implicit conductivitățile termice echivalente cele mai scăzute.
5.3 Panouri pentru elemente de anvelopă din beton de ciment cu granule de polistiren
Pentru valorificarea avantajelor oferite de prefabricare, constând în creşterea ritmului de
execuţie și a reducerii volumului de procese umede pe şantier, a fost propusă o variantă de realizare
a elementelor de anvelopă din elemente sub formă de panouri pline, cu structură omogenă,
configuraţia geometrică și dimensiunile acestora fiind prezentate în figura 5.3. Simularea numerică
realizată în cazul închiderilor din panouri omogene, analizează două tipuri de panouri, singura
diferență fiind grosimea acestora, 200 sau 250 mm.
Figura nr. 5.3: Configurația panourilor omogene prefabricate pentru pereți cu grosimea de 200
sau 250 mm, a) Vedere axonometrică panuri prefabricate, b) Vedere plană panou cu grosimea de
250 mm, c) Vedere plană panou cu grosimea de 200 mm.
a) c)
b)
37
Rezistenţa termică a panorurilor a fost determinată utilizând relația de calcul pentru
structurile omogene (tabel 5.4).
Panourile prefabricate din beton cu adaos de cenuşă de termocentrală și granule de
polistiren pot reprezenta o opțiune viabilă pentru realizarea închiderilor exterioare, în condiţiile
realizării în prealabil a structurii de rezistenţă pentru obiectivul propus. Analizând caracteristicile
mecanice (prezentate în capitolul anterior) pentru cele patru compoziții studiate, concluzionăm că
aceste tipuri de betoane pot fi utilizate doar împreună cu o structură dedicată care să asigure cerinţa
fundamentală de rezistenţă mecanică și stabilitate.
Tabel nr. 5.3: Rezistența termică a panourilor cu grosimea de 20 si 25 cm
Cod
Caracteristici panou
Grosime perete
mm
λ material
W/(m.K)
Rezistență termică
m2k/W
Închideri din panouri prefabricate
P1λ1 PANOU 60X300 200 0.56 0.3571
P2λ1 PANOU 60X300 250 0.56 0.4464
P1λ2 PANOU 60X300 200 0.92 0.2174
P2λ2 PANOU 60X300 250 0.92 0.2717
P1λ3 PANOU 60X300 200 1.17 0.1709
P2λ3 PANOU 60X300 250 1.17 0.2137
Modelarea numerică prezentată are ca obiectiv identificarea și validarea celor mai eficiente
soluţii din punctul de vedere al eficienţei termice. Astfel, conform rezultatelor prezentate în tabelul
5.3 coroborat cu rezultatele obţinute pentru blocurile de mici dimensiuni, putem formula
următoarele concluzii:
▪ pentru panourile cu grosimea de 250 mm s-au obţinut rezistenţe termice superioare
panourilor cu grosimea de 200 mm;
▪ rezisteţele termice obținute pentru materialul cu λ = 0.56 W/(m.K) sunt mai mari cu
aproximativ 50%, prin comparație cu materialul cu λ = 1.17 W/(m.K);
▪ din punct de vedere al eficienţei termoenergetice, prin comparaţie între blocurile din beton
și panourile prefabricate din beton, rezultatele mai bune au fost înregistrate în cazul
blocurilor.
5.4 Model de locuință socială
Au fost studiate mai multe modele de locuinţe sociale care răspund unor cerinţe minime de
funcționalitate, confort, costuri de execuţie si eficienţă energetică. Unităţile de locuit realizate
dintr-un modul complet sau din semimodule pot fi dezvoltate pe un singur nivel sau pot fi de tip
duplex, triplex şi prezintă caracteristici geometrice similare.
Posibilități de realizare a locuințelor sociale:
Structuri modulare din elemnete tip tunel sau container;
38
Structuri semi-prefabricate din elemente liniare pentru fundații, stâlpi, grinzi și panouri
pentru planșee. Inchiderile exteiroare pot fi din blocuri mari prefabricate sau blocuri mici de beton
cu cenusa si polistiren.
Structurile prefabricate sunt alcătuite în totalitate din elemente prefabricate, închiderile
fiind realizate din semipanouri sau panouri mari de tip sandwich din beton ușor cu polistiren. La
realizarea pereților din panouri prefabricate modul de îmbinare poate fi de tip lambă și uluc, iar
fixarea de elementele structurale (grinzi de fundații, stâlpi și grinzi superioare) cu ajutorul unor
platbande metalice si sudură să asigure conlucrarea spațială a structurii.
5.4.1 Configurații studiate
Figura nr. 5.4: Module utilizate pentru realizare partiurilor de locuințe sociale
a) Modul M1 3,20 x 7,95 x 3,00 m (modul tip container);
b) Modul M2 (sau semimodul) 3,80 x 2,70 x 3,20 m.
În cadrul tezei s-a studiat posibilitatea realizării locuințelor sociale în sistem semi
prefabricat.
Pentru realizarea locuinţelor și alegerea unei soluţii pentru studiul de caz s-au propus două
module de bază cu dimensiunile în plan de 3,20 x 7,95 mp (modul M1), respectiv 2,70 x 3,80 m
(modul M2), figura nr. 5.4. Dimensiunile propuse pentru cele două module se încadrează în
gabaritul maxim admis fară acorduri speciale de transport (nu sunt transporturi agabaritice) și în
același timp asigură posibilitatea utilizării unor blocuri de dimensiuni reduse fară pierderi sau
incompatibilități de încadrare.
a) M1 b) M2
39
▪ Unități de locuit realizate cu modulul M1
Figura nr. 5.5 Configurații de locuințe realizate utilizând modulul M1, tip container
a) Un modul M1, locuință cu o singură cameră;
b) Două module tip M1 cuplate, locuință cu trei camere;
c) Două module tip M1 cuplate, locuință cu două camere, varianta 1;
d) Două module tip M1 cuplate, locuință cu două camere, varianta 2;
▪ Unități de locuit realizate cu modulul M2
Figura nr. 5.6: Partiuri de locuințe realizate utilizând modulul M2, element structural tip tunel
a) Cinci module tip M2, locuință cu două camere, varianta 1;
b) Cinci module tip M2, locuință cu două camere, varianta 2;
c) Șase module M2, locuință cu trei camere – studiu de caz pentru calculul necesarului de caldura
pentru încalzire și necesarul specific anual;
a) b) c) d)
a) b) c)
40
5.4.2 Descrierea funcțională, structurală și alcătuirea modelului ales pentru studiul de
caz
Modul de organizare al locuinţei alese pentru studiu de caz este subordonat, pe de o parte
criteriilor specifice construcţiilor modulare sau prefabricate și, pe de altă parte, este condiţionat de
aspecte care privesc eficienţa economică (eficienţa în utilizarea materialelor și utilizarea spaţiilor).
Configuraţia geometrică a planului funţional propus este rezultatul alăturării unor module
cu dimensiunile generale de 2.70 x 3.80 m. Modelul de locuință analizat are suprafață utilă de
51,97 m2.
Descrierea funcțională a locuinţei: hol de acces cu suprafața de 4.20 m2, bucătărie cu
suprafața de 7.00 m2, living cu aria de 14.96 m2, hol distribuție cu suprafața de 1.97 m2, baie cu
suprafața de 3.52 m2, dormitor 1 cu suprafața de 8.84 m2, dormitor 2 cu suprafața de 11.48 m2.
Din analiza datelor referitoare la rezistența termică a zidăriilor din blocuri cu goluri și a
panourilor de pereti, se constată că nicio variantă de perete nu satisface condițiile actuale de
rezistență termică minimă necesară reglementată în România (tabelul 5.4) și cu atât mai puțin cele
rezultate din condițiile nZEB.
Tabel nr. 5.4: Extras din Ordinul 2641/2017 privind modificarea și completarea reglementării
tehnice “Metodologie de calcul a performanței energetice a clădirilor” – Rezistențe termice
corectate minime (valori normate)
Element anvelopa Rezistente termice minime
(regelmentari actuale)
[m2K/W]
Rezistente termice nZEB
(propunere la nivel 2020)
[m2K/W]
Pereti exteriori 1,80 2,50
Tamplarie exterioara 0,77 0,9
Plansee peste ultimul nivel 5,00 7,00
Placi pe sol 4,50 4,50
În aceste condiții este necesară introducerea unui material termoizolator în structura
peretelui exterior. Pentru studiul de caz s-a considerat peretele exterior alcătuit din blocuri cu
goluri umplute sau nu cu polistiren și strat termoizolator de 50 mm și de 100 mm din vată minerală,
la care se adaugă finisajele specifice pentru interior și exteior.
5.4.3 Închideri verticale care utilizează blocuri sau panouri din beton cu polistiren
Conform nomativului C107/2005, prin alegerea materialelor de construcții pentru închideri
exterioare, în vederea obținerii unei construcții eficiente din punct de vedere termoenergtic, se
urmărește:
▪ rezistențe termice mai mari decât valorile minime normate pentru economisirea energiei
în etapa de utilizare a construcției și asigurarea unui mediiu interior sănătos și confortabil;
▪ evitarea condensării vaporilor de apă pe suprafața interioară a elementelor de construcție;
41
Stratificația elementelor de construcție utilizate pentru pereții exteriori analizați în studiul
de caz este următoarea: tencuială decorativă pentru exterior, masă de șpaclu și plasa din fibră de
sticlă înglobată, vată minerală bazaltică pentru fațadă de 50 mm sau 100 mm grosime, adeziv
pentru vată minerală, zidărie din blocuri de beton cu polistiren, tencuială interioară pe bază de
ciment.
Figura nr. 5.7: Tipuri de pereți analizați cu termoizolație din vată minerală de 50 sau 100 mm
grosime - a) perete din blocuri de 190 mm grosime cu goluri verticale umplute cu polistiren, a’)
Idem, goluri verticale cu aer, b) perete din blocuri de 240 mm grosime cu goluri verticale umplute
cu polistiren , b’) Idem, goluri verticale cu aer, c) perete din blocuri de 290 mm grosime cu goluri
verticale umplute cu polistiren, c’) Idem, goluri verticale cu aer, d) perete din blocuri de 365 mm
grosime cu goluri verticale umplute cu polistiren, d’) Idem, goluri verticale cu aer.
În figură 5.7 sunt reprezentate grafic tipurile de pereți care pot fi alcătuiți utilizând blocurile
de beton cu granule din polistiren analizate în cadrul cercetării experimentale. Golurile verticale
a)
b)
c)
d)
a')
b')
c')
d')
42
(dispuse paralel sau normal cu fluxul termic) au fost umplute cu material termoizolator, polistiren
sub formă de cofraj pierdut, în cazul pereților din coloana stângă (a, b, c și d) și au fost lăsate libere
în cazul pereților din dreapta (a’, b’, c’, d’). În ceea ce privește grosimea pereților rezultați, factorii
care influențează acest parametru sunt: dimensiunile blocurilor folosite, modul de alcătuire al
peretelui (mai exact dispunerea blocurilor) și grosimea stratului termoizolator (50 sau 100 mm de
vata minerală).
Analizând valorile rezistenţelor termice centralizate în tabelele 5.5 și 5.6 observăm că tipul
de perete d) din figura 5.12 (B7λ1 , B7λ2 , B7λ3 - conform tabelelor) realizat din blocuri de beton
având compoziția specifică rețetei BCPOL40 prezintă valoarea cea mai ridicată în ambele situații
(perete termoizolat cu vată minerală de 50 mm sau 100 mm). Dezavantajul major al acestui tip de
perete îl reprezintă grosimea mare care determină încărcări mari în calculul modelului structural
și mai important, diminuarea suprafețelor utile ale locuinţei.
Rezistențele termice prezentate în tabelul 5.5 relevă faptul că valorile impuse de norme sunt
satisfăcute în situaţia termoizolării pereţilor cu 50 mm de vată minerală bazaltică, doar în cazul
pereților din blocurile B3λ1 și B7λ1, unde materialul utilizat la confecţionarea blocurilor are
conductivitatea termică cea mai scăzută.
Valori foarte bune s-au obţinut pentru pereţii de tip c) din figura 5.7, în ambele cazuri
analizate. Pe lângă rezistența termică foarte bună pereţii tip B3λ1 sau b) prezintă şi avantajul unui
raport foarte bun între eficiența în consumul materialelor, eficienta termică şi confortul asigurat de
suprafaţa utilă optimă a locuinţei.
Tabel nr. 5.5: Rezistențele termice specifice pentru pereții locuinței studiate, termoizolați cu 50
mm de vată minerală (λ = 0.56 , λ = 0.92 si λ = 1.17 W/(m.K) )
Cod
λ1
Rezistența termică
perete [m2k/W]
Cod
λ2
Rezistență termică
perete [m2k/W]
Cod
λ3
Rezistența termică
perete [m2k/W]
Rezistențe termice închideri exterioare – pereți termoizolați cu 50 mm vată minerală
B1λ1 1.6283 B1λ2 1.4538 B1λ3 1.3951
B2λ1 1.4976 B2λ2 1.3927 B2λ3 1.3537
B3λ1 1.9514 B3λ2 1.6822 B3λ3 1.5846
B4λ1 1.7032 B4λ2 1.5389 B4λ3 1.4783
B5λ1 1.5409 B5λ2 1.3992 B5λ3 1.3520
B6λ1 1.4517 B6λ2 1.3589 B6λ3 1.3248
B7λ1 2.1279 B7λ2 1.7812 B7λ3 1.6580
B8λ1 1.8438 B8λ2 1.6302 B8λ3 1.5509
P1λ1 1.3313 P1λ2 1.2154 P1λ3 1.1768
P2λ1 1.4054 P2λ2 1.2604 P2λ3 1.2123
Majorând grosimea stratului termoizolator la 10 cm, condiția de rezistență minimă necesară
este îndeplinită pentru toate tipurile de blocuri, conform datelor din tabelul 5.5, cea mai mare
valoare obținându-se în cazul peretelui cod B7λ1, respectiv pentru peretele din blocuri de beton de
43
365 mm grosime, din betonul cu conductivitatea termică λ = 0.56 W/(m.K), cu golurile dispuse
normal pe fluxul termic, umplute cu polistiren. Astfel, se observă aportul pe care suplimentarea
termoizolației cu înca 50 mm o are în calculul rezistențelor termice pentru pereți. În tabelul 5.6
putem identifica șapte tipuri de pereți care îndeplinesc și condițiile ce urmează a intra în vigoare
până în anul 2020, rezistența termică > 2,50 m2k/W.
Tabel nr. 5.6: Rezistențele termice specifice pentru pereții locuinței studiate, termoizolați cu 100
mm de vată minerală (λ = 0.56 , λ = 0.92 si λ = 1.17 W/(m.K) )
Cod
λ1
Rezistența termică
perete [m2k/W]
Cod
λ2
Rezistență termică
perete [m2k/W]
Cod
λ3
Rezistența termică
perete [m2k/W]
Rezistențe termice închideri exterioare – pereți termoizolați cu 100 mm vată minerală
B1λ1 2.4929 B1λ2 2.3184 B1λ3 2.2597
B2λ1 2.3622 B2λ2 2.2573 B2λ3 2.2182
B3λ1 2.8160 B3λ2 2.5468 B3λ3 2.4492
B4λ1 2.5678 B4λ2 2.4035 B4λ3 2.3429
B5λ1 2.4055 B5λ2 2.2638 B5λ3 2.2166
B6λ1 2.3163 B6λ2 2.2235 B6λ3 2.1894
B7λ1 2.9925 B7λ2 2.6458 B7λ3 2.5227
B8λ1 2.7084 B8λ2 2.4948 B8λ3 2.4154
P1λ1 2.1959 P1λ2 2.0800 P1λ3 2.0414
P2λ1 2.2700 P2λ2 2.1250 P2λ3 2.0769
5.4.4 Influența punților termice asupra rezistențelor termice a pereților. Verificarea
riscului de condens
Comportarea elementelor de închidere la transferul de caldură este influențată de prezența
punților termice. Acestea sunt generate de discontinuități fizice sau geometrice caracterizate prin
intensificarea fenomenului de transfer, respectiv prin scăderea temperaturii superficiale și anumite
Astfel, pentru pereții cod B3λ1, B4λ1 (pereți din blocuri de 290 mm, cu goluri verticale umpute
sau nu cu polistiren), respectiv B7λ1, B8λ1, B7λ2 (pereți din blocuri de 365 mm) s-au obținut în
urma simulărilor numerice, valori ale necesarului specific anual sub valoarea de q inc = 70
[KWh/m2.an].
Tabel nr. 5.9: Necesarul de energie pentru încălzire, pereți termoizolați cu 100 mm vată minerală
(λ material 0.56 W/(mK))
Cod
Rezistența termică
m2k/W
Necesarul de căldură
Q [W]
Necesarul specific anual
q inc [KWh/m2.an]
B1λ1 2.4929 3672.2 70.62
B2λ1 2.3622 3734.1 71.81
B3λ1 2.8160 3543.7 68.15
B4λ1 2.5678 3639.5 69.99
B5λ1 2.4055 3712.8 71.40
B6λ1 2.3163 3757.5 72.26
B7λ1 2.9925 3485.3 67.03
B8λ1 2.7084 3583.1 68.91
P1λ1 2.1959 3823.6 73.53
P2λ1 2.2700 3782.1 72.73
Grafic nr. 5.2: Influența suplimentării termoizolației asupra necesarului de căldură, în cazul
închiderilor realizate din blocuri cu λ material = 0.56 W/(mK)
În graficul 5.2 sunt prezentate comparativ valorile obținute pentru pereți de același tip, care
utilizează același material (rețeta BCPOL40), diferența fiind dată de grosimea termoizolație
aplicate pe fața exterioară a peretelui, 50 sau 100 mm. Suplimentarea termoizolației cu 50 de mm
conduce la o reducere a necesarului de energie pentru încalzire cuprinsă între 13-17 %.
4.2
66
4.4
17
3.9
83
4.1
91
4.3
64
4.4
75
3.8
64
4.0
66
4.6
49
4.5
39
3.6
72
3.7
34
3.5
44
3.6
40
3.7
13
3.7
58
3.4
85
3.5
83
3.8
24
3.7
82
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
B1λ1 B1λ2 B1λ3 B1λ4 B1λ5 B1λ6 B1λ7 B1λ8 P1λ1 P2λ1
termoizolație 50 mm termoziolație 100 mm
49
5.6 Concluzii cu privire la eficiența termoenergetică a închiderilor din beton cu polistiren
pentru locuințe sociale
Realizarea locuințelor sociale implică, pe lângă satisfacerea cerințelor esențiale specifice
clădirilor și îndeplinirea unor criterii de ordin economic referitoare la costurile materialelor,
tehnologia de execuție și, nu în ultimul rând, eficiența energetică, aspect care influențează
semnificativ costurile de exploatare. Betonul de ciment cu cenușă de termocentrală și granule de
polistiren răspunde acestor criterii, fiind un material ieftin care înglobează deșeuri și produse
rezultate din arderea combustibililor fosili. Poate fi utilizat la realizarea unor materiale de
construcții sub formă de blocuri sau panouri de dimensiuni reduse, cu caracteristici termice
superioare în raport cu produse tradiționale similare, care pot fi folosite drept componente ale
elementelor de anvelopă.
Caracteristicile termotehnice, respectiv conductivitatea termică a blocurilor din beton cu
cenușă de termocentrală și granule de polistiren, depind de: configurația geometrică și
dimensiunile acestora, de conductivitatea termică a betonului care constituie scheletul solid al
blocului, de materialul cu care sunt umplute golurile (aer sau material izolant) precum și de direcția
fluxului termic în raport cu poziția golurilor.
Conductivitatea termică pentru diferite tipuri de blocuri, obtinută prin simulări numerice
prezintă valori situate în intervalul 0,2626 W/m.K și 0,625 W/m.K, superioare celor caracteristice
blocurilor ceramice pentru zidării și comparabile cu cele ale blocurilor din BCA. Cea mai bună
performanță din punct de vedere energetic o prezintă blocurile de dimensiuni 365 x 190 mm, cu
golurile umplute cu polistiren dispuse cu latura lungă normal pe direcția fluxului termic, cod B7λ1.
Din punct de vedere al eficienței în executie, acest tip de perete prezintă două dezavantaje
importante: un consum ridicat de blocuri pentru realizarea închiderilor datorită dispunerii / zidirii
acestora cu latura scurtă spre interior / exterior și grosimea mare a pereților (365 mm – fara
termoizolație și finisaje) în detrimentul spaţiilor utile ale locuinței.
Panourile de dimensiuni reduse pentru pereţi prezintă caracteristici de eficiență energetică
inferioare blocurilor, dar prezintă avantajul unei execuții mai simple și mai rapide, reducându-se
în felul acesta costul lucrărilor.
Nivelurile de performanţă prevăzute de normele actuale pentru pereții exteriori nu pot fi
atinse pentru soluțiile de pereți executați exclusiv din blocuri sau panouri din beton de ciment cu
cenușa de termocentrală și polistiren, un strat suplimentar din material izolant impunându-se ca
absolut necesar. Analiza efectuată pentru diferite variante de alcătuire constând din zidarie din
blocuri sau panouri asociată cu un strat termoizolant în grosime de 5 sau 10 cm a evidențiat ca
50
optimă structura compusă din blocuri de 240 x 290 mm, cu goluri umplute cu polistiren dispuse
normal pe fluxul termic și strat termoizolant de 10 cm grosime.
În vederea analizării eficienţei energetice a materialelor și produselor studiate au fost
propuse două module de locuințe economice sub aspectul amprentei la sol, care pot fi folosite
pentru realizarea de locuințe sociale în sistem duplex sau triplex.
Un studiu de caz efectuat pe un asemenea model, ale carui elemente de închidere sunt
prevăzute a fi executate cu diferite alcătuiri analizate în lucrare, conduce la concluzia că aceste
module realizate cu elemente de închidere verticale din blocuri sau panourile studiate prezintă
valori ale necesarului de energie pentru exploatare mai mici de 100 kWh/m2an, ceea ce corespunde
cerințelor derivate din Directiva Europeană privind eficiența energetică a clădirilor.
Simularea câmpului termic plan în zonele de punte termică a permis determinarea valorilor
transmitanței termice liniare pentru tipurile de punți caracteristice și utilizarea acestora pentru
determinarea rezistențelor termice corectate. Se constată deasemenea, că pentru situația cea mai
defavorabilă (punte termică verticală – colţ ieșind) nu apare risc de condens superficial, valorile
minime de temperatură fiind superioare temperaturii punctului de rouă, iar valoarea factorului
temperaturii superficiale fiind mai mare de 0,8.
Este posibilă chiar satisfacerea în viitor a criteriilor nZEB dacă se apelează la sisteme de
valorificare a surselor regenerabile de energie sub formă de panouri solare, fotovoltaice, biomasă
etc.
51
Capitolul 6 | CONCLUZII, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI DIRECȚII
VIITOARE DE CERCETARE
6.1 Concluzii finale
Concluziile care se desprind din cuprinsul lucrării, funcţie de aspectele relevante la care se
referă, pot fi grupate după cum urmează:
6.1.1 Locuința socială, caracteristici, tendințe
Locuința socială este o locuinţă de care pot beneficia în regim de închiriere persoane sau
familii a căror situaţie economică nu le permite accesul la o locuinţă în proprietate sau închirierea
unei locuinţe în condiţiile pieţei. Sunt incluse în aceasta categorie locuinţele dezvoltate de către
stat prin fonduri guvernamentale, agenţii, grupuri comunitare sau firme şi organizaţii nonprofit
prin fonduri neguvernamentale, ca aplicare a unor măsuri de protecţie socială.
Pentru a răspunde prin mijloace eficiente la cerința tot mai mare de locuințe sociale, trebuie
identificate prin cercetări extinse posibilele tendințe din mediul social (sărăcie, migrația), precum
și mijloacele de realizare, respectiv resursele materiale, cheltuielile de proiectare și execuție,
costurile de exploatare și impactul asupra mediului.
După intrarea în vigoare a Tratatului de la Lisabona, Carta fundamentală a drepturilor,
inclusiv dreptul la ajutor pentru locuințe a devenit parte a politicilor juridice al UE, urmărind
atingerea următoarelor obiective8:
▪ creşterea ofertei de locuinţe la preţuri accesibile;
▪ consolidarea coeziunii sociale în ceea ce priveşte statutul socio-economic al populaţiei.
Dar, deşi toate statele membre ale UE susţin politicile referitoare la "accesul la locuinţe
confortabile şi accesibile din punct de vedere economic este un drept şi o necesitate
fundamentală"9, statisticile indică faptul că aproximativ 3 milioane oamenii din Europa nu au acces
la locuințe care să asigure condiţiile minime de confort.
Atingerea acestor obiective este posibilă numai printr-o abordare complexă a problematicii
locuințelor sociale, integrând:
▪ proiectarea pe bază de modulare care să permită un anumit grad de repetitivitate și
flexibilitate a partiului pentru a răspunde diversităţii cerintelor, evitându-se în acelaşi timp
8 IZA – Institute for the Study of Labor, Braga, M., Palvarini, P., Social Housing in the EU, Directorate General For internal
Policies, Policy Department A: Economic and Scientific Policy, European Parliament 9 Directorate General for Employment, Social Affairs and Equal Opportunities Units E2 and E4, Joint Report on Social Protection
and Social Inclusion 2010, European Commission, 2010.
52
aspectul monoton și tern caracteristic blocurilor de locuințe minimale din perioada
anterioară;
▪ reducerea costurilor de execuţie prin utilizarea unor materiale ieftine și a unor tehnologii
adecvate, un anumit nivel de prefabricare fiind absolut necesar.
6.1.2 Materiale și tehnologii cu impact minim asupra mediului
Transpunerea în practică a obiectivelor vizând realizarea locuințelor sociale la nivel
european și național poate fi realizată numai ţinând cont de principiile conţinute în conceptul de
Dezvoltare Durabilă care presupune considerarea tuturor aspectelor vizând conservarea și protecția
mediului, de la utilizarea rațională a resurselor naturale, la reducerea emisiilor de gaze cu efect de
seră și la gestionarea deşeurilor.
În acest context, utilizarea deşeurilor reciclabile la realizarea unor materiale de construcții
oferă un triplu avantaj constând în reducerea costurilor, reducerea consumului de energie
înglobată, eliberarea unor suprafeţe importante de teren care servesc ca locuri de depozitare a unor
deșeuri industriale, cum este cenușa de termocentrală.
Un material care satisface aceste condiții este betonul de ciment cu cenuşă de termocentrală
și granule de polistiren, analizat în cadrul tezei din punct de vedere al comportării la acțiuni
mecanice și la transferul de căldură.
Determinarea caracteristicilor mecanice ale betonului de ciment cu cenuşă de termocentrală
și granule de polistiren au fost efectuate pe probe prismatice cu dimensiunile de 100 x 100 x 550
mm, cuburi cu dimensiunile de 150 x 150 x 150 mm și cilindri cu diametrul de 100 mm şi înălţimea
de 200 mm. Încercărilor experimentale au avut ca scop determinarea rezistentelor mecanice şi
aprecierea comportării betonului la diferite solicitări. Toate etapele cercetării experimentale
(pregătirea eșantioanelor, prepararea betonului, păstrarea, turnarea și încercarea probelor) s-au
făcut respectând stasurile şi normativele în vigoare.
Încercărilor s-au efectua cu scopul de a identifica rezistențele mecanice convenționale
pentru rețetele propuse:
▪ rezistența la compresiune – principalul criteriu de calitate al betonului
▪ rezistenţa la întindere din încovoiere;
▪ rezistenţa la întindere prin despicare;
▪ și densitatea materialului.
Rezultatele obținute în urma prelucrării statistice a valorilor obținute prin determinări
experimentale au relevat domeniul de aplicabilitate al materialului. Acesta poate fi utilizat cu
succes în elemente de construcție nestructurale.
53
Analiza de tip cantitativ a avut ca scop optimizarea reţetei de beton și a fost efectuată pe
baza unei regresii liniare. Prin utilizarea acestei metodologii am urmărit identificarea unor rețete
de beton de ciment cu agregate din granule de polistiren care să aibă o rezistența mecanică la
compresiune cât mai apropiată de valoarea de 20 mpa.
Încercările de durabilitate ale betonului de ciment cu cenușă de termocentrală și granule de
polistiren au vizat testarea probelor identificate ca fiind eficiente din punct de vedere al
rezistențelor mecanice, la acțiunea agenților chimici agresivi. Studiul coroziunii betonului are rolul
de a evidenția felul în care materialul își menține caracteristicile, sub acţiunea factorilor de mediu.
În cazul de fața apreciem că betonul cu cenușa şi granule de polistiren se comportă bine sub
acțiunea agenţilor chimici.
Rezultatele încercărilor la îngheţ – dezgheţ demonstrează că blocurile de beton cu
polistiren au prezentat un comportare bună, scăderile de rezistentă la compresiune fiind sub 25%.
Realizarea locuințelor sociale presupune costuri de execuție reduse cu tehnologii simple
care să nu reclame un grad ridicat de calificare sau folosirea unor utilaje complicate, consumatoare
de energie. Acest deziderat nu poate fi atins decât apelând la un anumit nivel de prefabricare prin
realizarea unor componente sub formă de blocuri cu goluri şi panouri de dimensiuni reduse.
Utilizarea acestor elemente prezintă avantajul reducerii semnificative a greutății
construcţiei, a unei execuţii simple și a eficienţei termoenergetice superioare în raport cu produse
similare din beton.
6.1.3 Eficiența energetică a locuinţelor sociale la realizarea cărora se folosesc elemente
din beton de ciment cu cenuşă de termocentrală şi granule de polistiren
Eficienţa energetică a unei clădiri, exprimată prin necesarul de energie pentru asigurarea
unui mediu sănătos și confortabil, este determinată de caracteristicile termotehnice ale materialelor
care intră în alcătuirea elementelor de anvelopă, respectiv de conductivitatea termică a acestora.
Pe baza determinărilor efectuate asupra betonului de ciment cu adaos de cenuşă de termocentrală
și granule de polistiren printr-o metodă bazată pe cunoașterea diferenţei de temperatură între feţele
unei probe și fluxul termic care o traversează, derulate în cadrul Laboratorului IUSTI “Institut
Universitaire des Systèmes Thermiques Industriels” (UMR 7343) din cadrul Universității Aix din
Marsilia, au rezultat valori cuprinse între 0,56 şi 1,17 W/m.K, funcţie de reţetă și, în special, de
conţinutul în granule de polistiren.
Caracteristicile termotehnice ale blocurilor cu goluri și ale panourilor din beton de ciment
cu adaos de cenușă de termocentrală și granule de polistiren au fost determinate prin simulări
numerice ale câmpului termic plan cu ajutorul programului Therm 6. Rezultatele simulărilor au
relevat dependența valorilor conductivităţii termice a zidăriei din blocuri din beton de ciment cu
54
cenuşă de termocentrală și granule de polistiren de: conductivitatea termică a materialului
scheletului solid, de prezenţa aerului sau a polistirenului expandat în blocuri, precum și de poziția
golurilor în raport cu direcţia fluxului termic. Astfel, valorile de conductivitate termică echivalentă
variază în intervalul 0,2626 W/ m.K pentru blocuri cu golurile umplute cu polistiren, dispuse
normal pe direcția fluxului termic și 0,5872 W/ m.K pentru blocuri cu goluri umplute cu aer
dispuse paralel cu direcţia fluxului termic.
O îmbunătăţire semnificativă a caracteristicilor termotehnice a blocurilor din beton cu
goluri s-a obţinut prin completarea golurilor de aer cu polistiren, conductivitatea termică
determinată prin simulare numerică cu ajutorul programului Therm 6 a acestora prezentând valori
cu 20% superioare blocurilor cu aceeaşi configuraţie, dar cu goluri umplute cu aer.
Pentru a răspunde cerinţelor referitoare la costuri reduse de proiectare, execuție și
exploatare relativ la locuințele sociale s-au propus mai multe variante de compoziții arhitecturale?
Sub forma unor module de bază care prin cuplare în diverse moduri să ofere o varietate de rezolvări
capabile să răspundă la nivel optim diversității cerințelor actuale și, în același timp, să permită
modificări și dezvoltări ulterioare. Dimensiunile modulate ale modulelor propuse permit
executarea pereților din blocuri cu goluri sau panouri omogene din beton. Ca urmare a analizei
măsurii în care pot fi satisfăcute cerinţele de protecţie termică și economie de energie s-a constatat
necesitatea utilizării blocurilor și panourilor în cadrul unor structuri stratificate care să includă un
material izolant de mare eficiență. S-a optat pentru vata minerală bazaltică în grosime de 5 și 10
cm ca o componentă a unui termosistem.
Evaluările privind rezistenţa termică specifică a elementelor din beton și termosistemul cu
vată minerală bazaltică au evidenţiat următoarele:
▪ grosimea izolației termice de 50 mm limitează utilizarea blocurilor la execuţia pereţilor
exteriori, numai la sortimentul de blocuri de 365 mm cu golurile umplute cu polistiren și
dispuse normal pe fluxul termic;
▪ prin majorarea la 10 cm a grosimii termoizolaţiei, toate structurile de pereţi exteriori
alcătuite din elemente de beton de ciment cu cenuşă de termocentrală și granule de
polistiren prezintă valori ale rezistenţei termice superioare valorii de 1,8 m2K/W prevăzută
de reglementările actuale ca valoare normată;
▪ în aceste condiţii, alegerea structurii de perete exterior poate fi făcută pe criteriul
consumului anual specific de energie pentru încălzire sau pe alte criterii cum ar fi costurile,
viteza de execuţie sau suprafaţa ocupată la sol;
▪ evaluarea necesarului anual de energie pentru încălzire pentru o configuraţie arhitecturală
compusă din două module conduce la concluzia că aceste module realizate cu elemente de
închidere verticale din blocuri sau panourile studiate prezintă valori ale necesarului de
55
energie pentru exploatare mai mici de 100 kWh/m2an, ceea ce corespunde cerinţelor
derivate din Directiva Europeană privind eficienţa energetică a clădirilor;
▪ în urma simularii câmpului termic plan în zonele de punte termică se constată că nu apare
risc de condens superficial (chiar și în situația cea mai defavorabilă), valorile minime de
temperatură fiind superioare temperaturii punctului de rouă, iar valoarea factorului
temperaturii superficiale fiind mai mare de 0,8.
▪ rezultatele analizei termoenergetice asupra modelului propus atestă posibilitatea satisfacerii
criteriilor nZEB.
6.2 Contribuții personale și direcții viitoare de cercetare
Din punctul de vedere al originalităţii tezei, se remarcă în primul rând tematica cercetării,
de mare actualitate nu numai în ţara noastră, dar şi în întreaga lume. În contextul socio-economic
actual, caracterizat prin urbanizare dar şi marcat de fenomenul migraţiei, locuinţele sociale
realizabile cu costuri reduse de execuţie şi exploatare oferă o soluţie pe termen scurt şi mediu.
Noile tipuri de betoane studiate abordează utilizarea a două tipuri de deşeu în aceeaşi
compoziţie, fapt ce conduce la un consum mai rapid al deşeurilor şi protecţia mai eficientă a
mediului înconjurător. Utilizarea deşeurilor pentru a înlocui agregatele naturale ce se folosesc în
cantităţi relativ mari la producerea betonului, constituie o cale de protejare a resurselor naturale.
În al doilea rând, originalitatea temei constă în efectuarea unor cercetări aprofundate cu
privire la caracteristicile acestor betoane. Au fost determinate nu numai caracteristicile fizico-
mecanice, dar şi cele legate de durabilitate (coroziune, îngheţ - dezgheţ) şi de conductivitate
termică a betonului cât şi a pereţilor din blocuri cu goluri.
Contribuţiile personale se referă la următoarele:
▪ studiu documentar privind evoluția locuințelor sociale, tendinţe actuale în dezvoltarea
acestui sector, poziţionarea în legislaţia europeană și naţională, integrarea în cadrul general
oferit de conceptul de dezvoltare durabilă;
▪ rezultatele experimentale prezentate aduc o contribuţie importantă la lărgirea bazei de date
ştiinţifice în domeniul betoanelor cu deşeuri şi vor contribui la folosirea lor în practica
curentă din domeniul construcţiilor, îndeosebi având în vedere faptul că în compoziţia
acestor betoane se pot folosi mari cantităţi de deşeu, făcându-se totodată economie de
ciment şi agregate naturale;
▪ în baza rezultatelor obţinute experimental au fost realizate blocuri cu goluri, care au fost
studiate din punctul de vedere al capacităţii de rezistenţă ca elemente independente, iar apoi
din punctul de vedere al eficienţei termice, ca parte componentă a zidăriilor;
56
▪ s-au efectuat simulări prin analiză numerică asupra comportării blocurilor cu goluri sub
încărcări;
▪ s-au făcut studii comparative între diverse compoziţii de betoane cu cenuşă şi granule de
polistiren;
▪ s-au realizat optimizări ale compoziţiilor studiate cu programul EViews 6;
▪ elaborarea unor propuneri de module de locuințe care prin cuplare în diverse moduri să
ofere o varietate de rezolvări capabile să răspundă la nivel optim diversității cerințelor
actuale și, în acelaşi timp, să permită modificări și dezvoltări ulterioare. Modulele propuse
sunt realizabile practic prin tehnologii diverse: pornind de la zidărie din blocuri de mici
dimensiuni, la panouri de dimensiuni reduse sau de dimensiunea unei încăperi, până la
elemente spațiale prefabricate;
▪ optimizarea alcătuirii elementelor de închidere din blocuri de beton cu polistiren din punct
de vedere termoenergetic, în vederea obținerii unor consumuri cât mai reduse de energie
primară, aspect evidențiat în studiul de caz;
▪ elaborarea unui studiu documentar la zi privind caracteristicile și domeniul de aplicare a
betoanelor cu granule de polistiren.
Cercetările efectuate în cadrul stagiului doctoral au urmărit şi îndeplinit planul de cercetare
iniţial, reuşind totodată să identifice o serie de noi probleme ce vor trebui studiate. Astfel, se are
în vedere o extindere a cercetărilor asupra acestor tipuri de betoane cu granule de polistiren pentru
o mai bună cunoaştere a tuturor caracteristicilor (cum ar fi cele legate de proprietăţile betonului
proaspăt, deformaţiile în timp, conlucrarea cu armătura, etc.) şi comportării sub sarcini dinamice
sau ciclice, variaţii de temperatură etc, necesare utilizării curente în lucrările de construcţii.
Referitor la preocupările și cercetările viitoare, teza de doctorat va deschide noi direcţii,
cum ar fi:
▪ continuarea cercetărilor în vederea realizării unor blocuri cu goluri care să includă din
fabricaţie un strat de izolaţie termică din polistiren;
▪ aplicarea betonului cu granule de polistiren la realizarea unor elemente sau structuri din
beton structural sau din beton uşor;
▪ studii şi cercetări cu privire la analiza altor caracteristici pentru aceste tipuri de betoane
cum ar fi: protecţia fonică, comportarea la foc, etc;
▪ analiza comportării zidăriilor realizate din blocuri cu goluri mari din beton cu granule de
polistiren sub acţiunea diverselor tipuri de solicitări;
▪ continuarea cercetărilor în vederea dezvoltării unor tehnologii de prefabricare mai avansate,
cu utilizarea elementelor plane de dimensiuni mari și a elementelor spațiale realizate din
57
beton cu polistiren, care să integreze atăt componente cu rol structural cât și materiale de
izolare termică;
▪ continuarea cercetării în vederea optimizării din punct de vedere termoenergetic a
modulelor propuse, incluzând și celelalte elemente de închidere (acoperiș, placă pe sol)
precum și integrarea unor sisteme de valorificare a surselor de energie regenerabilă, având
ca obiectiv satisfacerea criteriilor nZEB privind necesarul de energie primară și amprenta
de CO2;
▪ studiul unor posibilități de agregare a modulelor propuse în unități urbanistice compacte
care să facă posibilă atât prezența unor funcțiuni sociale cât și utilizarea eficientă a unor
sisteme de instalații precum, pompe de căldură, sisteme fotovoltaice etc.
Sintetizând, consider că principala contribuţie personală a autorului tezei de doctorat
constă în urmărirea întregului ciclu de realizare a unei locuinţe sociale pornind de la materialul
de bază, realizarea unor componente pentru elementele de închidere, realizarea elementelor de
închidere, propunerea partiului de arhitectură și evaluarea performanţei energetice a clădirii. În
fiecare etapă soluţia optimă a fost selectată pe baza unei analize complexe și a unui studiu de
optimizare.
6.3 Diseminarea și valorificarea rezultatelor
Cercetările efectuate în cadrul programului doctoral au urmărit să îmbine proiectarea de
arhitectură orientată în scopul realizării unor locuinţe sociale funcţionale și confortabile cu
preocuparea pentru obţinerea de materiale sustenabile care să utilizeze deșeuri industriale şi alte
deșeuri din materiale de construcţie.
Un prim obiectiv al cercetării l-a constituit identificarea unor betoane care au în compoziţie
diverse tipuri de deşeuri, care să conducă la obţinerea unor caracteristici mecanice şi termice
avantajoase faţă de betonul clasic. Betonul experimental trebuia să prezinte un coeficient termic
mai mic decât betonul obişnuit, dar să aibă şi o rezistenţă la compresiune satisfăcătoare din punctul
de vedere al utilizării la lucrări de construcţii. În acest sens, betonul experimental a fost realizat cu
două tipuri de deşeuri: cenuşă de termocentrală şi granule de polistiren. Cenuşa de termocentrală
a substituit 10% din ciment, iar granulele de polistiren au substituit agregatele sort 0 - 4 mm şi 4 -
8 mm în procente cuprinse între 20 % şi 100 %. Acest obiectiv a fost îndeplinit şi ca urmare s-au
obţinut mai multe compoziţii de beton cu un coeficient termic mai mic decât betonul tradiţional.
Un alt obiectiv a fost de a găsi o utilizare simplă, ce se poate industrializa, a acestui tip de
beton. În acest sens au fost concepute blocuri mari cu goluri, cu care se pot executa zidării
neportante, interioare sau exterioare. Tipurile de blocuri cu goluri concepute în cadrul cercetării
prezintă caracteristici mecanice şi termice ce le permit a fi utilizate în lucrările de construcţii.
58
Aceste obiective au fost subordonate aceluia de a concepe locuinţe sociale pe parter, care
se pot realiza din blocuri de beton cu goluri şi care să prezinte o serie de avantaje din punctul de
vedere al costului şi al consumului de energie.
Betoanele cu cenuşă de termocentrală şi granule de polistiren se pot utiliza în diverse
domenii, de la elemente sau structuri din beton (sub formă de betoane nestructurale sau betoane
uşoare), până la elemente decorative. Trebuie avut în vedere şi marele avantaj care se referă la
economia de ciment şi de agregate naturale, protejându-se astfel mediul înconjurător şi resursele
naturale.
Rezultatele cercetărilor din cadrul programului doctoral au fost incluse într-o serie de
articole prezentate la conferinţe sau publicate în diverse jurnale:
1. Marinela Bărbuță, Adrian Alexandru Șerbănoiu*, Costin Cădere, Cătălina Mihaela
Helepciuc, Effects of marble waste on properties of polymer concrete, Conferința
Internațională - Towards a Sustainable Urban Environment (EBUILT-2016), 16-19
noiembrie 2016, Iași.
2. Costin Cădere, Locuințe sociale modulare - sustenabile, limite si oportunitați in contextul
socio-economic contemporan, “Creații universitare 2016”, al IX-lea Simpozion Național
Iași, România, 3 iunie 2016.
3. M. Rujanu, M. Bărbuță, L. Groll, D. Plian, D. Babor*, Costin Cădere, Influence of
aggregate type on the cement concrete, Bulletin of the Transilvania University of Brasov,
Series I, Engineering Sciences, 2016 Special Issue, Vol. 9, p 121-124.
4. Șerbănoiu A.A, Bărbuță M., Burlacu A. , Teodorescu R., Cădere C., Use of Polystyrene
Waste in Concrete, 16th edition National Technical - Scientific Conference, Modern
Technologies for 3rd Millennium, Oradea, march 23-24, 2017, p 251-256.
5. Costin Andrei Cădere*, Marinela Bărbuță, Bogdan Rosca, Adrian Alexandru Șerbănoiu,
Andrei Burlacu, Irina Oancea, Engineering Properties of Concrete with Polystyrene
Granules, 11th International Conference Interdisciplinarity in Engineering, INTER-ENG
2017, Târgu Mureș, 5-6 october 2017, p 288-293.
6. Cădere Costin, Bucur Roxana Dana, Bărbuță Marinela, Ash concrete with polystyrene
waste, Lucrări Ştiinţifice. Seria Agronomie, Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină
Veterinară “ION IONESCU DE LA BRAD”, Iaşi, 61 (1), 2018, 25-28.
59
BIBLIOGRAFIE
[1] Parlamentul României, „Lege nr. 114/1996, Legea Locuinței, actualizată 2011, Anexa 1”.
[2] M. Planvarini, „Social Housing in the EU,” European Parliament, Braga.
[3] S. A. a. E. O. U. E. a. E. Directorate General for Employment, „Joint Report on Social
Protection and Social Inclusion 2010,” European Commission, 2010.
[4] R. P. P. EIR, „Analiză privind locuințele sociale în Romania,” Ministerul Dezvoltarii
Regionale si Administratiei Publice, 2015.
[5] H. Szilagyi, T. Onet, C. Magureanu și O. Corbu, Cimenturi cu adaosuri - reducatori de
energie, Cluj-Napoca: INCD URBAN-INCERC, Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca,
2010.
[6] G. K. Moir și F. P. Glasser, „Mineraliser, Modifiers and Activators in the Clinkering
Process,” 9th International Congress on the Chemistry of Cement, vol. I, p. 125, 1992.
[7] F. W. Locher, „Low Energy Clincher,” 8th International Congress on the Chemistry of
Cement, vol. I, p. 75, 1986.
[8] T. R. Naik și G. Moriconi, „Environmental-friendly durable concrete made with recycled
materials,” CANMET/ACI International Symposium on Sustainable, 2005.
[9] Le Corbusier, Maniere de penser l'urbanisme, Gonthier, 1963.
[10] C. Alpopi, „Locuirea Urbana,” Cercetari practice si teoretice in Managementul Urban,
Theoretical and Empirical Researches in Urban Management, vol. 8, pp. 2-3, 2008.
[11] A. M. Zahariade, „Tipologie de locuire,” UAUIM, 2010-11.
[12] „Energy statistics – Supply, transformation and consumption,” Statistical Office of the
European Union (Eurostat), 2017.
[13] „Energy Efficiency Policies for new Buildings. Energy Efficiency Requirements in
Building Codes,” IEA Information Paper,, 2008.
[14] „Passive solar heating and cooling conference and workshop proceedings,” University of
New Mexico, Albuquerque, New Mexico., 18-19.05.1976.
[15] „2017 World of Modular Annual Convention & Tradeshow,” Modular Building Institute,
[Interactiv]. Available: worldofmodular.org. [Accesat 25 January 2017].
[16] R. Seaker și L. Sang-Hong, „Assessing Alternative Prefabrication Methods: Logistical
Influences, Advances in Engineering Structures, Mechanics & Construction,” Solid
Mechanics and Its Application (SMIA), vol. 140, pp. 607-614, 2006.