„Structura metalică este mai flexibilă.” Este o afirmație frecvent întâlnită în domeniul construcțiilor. Mai jos verificăm cinci afirmații des auzite despre structurile metalice și cele prefabricate din beton.

• „Cu o structură metalică pot modifica liber proiectul în timpul lucrărilor.” FALS.
  Proiectul autorizat trebuie respectat atât în cazul structurilor metalice, cât și al celor prefabricate. Modificările trebuie analizate și aprobate conform procedurilor aplicabile.
• „Doar o hală metalică poate fi extinsă.” FALS.
  Și o hală prefabricată poate fi prelungită sau extinsă. Prevederea acestei posibilități încă de la început simplifică extinderea, în cazul ambelor sisteme.
• „Cu prefabricate, toate clădirile arată la fel.” FALS.
  Se pot realiza forme deosebite, deschideri mari, terase și volume în consolă. Libertatea de creație depinde de proiect.
• „Cu prefabricate pot obține spații mari cu puțini stâlpi.” ADEVĂRAT.
  Grinzile din beton precomprimat pot acoperi distanțe mari între reazeme. Astfel, rămâne mai mult spațiu liber pentru utilaje, rafturi și organizarea activității.
• „Structura prefabricată poate fi montată mai repede decât cea metalică.” ADEVĂRAT.
  Elementele mari, livrate gata de montaj, pot reduce numărul componentelor și al îmbinărilor. Fundațiile prefabricate reduc și lucrările executate pe șantier, precum și timpii de așteptare legați de condițiile meteo. Avantajul depinde de soluția aleasă.

Adevărata flexibilitate înseamnă să ai o clădire potrivită nevoilor de astăzi și pregătită pentru cele de mâine. Iar acest lucru se obține printr-un proiect bine gândit.

Vreți să aflați mai multe? În continuare, explicăm fiecare punct, comparând structurile prefabricate cu cele metalice.

1. „Cu o structură metalică pot modifica liber proiectul în timpul lucrărilor.” FALS.

Structurile metalice pot permite executarea mai ușoară a anumitor modificări locale; structurile prefabricate pot integra încă din fabricație detaliile necesare intervențiilor prevăzute. Pentru ambele sisteme, anticiparea cerințelor în proiect reduce situațiile neprevăzute, refacerile și întârzierile. Niciunul dintre ele nu permite modificarea liberă a clădirii fără verificările tehnice și procedurile aplicabile.

Posibilitatea de a modifica un element nu înseamnă libertatea de a schimba proiectul

În cazul metalului, anumite modificări locale pot fi mai ușor de executat: un element poate fi tăiat, găurit sau completat cu plăci și șuruburi. Acest lucru privește însă operațiunea propriu-zisă. Înainte de intervenție, trebuie verificat modul în care modificarea influențează rezistența, deformațiile, îmbinările și stabilitatea structurii.

În cazul prefabricatelor, modificarea unui element deja produs poate fi mai restrictivă, deoarece armăturile, toroanele, piesele înglobate și reazemele sunt amplasate în poziții precise. Și în acest caz, posibilitatea intervenției depinde de verificarea proiectantului.

Ambele sisteme necesită o definire precisă înainte de fabricație

Pentru structura metalică, înainte de fabricație trebuie stabilite dimensiunile profilelor, lungimile, găurile, plăcile, sudurile, îmbinările cu șuruburi și legăturile cu fundațiile. O modificare ulterioară poate necesita noi verificări, prelucrări suplimentare, refacerea protecțiilor sau înlocuirea unor componente, cu efecte asupra termenelor și costurilor.

Pentru prefabricate, înainte de turnare trebuie definite geometria, armăturile, eventualele toroane de precomprimare, consolele, piesele înglobate, golurile și îmbinările. O modificare ulterioară poate necesita intervenții specifice sau producerea unui element nou, în funcție de amploarea și fezabilitatea acesteia.

Detaliile necesare intervențiilor viitoare pot fi integrate în fabricație în ambele sisteme. Definirea lor din timp permite evitarea lucrărilor ulterioare și o mai bună coordonare între structură, instalații și închideri.

Un exemplu concret

Un gol pentru trecerea unei instalații poate fi prevăzut în proiect și realizat în fabrică. Dacă este solicitat după producție, trebuie verificat unde poate fi executat și dacă sunt necesare consolidări sau soluții alternative.

Același lucru este valabil pentru o schimbare mai importantă, precum mutarea unui stâlp: în ambele sisteme trebuie reanalizate grinzile afectate, îmbinările, fundațiile și comportarea de ansamblu a structurii.

Și procedurile de autorizare depind de natura modificării, nu de alegerea dintre oțel și beton.

2. „Doar o hală metalică poate fi extinsă.” FALS.

Posibilitatea de a extinde o clădire depinde de configurația structurii, de capacitatea fundațiilor și de modul în care este proiectată noua parte a clădirii.

Structură metalică: poate fi extinsă prin adăugarea unor stâlpi și grinzi noi. Punctele de îmbinare pot fi prevăzute încă din proiectul inițial, simplificând extinderea ulterioară.

Structură prefabricată din beton: poate fi extinsă în același mod, prin adăugarea unor stâlpi și grinzi noi. Și în acest caz, reazemele și punctele de îmbinare pot fi prevăzute de la început.

În ambele cazuri, dacă partea nouă este legată de cea existentă, trebuie verificat dacă structura existentă și fundațiile sale sunt suficient de rezistente sau necesită consolidări.

Ambele sisteme permit și realizarea unei extinderi independente din punct de vedere structural, cu fundații proprii și un rost de separare proiectat astfel încât cele două clădiri să se poată mișca fără să se lovească.

Planificarea extinderii încă din proiectul inițial permite stabilirea:

• poziției stâlpilor și a direcției de extindere a noilor travei;
• capacității elementelor care vor prelua încărcări suplimentare;
• îmbinărilor și reazemelor pentru extinderea viitoare;
• modului de demontare a pereților de închidere din zona extinderii;
• racordurilor acoperișului și a modului de evacuare a apelor pluviale.

De exemplu, prelungirea unei hale poate fi mai simplă dacă peretele de capăt a fost proiectat pentru a putea fi demontat fără să afecteze stabilitatea structurii. Acest lucru este valabil pentru ambele materiale.

O hală prefabricată pregătită pentru extindere poate fi mai ușor de extins decât o hală metalică nepregătită în acest scop. Posibilitatea de extindere se proiectează de la început.

3. „Cu prefabricate, toate clădirile arată la fel.” FALS.

Prefabricarea este o metodă de producție: elementele sunt realizate în fabrică și ulterior montate pe șantier. Ea nu impune o singură formă clădirii.

Metalul permite realizarea unor cadre, grinzi cu zăbrele, elemente curbe, console și structuri ușoare. Varietatea formelor depinde de prelucrarea profilelor, de îmbinări și de organizarea structurii.

Betonul prefabricat permite realizarea unor stâlpi cu înălțimi diferite, grinzi cu forme speciale, console și elemente curbe. Forma este obținută prin cofraje și armături proiectate pentru elementul care urmează să fie produs.

Personalizarea poate privi, așadar, direct structura portantă, nu doar fațadele. PCI, institutul dedicat betonului prefabricat și precomprimat, recunoaște această versatilitate, inclusiv posibilitatea realizării unor forme curbe și radiale.

Cele două sisteme au constrângeri de fabricație diferite. În cazul oțelului contează prelucrarea profilelor, complexitatea nodurilor și eventualele preasamblări. În cazul prefabricatelor contează realizarea cofrajelor, dispunerea armăturilor, greutatea și manipularea elementelor.

Pentru ambele sisteme trebuie verificate transportul, ridicarea, stabilitatea în timpul montajului și costul soluției.

Chiar și repetarea poate fi folosită creativ: elemente identice, dispuse la înălțimi, orientări sau poziții diferite, pot genera clădiri cu volume variate.

Metalul și prefabricatele oferă mijloace diferite pentru realizarea unei arhitecturi personalizate. Alegerea trebuie făcută în funcție de forma dorită și de soluția tehnică adecvată.

4. „Cu prefabricate pot obține spații mari cu puțini stâlpi.” ADEVĂRAT.

Betonul prefabricat precomprimat poate oferi spații mari cu puțini stâlpi și o structură alcătuită din mai puține elemente: un avantaj concret pentru utilizarea și reorganizarea halei.

Deschideri mari și stâlpi mai distanțați

Libertatea de utilizare a unei clădiri depinde și de distanța dintre reazeme. Trebuie diferențiate două dimensiuni: deschiderea transversală, care determină lățimea spațiului fără stâlpi intermediari, și traveea longitudinală, adică distanța dintre cadre de-a lungul halei.

În structurile metalice, deschiderile mari pot fi obținute cu grinzi, cadre sau grinzi cu zăbrele. Traveea longitudinală depinde și de capacitatea panelor de acoperiș și a celorlalte elemente care leagă cadrele.

În structurile prefabricate precomprimate, grinzile mari și elementele de acoperiș pot permite atât deschideri transversale ample, cât și travei longitudinale mari.

De exemplu, trecerea de la travei longitudinale de 6 metri la travei de 12 metri înjumătățește numărul traveilor și reduce semnificativ numărul stâlpilor și al fundațiilor de pe aceleași șiruri. Numărul exact depinde de configurația clădirii și de elementele de capăt.

Acest raport nu este fix: și structurile metalice pot fi proiectate cu travei mai mari. Comparația trebuie să privească soluții echivalente ca dimensiuni, încărcări și performanțe.

Mai puține elemente secundare și mai puține interferențe

În structurile metalice tradiționale, grinzile principale sunt în general însoțite de numeroase pane de acoperiș, rigle de fațadă și contravântuiri. Aceste elemente susțin închiderile și contribuie la stabilitatea structurii.

În cazul prefabricatelor, unele soluții folosesc elemente secundare mai distanțate; altele utilizează elemente de acoperiș autoportante sau o învelitoare structurală capabilă să reazeme direct pe grinzile principale, eliminând panele intermediare.

Și contravântuirile diagonale pot fi reduse sau pot lipsi atunci când rezistența la acțiunile orizontale este asigurată de stâlpi încastrați la bază, cadre, pereți sau alte sisteme proiectate corespunzător.

Stabilitatea rămâne astfel asigurată, dar printr-o organizare structurală diferită.

O structură cu mai puține elemente poate facilita traseele instalațiilor și poate reduce interferențele cu porțile, golurile și echipamentele.

Rolul precomprimării

Precomprimarea permite utilizarea eficientă a betonului.

Toroanele din oțel de înaltă rezistență introduc o compresiune inițială în element. Această compresiune, împreună cu poziția toroanelor, ajută la contracararea efectelor încărcărilor și la controlul fisurării și deformațiilor.

Se pot proiecta astfel grinzi și elemente de acoperiș capabile să acopere distanțe mari între reazeme. Dimensiunile necesare depind de încărcări, de înălțimea disponibilă și de performanțele cerute.

Mai multă libertate pentru organizarea activității

Mai puțini stâlpi intermediari pot simplifica amplasarea utilajelor, modificarea liniilor de producție, organizarea rafturilor și crearea traseelor pentru vehicule și persoane.

Și pe conturul clădirii, stâlpii mai distanțați pot facilita amplasarea porților și a zonelor de încărcare, în limitele permise de proiectul închiderilor.

Aceasta este o formă concretă de flexibilitate: existența unor spații care se pot adapta activității și evoluției acesteia.

O deformabilitate mai mare sub încărcări este însă o proprietate diferită. În ambele sisteme, deplasările trebuie să rămână compatibile cu acoperișul, închiderile, instalațiile și utilizarea clădirii.

Comparația dintre prefabricate și metal trebuie să analizeze împreună spațiul liber, distanța dintre stâlpi, gabaritul elementelor structurale și numărul elementelor secundare. Aceste caracteristici determină cât de ușor va putea fi utilizată și reorganizată hala.

5. „Structura prefabricată poate fi montată mai repede decât cea metalică.” ADEVĂRAT.

Avantajul prefabricatelor rezultă din eficiența ansamblului: mai puține componente de asamblat, mai puține îmbinări, mai puține lucrări executate pe șantier și o utilizare organizată a echipamentelor de ridicare. Din acest motiv, o structură mai grea poate fi montată mai repede și poate fi competitivă ca preț total.

Mai puține elemente înseamnă mai puține operațiuni

Atât structurile metalice, cât și cele prefabricate necesită proiectare și producție în fabrică. Diferența apare în special în lucrările care rămân de executat pe șantier.

O structură metalică tradițională cuprinde stâlpi, grinzi sau grinzi cu zăbrele, pane de acoperiș, rigle de fațadă, contravântuiri și îmbinările aferente. Componentele individuale pot fi ușoare, dar numeroase: trebuie manipulate, poziționate, fixate și verificate.

O structură prefabricată optimizată poate îndeplini aceleași funcții printr-un număr mai mic de elemente mari. Distanțele mai mari dintre stâlpi, mai puține elemente secundare și soluțiile de acoperiș fără pane intermediare pot reduce semnificativ operațiunile de asamblare.

Și contravântuirile diagonale pot fi reduse sau pot lipsi atunci când stabilitatea este asigurată de stâlpi încastrați la bază, cadre, pereți sau alte sisteme proiectate corespunzător.

Reducerea numărului total de componente poate fi importantă. Pentru a afirma că numărul acestora se reduce la jumătate sau la o treime, trebuie comparate listele de elemente ale unor proiecte echivalente, incluzând și structurile secundare.

Fiecare componentă eliminată reduce manipulările și îmbinările necesare. Timpul economisit se cumulează la nivelul întregii clădiri.

Greutatea unui element nu determină singură viteza de montaj

Un element prefabricat mai greu necesită o macara adecvată sarcinii, razei de lucru și înălțimii de montaj. Cu echipamentul dimensionat corespunzător, acesta poate fi ridicat și poziționat printr-o singură operațiune.

O soluție metalică mai ușoară poate necesita, în schimb, numeroase ridicări și îmbinări pentru a finaliza aceeași parte a structurii.

Greutatea influențează alegerea macaralei, pregătirea zonelor de calare și organizarea șantierului. Durata montajului depinde însă și de numărul operațiunilor și de timpul necesar pentru executarea acestora.

O macara mai mare poate lucra mai puține zile

Costul operațiunilor de ridicare trebuie evaluat pentru întreaga lucrare.

O macara cu o capacitate mai mare poate avea un cost zilnic superior, dar un număr redus de operațiuni poate scurta durata utilizării sale. La aceasta se pot adăuga mai puține ore de lucru ale echipelor și mai puține operațiuni de îmbinare la înălțime.

Eventualul cost suplimentar al echipamentului poate fi astfel compensat de reducerea timpilor. Rezultatul trebuie verificat prin programul de montaj și costurile efective ale șantierului.

Costul total contează mai mult decât greutatea totală

O structură mai grea nu este automat mai scumpă.

În cazul prefabricatelor, costul betonului se adaugă costurilor pentru armături, precomprimare, cofraje, producție, transport și montaj.

În cazul metalului, costul oțelului se adaugă costurilor pentru prelucrări, plăci, îmbinări cu șuruburi, suduri, tratamente de protecție și montaj.

Comparația economică trebuie să includă toate aceste componente. O soluție prefabricată poate fi competitivă datorită costului materialelor utilizate, numărului redus de componente și diminuării lucrărilor executate pe șantier.

Fundațiile pot aduce un avantaj suplimentar

Fundațiile turnate la fața locului necesită săpături, armături, eventuale cofraje, turnarea betonului și atingerea rezistenței necesare etapelor următoare.

Atunci când proiectul și terenul permit utilizarea fundațiilor prefabricate, o parte dintre aceste lucrări este realizată în prealabil în fabrică. Se pot reduce astfel turnările pe șantier, timpii de așteptare și activitățile expuse ploii și temperaturilor scăzute.

Rămân necesare pregătirea terenului, montajul și eventualele completări prevăzute de sistem.

Pentru evaluarea rapidității trebuie comparat întregul proces: fundații, livrări, ridicări, îmbinări și finalizarea structurii. La nivelul acestui ansamblu, prefabricatele pot oferi un avantaj concret.

Referințe tehnice și documentație

• EN 1990 – Eurocod: bazele proiectării structurilor
• EN 1992 – Eurocod 2: proiectarea structurilor din beton
• EN 1993 – Eurocod 3: proiectarea structurilor din oțel
• EN 13369 – Reguli comune pentru produsele prefabricate din beton.
• EN 13225 – Produse prefabricate din beton: elemente structurale liniare.
• PCI – Resurse tehnice privind versatilitatea prefabricatelor și a betonului precomprimat

Referințele normative trebuie utilizate în edițiile aplicabile proiectului, împreună cu anexele naționale și reglementările tehnice relevante.

Autor: Ing. Andrea Germani

Sursa imagine: https://www.geminagroup.ro/articole/structuri-metalice-vs-beton-prefabricat-flexibilitate