universitatea transilvania din brasov · de factorii de mediu, care au condus la consacrarea pe sol...
Post on 07-Nov-2020
0 Views
Preview:
TRANSCRIPT
MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE ȘI CERCETĂRII ȘTIINȚIFICE
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOV BRAŞOV, EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525
Universitatea Transilvania din Brasov
Scoala Doctorala Interdisciplinara
Facultatea: ALIMENTAŢIE ŞI TURISM
Ing. Eduard Cătălin BADIU
Cercetări privind solicitările mecanice ale
serelor pentru legume şi flori amplasate pe
acoperişurile clădirilor
Research regarding the mechanical
solicitations of greenhouses for vegetables and
flowers located on rooftops
Conducător ştiinţific:
Prof. univ. dr. ing. BRĂTUCU Gheorghe
Rezumatul tezei de doctorat
Summary of PhD Thesis
BRAŞOV, 2016
MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE ŞI CERCETĂRII ŞTIINŢIFICE
UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV
BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525
RECTORAT
D-lui (D-nei) ..............................................................................................................
COMPONENŢA
Comisiei de doctorat
Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov
Nr. ........ din ....................
PREŞEDINTE: Prof. univ .dr. ing. Carol CSATLOS
DECAN – Facultatea de Alimentaţie şi Turism
Universitatea „Transilvania” din Braşov
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof.univ.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU
Facultatea de Alimentaţie şi Turism
Universitatea „Transilvania” din Braşov
REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. . Adrian MITROI
Universitatea de Ştiinţe Agronomice şi Medicină
Veterinară Bucureşti
Prof. univ. dr. ing. Gheorghe VOICU
Universitatea „Politehnica” din Bucureşti
Prof. univ. dr. arh. Teofil MIHAILESCU
Universitatea „Transilvania” din Braşov
Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 25.11.2016., ora 9.00,
sala .RP 6..............
Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le
transmiteţi în timp util, pe adresa gh.bratucu@unitbv.ro sau eduard.badiu@gmail.com
Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de
doctorat.
Vă mulţumim.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 1
CUPRINS
Pag.
rezumat
Pag.
teză
Prefaţă …………………………………………………………………………….. 3 1
1. Importanţa, obiectivele şi programul de cercetare în lucrarea de
doctorat……………………………………………………………………………….....
5
9
1.1. Importanţa lucrării de doctorat ………………………………………………..… 5 9
1.2. Obiectivele lucrării de doctorat …………………………………………………... 7 11
1.3. Programul general de cercetare în lucrare ………………………...……………... 7 11
2. Aspecte actuale privind apariţia şi evoluţia conceptelor de oraş verde, acoperiş
verde şi seră pe acoperiş ……………………………………………………………….
9
13
2.1. Conceptul de oraş verde şi relaţiile sale cu urbanizarea şi încălzirea globală ………... 9 13
2.2. Apariţia şi evoluţia acoperişurilor verzi ……...………………………………….. 11 15
2.3. Apariţia şi evoluţia serelor pe acoperişurile clădirilor …………………………… 14 20
3. Stadiul actual şi tendinţe în domeniul construcţiei şi echipării serelor amplasate
pe sol şi pe acoperişurile clădirilor ……………………………....................................
17
25
3.1. Stadiul actual şi tendinţe în construcţia de sere amplasate pe sol și pe
acoperişurile clădirilor ……………….………………………………………………….
17
25
3.2. Particularităţi ale tehnologiilor de cultivare a plantelor în serele amplasate pe
acoperişurile clădirilor …………………………………………………………………..
24
43
3.3. Stadiul actual şi tendinţe privind materialele folosite la construcţia serelor ………… 25 46
3.4. Instalaţii şi echipamente specifice cultivării plantelor în sere …….……………... 28 49
4. Calculul şi monitorizarea structurilor de rezistenţă ale serelor amplasate pe
acoperişurile clădirilor ………………………………….……………………………..
31
61
4.1. Aspecte generale privind factorii care solicită serele amplasate pe acoperişurile
clădirilor ………………………………………...……………………………………….
31
61
4.2. Utilizarea Codului CR 1-1-4/2012 la proiectarea serelor amplasate pe
acoperişurile clădirilor …………………………………………………………………..
33
65
4.3. Monitorizarea şi verificarea stării serelor de pe acoperişuri cu sistemul RTK-GPS . 37 72
4.4. Utilizarea teoriei similitudinii la calculul şi proiectarea serelor amplasate pe
acoperişurile clădirilor …………………………………………......................................
38
74
5. Cercetări teoretice privind solicitările structurilor de rezistenţă ale serelor
amplasate pe acoperişurile clădirilor …………………………………………………
41
83
5.1. Cercetarea solicitărilor structurilor de rezistenţă ale acoperişurilor tip seră prin
simulare cu metoda elementelor finite …………………………………………………..
41
83
5.2. Analiza şi interpretarea rezultatelor simulării teoretice a acţiunii vântului asupra
unor modele de sere ……………………………………………………………………..
54
126
5.3. Cercetări teoretice privind adaptarea unui dom geodezic la cerinţele unei sere
amplasate pe acoperişurile clădirilor ……………………………………………………
58
131
6. Cercetări experimentale privind solicitările structurilor de rezistenţă ale serelor
amplasate pe acoperişurile clădirilor ……………………………………………………….
61
137
6.1. Obiectivele cercetărilor experimentale …………………………………………... 61 137
6.2. Obiectele cercetărilor experimentale …………………………………………….. 62 138
6.3. Metodica cercetării experimentale …………………………………….................. 63 139
6.4. Echipamentele şi aparatura folosite la cercetarea experimentală ………………... 66 146
6.5. Desfăşurarea cercetărilor experimentale …………………………………………. 69 149
6.6. Prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale şi
compararea cu rezultatele cercetărilor teoretice ………............................................
73
154
7. Concluzii finale ………………………………………………………………...……. 87 177
7.1. Concluzii generale ……………………………………………………………...... 87 177
7.2. Concluzii privind cercetările teoretice şi experimentale ………………………… 89 180
7.3. Contribuţii personale ….…………………………………………………………. 95 187
7.4. Direcţii viitoare de cercetare …………………………………………………....... 96 188
Bibliografie …………………………………………………………………………...... 97 189
Anexe …………………………………………………………………………………… 101 195
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 2
CONTENT Pag.
Abstact
Pag.
Thesis
Preface ................................................................................................................................. 3 1
1. Importance, objectives and research program in doctoral (phd) thesis ……………….. 5 9
1.1. The importance of doctoral (PhD) thesis …………………………………….................. 5 9
1.2. The objectives of doctoral (PhD) thesis ………………………………………………... 7 11
1.3. General programme for research work …………………………………………………. 7 11
2. Current issues regarding development and evolution of the green city, green roof and
rooftop greenhouse concepts ....................................................................................................
9
13
2.1. Green city concepts and its relations with urbanism and global warming ………...….... 9 13
2.2. The emergence and evolution of green roofs ……………………………………..……. 11 15
2.3. The emergence and evolution of rooftop greenhouses …………………………………. 14 20
3. Current status and trends in construction and equipment for greenhouses placed on
the ground and buildings’ rooftops ………………………………………………………….
17
25
3.1. Curent status and trends in construction of greenhouses placed on buildings‟ rooftops .. 17 25
3.2. Specifics of technologies for plant cultivation in rooftop greenhouses ……………….... 24 43
3.3. Current status and trends in the materials used in the construction of greenhouses … 25 46
3.4. Specific installation and equipment for cultivation of plants-crops in greenhouses …… 28 49
4. Current methods for calculating and monitoring the resistance of greenhouse
structures placed on buildings’ rooftops …………………………………………………….
31
61
4.1. General issues regarding structural stresses of greenhouses placed on buildings‟
rooftops ………………………………………………………………………………………...
31
61
4.2. Using the CR 1-1-4/2012 Code in designing greenhouses placed on roofs of buildings . 33 65
4.3. Monitoring and checking the status of greenhouses located on roofs of buildings using
the RTK-GPS system …………………………………………………………………………..
37
72
4.4. Using the similarity theory for calculation and design of greenhouses located on
rooftops ………………………………………………………………………...……….
38
74
5. Theoretical research regarding the structural resistance of greenhouses placed on the
roofs of buildings ……………………………………………………………………………...
41
85
5.1. Research of stresses imposed to structural system of greenhouse roofs using the
simulation by finite element method ………………….………………………………………..
41
85
5.2 Analysis and interpretation of results of theoretical simulation of wind on some models
of greenhouses ...……………………………………………………….....................................
54
126
5.3. Theoretical research regarding on adapting the GeoDome to the requirements of
greenhouses placed on roofs of buildings …………………………………...…………………
58
131
6. Experimental research regarding the stresses of structural systems of greenhouses placed on
the roofs of buildings ………………………………………………………………………………
61
137
6.1. The objectives of experimental research ………………………..……………………… 61 137
6.2. The objects (models) of experimental research ………………………………………… 62 138
6.3. The methodology of experimental research …………………………………................. 63 139
6.4. Equipment and apparatus used in experimental research …………………..................... 66 146
6.5. Development of the experimental research …………………………………………….. 69 149
6.6. Processing, analysis and interpretation of the results of the experimental research and
comparison with the theoretical research results …………………………………………….
73
154
7. Final conclusions …………………………………………………………... 87 177
7.1. General conclusions …………………………………………………………… 87 177
7.2. Conclusions regarding theoretical and experimental research ……………... 89 180
7.3. Personal contributions ……………………………………………………….… 95 187
7.4. Directions for future research …………………………………………………. 96 188
References ………………………………………………………………………... 97 189
Annexes ……………………………………………………………………………... 101 195
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 3
Prefaţă Privind retrospectiv, secolul al XX-lea şi începutul secolului al XXI-lea se caracterizează printr-o
dezvoltare fără precedent a ştiinţei şi tehnologiei, prin începutul cuceririi cosmosului, prin dispariţia
colonialismului oficial etc. Pe de altă parte, nu se pot uita cele mai mari conflagraţii mondiale,
globalizarea economică, dar şi apariţia unor fenomene îngrijorătoare pentru perspectiva vieţii pe
pământ. Este vorba de procese de dezvoltare nesustenabilă, începute printr-o poluare complexă şi
devastatoare, din care au derivat modificări climatice vizibile, pentru care vârful de lance îl
reprezintă fenomenul de încălzire globală, susținut de creşterea explozivă a populaţiei în ţările în
curs de dezvoltare, urbanizarea necontrolată etc. Conştientă de urmările periculoase ale acestor
fenomene, o parte tot mai importantă a populaţiei Terrei caută soluţii de dezvoltare pe baza cărora
mediul înconjurător să fie protejat, astfel încât şi generaţiile viitoare să se bucure de condiţii
normale de viaţă.
În acest cadru se înscriu şi cercetările efectuate în această teză de doctorat, în care, pornind de la
analiza stadiului actual al realizărilor din domeniul conservării mediului din marile aglomerări
urbane referitoare la dezvoltarea spaţiilor verzi (parcuri, acoperişuri verzi şi sere pe acoperişuri), se
abordează o problemă tehnică de mare interes, respectiv cercetarea solicitărilor mecanice la care
sunt expuse serele pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor. Standardele şi
normele europene şi româneşti de proiectare şi construcţie se referă la serele de pe sol sau la
construcţii cu acoperişuri asemănătoare acestora, care sunt expuse acţiunii vântului şi altor
intemperii. Între un acoperiş normal de clădire şi o seră amplasată în poziţia acoperişului există
unele asemănări, dar şi deosebiri semnificative.
De asemenea, în lucrare se insistă în permanenţă asupra ideii că nu se poate proiecta o seră
amplasabilă pe un acoperiş dacă nu se cunosc toate detaliile referitoare la asemănările şi deosebirile
faţă de serele de pe sol.
Lucrarea de doctorat este redactată pe 195 pagini, fiind structurată pe 7 capitole şi ilustrată prin
intermediul a 146 figuri şi grafice, 42 tabele, 37 relaţii de calcul, 2 anexe şi o listă bibliografică cu
152 titluri.
În capitolul 1, intitulat „Importanţa, obiectivele şi programul de cercetare ale lucrării de doctorat” se
realizează o scurtă sinteză a aspectelor care se vor prezenta în capitolele următoare, din care rezultă că
tema tezei de doctorat este de actualitate şi că sunt necesare şi utile asemenea studii şi cercetări. Se
precizează faptul că obiectivul principal al lucrării de doctorat se referă la cercetarea teoretică prin
simulare cu metoda elementului finit şi cercetarea experimentală în tunelul aerodinamic a solicitărilor pe
care le exercită vântul cu diferite viteze asupra unor modele de sere amplasabile pe acoperişurile clădirilor.
Pentru atingerea obiectivului principal s-a considerat necesar să se parcurgă şi să se rezolve nouă obiective
subsidiare. Tot în cadrul acestui capitol se prezintă grafic o metodică generală de cercetare, pe baza căreia
să se îndeplinească obiectivul principal al lucrării.
Capitolul 2, intitulat „Aspecte generale privind apariţia şi evoluţia conceptelor de oraş verde,
acoperiş verde şi seră pe acoperiş”, aduce în discuţie modul cum societatea umană încearcă să
corecteze propriile greşeli, prin protecţia spaţiilor verzi, reglementarea „înverzirii” clădirilor şi chiar
amplasarea de sere pe acoperişurile unor clădiri din oraşe. Se evidenţiază faptul că formele serelor
de pe acoperişuri trebuie să respecte deciziile arhitecţilor urbanişti, ceeace necesită cunoştinţe
suplimentare despre solicitările la care sunt supuse de vânt şi alte intemperii.
În capitolul 3, intitulat „Stadiul actual şi tendinţe în domeniul construcţiei şi echipării serelor
amplasate pe sol şi pe acoperişurile clădirilor” sunt prezentate aspectele pe care trebuie să le
cunoască proiectaţii şi fabricanţii de sere amplasabile pe acoperişuri despre cerinţele plantelor faţă
de factorii de mediu, care au condus la consacrarea pe sol a unor forme de sere asupra cărora s-au
realizat studii şi standardizări, s-au fabricat echipamente şi instalaţii de tot felul şi în care se cultivă
o gamă largă de legume şi flori. Se remarcă faptul că în serele de pe acoperişuri cultivarea pantelor
se face preponderent în sistem hidroponic, iar materialele folosite la construcţia acestora sunt parţial
diferite de cele folosite la serele de pe sol.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 4
În capitolul 4, intitulat „Calculul şi monitorizarea structurilor de rezistenţă ale serelor
amplasate pe acoperişurile clădirilor” se realizează o sinteză asupra modului în care vântul solicită
corpurile cu care interacţionează şi se definesc factorii de influenţă (presiuni, forţe, coeficienţi de
rezistenţă aerodinamică), insistându-se asupra necesităţii respectării indicaţiilor Codului CR-1-1-
4/2016 prin care se pun la dispoziţia proiectanţilor datele necesare calculelor clădirilor cu
acoperişuri de forme diferite. Se reţine indicaţia din acest act normativ referitoare la completarea
datelor respective prin cercetări teoretice folosind metode numerice moderne şi cercetări
experimentale în tunelul aerodinamic. Se recomandă monitorizarea influenţei vântului asupra
serelor de pe acoperişuri prin folosirea accelerometrelor sau a sistemului RTK-GPS, dar şi utilizarea
fundamentelor teoretice ale similitudinii la cercetarea în tunelul aerodinamic a influenţei vântului
asupra unor modele de sere amplasabile pe acoperişurile clădirilor. În capitolul 5, intitulat „Cercetări teoretice privind solicitările structurilor de rezistenţă ale
serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor” se prezintă la început principiul modelării și analizei
CFD (Computational Fluid Dynamics) a curgerii aerului pe sere, având drept obiectiv determinarea
forțelor și momentelor care acționează asupra serei, forțe și momente generate de către acțiunea
vântului, precum și vizualizarea formelor de curgere a aerului pe suprafețele exterioare ale serei.
Pentru îndeplinirea acestui obiectiv se utilizează soft-ul ANSYS 15.0, care are la bază metoda
elementului finit. S-au considerat cinci modele de sere, cu acoperişurile cu două sau patru pante, cu
unghiuri de înclinare diferite. Modelele au fost expuse acţiunii frontale şi laterale a vântului cu
viteze de 10, 15, 20, 25, 27,5 şi 30 m/s. Rezultatele permit comparaţii între comportamentele celor
cinci modele la acţiunea curentului de aer.
Capitolul 6, intitulat „Cercetări experimentale privind solicitările structurilor de rezistenţă ale
serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor” are ca obiectiv principal măsurarea în tunelul
aerodinamic a presiunilor/sucţiunilor şi forţelor de împingere care se exercită pe suprafeţele
frontale, laterale şi pe acoperişurile unor machete de sere amplasabile pe acoperişurile clădirilor, la
acţiunea frontală şi laterală a vântului, care suflă cu viteze diferite. În acest scop s-au realizat cinci
machete de sere, cu suprafeţele bazelor şi înălţimile egale, dar cu acoperişurile cu două sau patru
pante, cu unghiuri de înclinare diferite. Presiunile s-au măsurat simultan în 16 orificii practicate pe
pereţii verticali frontali şi laterali precum şi pe pantele acoperişurilor, evidenţiindu-se valorile
presiunilor/sucţiunilor pe suprafeţele respective. Pentru măsurarea forţelor de împingere s-a realizat
un dispozitiv suplimentar care s-a ataşat machetelor, astfel încât să se poată utiliza tijele etalonate
din dotarea tunelului aerodinamic. Din compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi
experimentale, dar şi cu cele din normative, se confirmă corectitudinea alegerii metodelor şi a
modului de conducere a acestor cercetări. În capitolul 7, intitulat „Concluzii finale” se face o sinteză a concluziilor cu care se încheie fiecare
capitol din lucrare, grupate în concluzii generale şi concluzii privind cercetările teoretice şi
experimentale. Se evidenţiază contribuţiile personale ale autorului şi se fac propuneri privind direcţiile
de continuare în viitor a cercetărilor la această temă.
*
Lucrarea a fost realizată sub îndrumarea ştiinţifică a domnului prof. univ .dr. ing. Gheorghe
BRĂTUCU, căruia îi adresez mulţumiri pentru încrederea, sprijinul şi înalta competenţă cu care m-a
îndrumat pe tot parcursul programului de pregătire şi de elaborare a tezei de doctorat.
Adresez, de asemenea, mulţumiri cadrelor didactice din cadrul Facultăţii de Alimentaţie şi Turism de
la Universitatea Transilvania din Braşov, pentru atenţia acordată în activitatea de pregătire şi susţinere a
examenelor şi referatelor la doctorat, conducerii Departamentului de Design de Produs, Mecatronică şi
Mediu de la Universitatea Transilvania pentru posibilitatea de a utiliza la cercetările experimentale
tunelul aerodinamic pe care îl au în dotare.
Nu în ultimul rând, mulţumesc familiei mele pentru sprijinul moral şi afectiv şi pentru înţelegerea de
care a dat dovadă pe tot parcursul elaborării acestei teze de doctorat.
Braşov, octombrie 2016 Eduard Cătălin BADIU
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 5
1. IMPORTANŢA, OBIECTIVELE ŞI PROGRAMUL DE CERCETARE
ALE LUCRĂRII DE DOCTORAT
1.1 Importanţa lucrării de doctorat
Industrializarea masivă din ultimul secol, precum şi necesităţile unei populaţii tot mai
numeroase au contribuit decisiv la apariţia şi dezvoltarea unor fenomene deosebite, printre care şi
efectul de seră, considerat drept cauza principală a modificărilor climatice contemporane, în special
a procesului de încălzire globală. Noţiunea de încălzire globală s-a format şi cristalizat în cadrul
unui concept mai larg, care priveşte dezvoltarea durabilă, apărut la mijlocul secolului al XX-lea, la
care au aderat rapid o mulţime de organizaţii guvernamentale şi neguvernamentale, precum şi
personalităţi marcante ale mediului ştiinţific, cultural, economic şi social din toată lumea, care într-o
primă etapă au tras semnale de alarmă asupra cauzelor şi efectelor încălzirii globale, după care s-a
trecut la propuneri şi măsuri concrete, pe baza cărora să se diminueze acest proces şi să se dea o
şansă la o existenţă normală şi generaţiilor viitoare.
Alături de hotărârile majore referitoare la reducerea emisiunilor de gaze cu efect de seră, la
înlocuirea parţială a consumurilor energetice din surse neregenerabile cu energii provenite din surse
curate (regenerabile şi nepoluante), la stoparea defrişărilor necontrolate a pădurilor etc., au apărut şi
iniţiative mai puţin spectaculoase, dar relevante sub aspectul îmbunătăţirii mediului în care trăiesc
locuitorii planetei, în special a celor din marile aglomerări urbane. Trebuie precizat că aceşti
locuitori sunt expuşi atât efectelor proceselor specifice schimbărilor climatice generale, dar şi
poluărilor de tot felul, care se manifestă în zonele urbane.
Iniţiativa referitoare la înverzirea oraşelor se înscrie în rândul acestor lăudabile contribuţii pe
care locuitorii marilor oraşe o pot aduce la diminuarea efectelor încălzirii globale, aceasta
presupunând, pe lângă conservarea şi eventuala extindere a spaţiilor verzi din zonele urbane,
menţinerea curăţeniei acestora la standardele vieţii contemporane, managementul eficient al
deşeurilor menajere, reducerea poluării fonice etc. De mare interes se bucură în momentul de faţă
acţiunile referitoare la înverzirea clădirilor, în sensul cultivării pe acoperişurile şi terasele acestora a
unor plante şi arbuşti ornamentali, care să confere locuitorilor oraşelor un mediu de viaţă mai
prietenos şi să reducă din cantităţile de gaze cu efect de seră emise în aceste aglomerări urbane. Pe
această temă numeroase ţări europene, SUA şi Japonia au legiferat norme precise de protecţie a
spaţiilor verzi existente şi de creştere a acestora, prin asigurarea încă din fazele de proiectare şi
construcţie a unor clădiri prevăzute cu acoperişuri vegetale.
Realizarea de acoperişuri verzi a mobilizat un număr impresionant de specialişti în horticultură,
arhitectură peisagistică, agronomie, geologie, hidro şi termoizolaţii etc., care au făcut ca această
iniţiativă să aducă numeroase avantaje respectivelor clădiri şi să diminueze până la eliminare
riscurile unor disfuncţiuni generate de factorii climatici. Marele dezavantaj al acoperişurilor verzi
din oraşele aflate în zonele temperate constă în faptul că 4…5 luni din fiecare an acestea nu sunt
active, adică vegetaţia nu poate exista din cauza temperaturilor scăzute.
Acest dezavantaj poate fi eliminat dacă în locul acoperişurilor verzi deschise, se vor amplasa pe
acoperişuri spaţii protejate de tipul serelor existente la nivelul solului. Literatura de specialitate
semnalează cu frecvenţă mărită apariţia unor asemenea sere, în care funcţiile ecologice şi recreative
sunt completate în mare măsură cu elemente de natură economică, prin cultivarea de legume sau
flori destinate pieţei. Se remarcă multitudinea de forme constructive şi faptul că problemele serelor
de pe acoperişurile clădirilor sunt de o asemenea complexitate, încât ele formează obiectul
cercetărilor din marile universităţi din Europa, SUA şi Japonia. Dacă serele amplasate pe sol au deja
câteva forme consacrate, dintre care fabricanţii îşi aleg modelele, în cazul serelor amplasate pe
acoperişurile clădirilor situaţia este mult diferită, în sensul că formele sunt impuse de arhitecţii
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 6
urbanişti, nivelul solicitărilor provocate de vânturi este diferit, iar presiunile cu care acestea apasă
pe acoperişuri au limite severe.
Cele mai multe dintre aceste cercetări se referă la materialele de construcţie, soiurile de plante
cultivabile sau la modul în care se pot asigura factorii de vegetaţie ai plantelor în serele respective.
Mai puţin se abordează aspectele referitoare la solicitările la care sunt supuse aceste sere din partea
intemperiilor, în special a vântului. Folosirea codurilor de proiectare generală a acoperişurilor
clădirilor este obligatorie, dar poate fi nesatisfăcătoare în situaţia în care la amplasarea unei sere pe
un acoperiş existent trebuie să se aibă în vedere şi restricţiile constructive ale serelor de pe sol, care
sunt diferite de cele ale acoperişurilor clasice.
Proiectarea unei sere care să fie amplasată pe un acoperiş presupune cunoaşterea aprofundată a
tuturor cerinţelor (restricţiilor) impuse serelor de pe sol pentru asigurarea factorilor de mediu ai
plantele cultivate, a formelor constructive şi a echipamentelor pentru reglarea şi controlul
climatizării, iluminatului, compoziţiei atmosferei etc. De interes este şi faptul că în serele de pe sol
majoritatea lucrărilor sunt mecanizate, în timp ce în serele de pe acoperişuri acestea trebuie
automatizate. De asemenea, în serele de pe sol suportul principal pentru creşterea sistemului
radicular al plantelor este solul natural, iar în cele de pe acoperişuri cultivarea plantelor se face
practic numai în sistem hidroponic.
Amploarea deosebită pe care a cunoscut-o construcţia de sere în Uniunea Europeană a obligat
comisia de specialitate a acestei organizaţii să adopte mai multe standarde şi regulamente referitoare
la tipizarea dimensională a unor forme consacrate, cu avantaje importante pentru tipizarea
dimensională a tuturor echipamentelor şi instalaţiilor care deservesc serele de pe sol.. În România se
poate folosi la aprecierea solicitărilor exercitate de vânt asupra construcţiilor, inclusiv a celor cu
sere pe acoperişuri “Codul de proiectare- valuarea acţiunii vântului asupra construcţiilor”, indicativ
CR 1-1-4/2012”, pus în concordanţă cu legislaţia europeană din domeniu [146].. Prevăzând posibilitatea apariţiei în activitatea practică a unor situaţii atipice, de genul construcţiilor cu
sere pe acoperişuri, în normativul specificat se precizează la capitolul 1.4 „Proiectarea asistată de
încercări” următoarele aspecte:
1. Pentru evaluarea acţiunii vântului asupra construcţiei şi a răspunsului acesteia se pot utiliza
şi rezultate ale încercărilor în tunelul aerodinamic şi/sau ale metodelor numerice, utilizând
modele adecvate ale construcţiei şi ale acţiunii vântului.
2. Pentru efectuarea de încercări experimentale în tunelul aerodinamic, acţiunea vântului
trebuie modelată astfel încât să fie respectate (i) profilul vitezei medii a vântului şi caracteristicile
turbulenţei în amplasamentul construcţiei.
Pornind de la aceste precizări , în această lucrare de doctorat se cercetează cinci modele de sere
amplasabile pe acoperişurile clădirilor, care au suprafeţele bazelor şi înălţimile identice, dar care
se deosebesc prin numărul de pante ale acoperişurilor şi prin unghiurile pantelor respective, ceea
ce conferă modelelor volume şi suprafeţe laterale diferite ale suprastructurilor.. Modelele de sere
au acoperişurile cu două sau cu patru pante, de forme asemănătoare celor exemplificate ca modele
de calcul specificate în CR.1-1-4/2012, iar unghiurile de înclinare ale acestora se încadrează între
cele înscrise în documentul respectiv.
Pentru aceste modele s-au simulat prin metoda elementelor finite presiunile,forţele de împingere
şi momentele de răsturnare pe care le exercită vântul care suflă cu viteze de 10, 15, 20, 25, 27,5 şi
30 m/s, din direcţiile frontală şi laterală. Pentru cele cinci modele de sere au fost realizate machete
corespunzătoare, care au fost introduse în tunelul aerodinamic şi supuse acţiunii vântului, în
condiţii identice cu cele avute în vedere la simularea teoretică şi cu respectarea cerinţelor Codului
de proiectare CR.1-1-4/2012.
În urma prelucrării datelor cercetărilor experimentale s-au calculat coeficienţii de rezistenţă
aerodinamică ai serelor respective la acţiunea frontală şi laterală a vântului care suflă cu vitezele
specificate, obţinându-se valori diferite pentru fiecare model, dar şi uşor mai mari decât cele
precizate în Codul CR.1-1-4/2012 pentru clădirile cu acoperişuri clasice.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 7
În lucrare nu se face un model de calcul propriu-zis al structurii de rezistenţă a unei sere,
considerându-se că aceasta este o activitate de specialitate a inginerilor din domeniul construcţiilor
civile, ci se completează literatura de specialitate cu date suplimentare, utile proiectanţilor
respectivi.
1.2. Obiectivele lucrării de doctorat
Obiectivul principal al lucrării de doctorat îl constituie stabilirea prin simulare teoretică şi prin
cercetări experimentale în tunelul aerodinamic a presiunilor, forţelor şi momentelor de
răsturnare pe care vântul care suflă cu diferite viteze le exercită asupra serelor amplasate pe
acoperişurile clădirilor şi determinarea coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ai diferitelor
forme de astfel de sere.
Atingerea acestui obiectiv presupune parcurgerea secvenţială şi rezolvarea unor obiective
subsidiare, cele mai importante dintre acestea fiind:
stabilirea unui program de cercetare complex, prin care să se pună la dispoziţia proiectanţilor şi
fabricanţilor de spaţii protejate amplasate pe acoperişurile clădirilor a unor metode de cercetare
teoretică şi experimentală şi a unor date care să conducă la completarea cunoştinţelor din acest
domeniu;
realizarea unui studiu privind evoluţia conceptului de oraş verde şi a efectelor acestuia, la nivel
global şi asupra populaţiei din marile aglomerări urbane, cu evidenţierea contribuţiei zonelor verzi
de pe sol, a acoperişurilor verzi , inclusiv a serelor de pe acoperişurile clădirilor la reducerea
efectelor poluării sub toate formele şi la creşterea confortului fizic şi psihic al populaţiei;
analiza cerinţelor plantelor cultivabile în serele amplasate pe acoperişurile clădirilor,
referitoare la factorii de vegetaţie specifici, astfel încât acestea să fie compatibile cu formele şi
dimensiunile serelor şi cu materialele utilizate la construcţia acestora;
studiul asemănărilor şi deosebirilor dintre elementele de construcţie şi instalaţiile de iluminare,
climatizare, irigare etc. ale serelor amplasate pe sol şi pe acoperişurile clădirilor şi precizarea
particularităţilor de care trebuie să se ţină seama la alegerea celor din urmă;
analiza legislaţiei româneşti şi europene, dar şi a celor mai reprezentative rezultate la nivel
mondial referitoare la metodele de calculul şi monitorizare a serelor amplasate pe acoperişurile
clădirilor, expuse acţiunii vântului, inclusiv prin utilizarea unor elemente din teoria similitudinii;
simularea prin metoda elementelor finite a solicitărilor la care sunt expuse cinci modele de
sere, de înălţimi identice, dar cu unghiuri de înclinare a pantelor acoperişurilor şi cu numere de
pante diferite, la acţiunea frontală şi laterală a vântului, care suflă cu viteze diferite;
cercetarea experimentală în tunelul aerodinamic a presiunilor şi forţelor de împingere pe care
le exercită vântul care suflă cu viteze diferite asupra părţilor frontale şi laterale ale unor machete
de sere, identice cu cele studiate teoretic prin simulare cu metoda elementelor finite;
stabilirea coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ai diferitelor forme se sere amplasate pe
acoperişurile clădirilor, la acţiunea laterală şi frontală a vântului, care suflă cu viteze diferite;
analiza, interpretarea şi compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale şi
stabilirea unor concluzii referitoare la solicitările mecanice pe care le exercită acţiunea vântului
asupra serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor.
1.3. Programul general de cercetare în lucrare
Pentru rezolvarea completă a obiectivului principal şi a obiectivelor subsidiare specificate, a fost
necesară întocmirea unui program complex de studiu şi cercetare a cărui schemă simplificată se
prezintă în figura 1.1.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 8
Fig. 1.1. Programul general de cercetare în lucrarea de doctorat
Analiza importanţei conceptului de oraş verde şi rolului
său în diminuarea efectelor negative ale încălzirii globale
asupra populaţiei urbane
Analiza stadiului actual al realizărilor în domeniul
acoperişurilor verzi şi al serelor amplasate pe sol și pe
acoperişurile clădirilor
Analiza cerinţelor plantelor cultivate în serele amplasate
pe acoperişurile clădirilor,referitoare la factorii de
vegetaţie pe care trebuie să-i asigure acestea
Analiza standardelor şi normelor europene şi româneşti
referitoare la condiţiile impuse la calculul şi proiectarea
serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor
Analiza, interpretarea şi stabilirea concluziilor rezultate în
urma cercetărilor teoretice şi experimentale
Concluzii finale
Compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi
experimentale şi îmbunătăţirea programului teoretic de
simulare
Analiza stadiului actual în domeniul principiilor şi
metodelor de calcul şi monitorizare a solicitărilor serelor
amplasate pe acoperişurile clădirilor
Cercetarea experimentală în tunelul aerodinamic a
comportării serelor la acţiunea vântului
Cercetarea teoretică prin simulare prin metoda
elementelor finite a comportării serelor amplasate pe
acoperişurile clădirilor la acţiunea vântului
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 9
2. ASPECTE ACTUALE PRIVIND APARIŢIA ŞI EVOLUŢIA
CONCEPTELOR DE ORAŞ VERDE, ACOPERIŞ VERDE ŞI SERĂ PE
ACOPERIŞ
2.1. Conceptul de „oraş verde” şi relaţiile sale cu urbanizarea şi încălzirea
globală
Noţiunea de oraş verde este tot mai des vehiculată în contextul accentuării efectului de seră si a
creşterii continue a gradului de poluare pe întreaga planetă. Într-un oraş verde se regăsesc aspectele
care fac viaţa urbană mai sănătoasă, mai plăcută şi mai prietenoasă cu ecosistemele înconjurătoare.
Oraşele verzi folosesc pe scară largă energiile regenerabile, încurajează multe unităţi economice
care utilizează tehnologii mai puțin poluante, promovează un mod de viaţă sănătos şi au adoptat
reguli de protecţie a mediului şi strategii moderne pentru a dezvolta noi activități ecologice [5].
Urbanizarea mai puţin controlată realizată în ultimele decenii , mai ales în ţările în curs de
dezvoltare, dar şi în cele din Europa de Est şi chiar din unele regiuni dezvoltate ale lumii, s-a făcut
de multe ori prin încălcarea unor norme urbanistice de bază, cum ar fi cea referitoare la asigurarea
unor suprafeţe verzi / albastre, capabile să reducă din efectele negative pe care aglomerările urbane
le provoacă mediului ambiant. Multe organizaţii mondiale, continentale, zonale sau statale au
adoptat recomandări, directive sau legi prin care locuitorii oraşelor să beneficieze de condiţii
decente de trai, din punct de vedere al mediului ambiant.
În România, Constituţia stipulează în articolul 35 „dreptul oricărei persoane la un mediu
înconjurător sănătos şi echilibrat ecologic”. În acest context, Legea nr. 24/2007 [105], privind
reglementarea şi administrarea spaţiilor verzi din zonele urbane stabileşte că „Statul recunoaşte
dreptul fiecărei persoane fizice la un mediu sănătos, accesul liber pentru recreare în spaţiile verzi
proprietate publică, dreptul de a contribui la amenajarea spaţiilor verzi, la crearea aliniamentelor
de arbori şi arbuşti, în condiţiile respectării prevederilor legale în vigoare” (art. 6). În aceeaşi lege,
spaţiile verzi urbane sunt definite ca o reţea mozaicată sau un sistem de ecosisteme seminaturale,
al cărui specific este determinat de vegetaţie (lemnoasă, arborescentă, floricolă şi erbacee) şi
cuprind parcuri, scuaruri, aliniamente plantate sau terenuri libere, neproductive din intravilan (art.
6) [129]. Prin această lege se „reglementează administrarea spaţiilor verzi, ca obiective de interes
public, în vederea asigurării calităţii factorilor de mediu şi stării de sănătate a populaţiei” (art. 1).
De mare importanţă sunt instituţiile statului care trebuie să aplice regulile referitoare la
asigurarea legislaţiei respective sau să verifice şi să semnaleze situaţiile în care drepturile
cetăţenilor sunt încălcate. Se evidenţiază în acest sens Institutul de Cercetare a Calităţii Vieţii dar şi
unele ONG-uri cu preocupări ecologiste, care aduc în atenţia opiniei publice numeroase situaţii
incorecte.
În cele 319 aşezări urbane din România, unde trăieşte 55,2% din populaţie, ca urmare a tendinţei
permanente de extindere a spaţiului construit, în special în ultimele decenii, s-a înregistrat, de cele
mai multe ori, o diminuare a suprafeţei spaţiilor verzi [138]. Astfel, dacă între anii 1980-1990
suprafaţa spaţiilor verzi urbane din România a crescut de la 169,62 la 220,81 km2, respectiv cu 30%,
ulterior, aceasta a înregistrat un trend descendent până în 2006, când s-a produs un uşor reviriment,
ajungând la 202, 69 km2
. Datorită acestei situaţii, s-a ajuns ca suprafaţa medie a spaţiului verde
urban în România să fie astăzi de numai 18 m2/locuitor, în timp ce, în Europa, aceasta este frecvent
de 25 m2/locuitor. Având în vedere că Norma Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii este de 50
m2/locuitor, iar standardele Uniunii Europene sunt de 26 m
2/locuitor, rezultă că populaţia oraşelor
din România nu dispune, în multe cazuri, de necesarul minim de spaţii verzi ( Municipiul Bucureşti
deţine doar o suprafaţă medie de 9,67 m2/locuitor).
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 10
La marile probleme cu care se confruntă majoritatea oraşelor lumii, precum intensificarea
traficului, poluarea atmosferică, criza de locuinţe, acumularea de deşeuri etc., se adaugă şi
reducerea, pe alocuri dramatică, a spaţiilor verzi, prin convertirea acestora în suprafeţe ocupate cu
construcţii [135]. Restrângerea spaţiilor verzi accentuează masiv riscurile ecologice urbane, având
un impact negativ imediat asupra viabilităţii şi sustenabilităţii acestora, asupra calităţii vieţii şi stării
de sănătate a populaţiei. De aceea, în ultima vreme, numeroşi agenţi sociali se implică în ofensiva
creşterii, prin diverse mijloace a suprafeţelor verzi urbane, în foarte multe ţări ale lumii. Este vorba,
printre altele, despre aşa-numita gherilă verde, care este foarte activă şi îşi propune crearea de spaţii
verzi cât mai largi şi cât mai numeroase, în special în zonele urbane cele mai aglomerate din
Japonia, Statele Unite, Marea Britanie, Germania, Canada, Australia ş.a. [117]. Conceptul de
gherilă verde (guerrilla gardening) a fost lansat de Liz Christy împreună cu grupul său Green
Guerrilla, în anul 1973, prin iniţiativa de a transforma, într-o adevărată grădină, o zonă întinsă din
Bowery Houston – New York. Grupul respectiv a reuşit să facă de nerecunoscut un uriaş teren viran
din oraş, transformându-l într-o splendidă grădină, pe bază de voluntariat [139].
Prima provocare legată de dezvoltarea urbană durabilă este aceea de a face oraşul să respire viaţă şi
să nu consume mai mult decât are nevoie. Vegetația este un element de bază, indiferent dacă există sau
nu înlăuntrul graniţelor oraşelor, deoarece reprezintă o parte vitală a metabolismului oraşului. Înverzirea
unui oraş poate evidenţia preocupările ecologice ale locuitorilor săi, îmbunătăţindu-le în acelaşi timp
sănătatea[76]. În prezent, spaţiul verde urban este definit variat, în funcţie de „modurile în care
influenţează diferitele aspecte ale vieţii umane şi ale sistemului urban ca întreg” [102].
În paralel cu curăţarea chimică şi fizică a atmosferei, vegetaţia realizează şi o epurare
bacteriologică a acesteia, distrugând o bună parte din microorganisme prin procesul de degajare a
oxigenului şi ozonului, îndeosebi de către conifere, şi nu numai [129]. Vegetaţia are un rol vital şi
în moderarea climatului urban. În oraşe, construcţiile şi suprafeţele pavate sau betonate creează un
climat urban specific, cu temperaturi mai ridicate şi o restricţie a circulaţiei aerului, ceea ce conduce
la producerea aşa-numitului efect de „insulă de căldură”. În contrast cu acesta, vegetaţia, prin
efectul de umbră şi de creştere a umidităţii aerului contribuie la crearea unui mediu mai confortabil.
De aici şi folosirea sintagmei „parcul – insulă răcoroasă”, în contrast cu „insula de căldură” urbană
[94]. Studiile climatologice susţin că, în apropierea pădurilor, temperatura medie a aerului, în zilele
de vară, este cu 2…3,5°C mai scăzută faţă de zonele libere neplantate din oraşe, şi cu 12…14°C
mai scăzută decât temperatura construcţiilor şi ariilor betonate şi asfaltate. Vegetaţia bogată
contribuie la creşterea umidităţii relative cu 7...14% în parcuri şi păduri, cu efect benefic asupra
zonelor limitrofe [4]. Un alt beneficiu adus de vegetaţie îl constituie atenuarea poluării fonice.
Spaţiile verzi, în special cele arboricole compacte, constituie adevărate bariere pentru zgomote,
contribuind semnificativ la reducerea nivelului acestora, în perioada de vegetaţie.
Populaţia urbană din România nu poate ignora faptul că în multe oraşe pot fi întâlnite numeroase
spaţii intravilane, de diverse mărimi, abandonate (aflate în litigiu sau cu proprietari necunoscuți), nu
rareori având rolul de depozite pentru gunoaie [138]. În alte ţări, în acelaşi spirit, al creşterii zonelor
verzi din oraşe, există şi alte exemple demne de urmat. De exemplu, în anul 2008, municipalitatea
din Tokyo a avut iniţiativa plantării celei mai înalte cortine verzi din lume (29 m), pe o clădire
importantă ocupată cu birouri din partea centrală a oraşului. Aceasta a determinat reducerea
efectelor emisiilor de dioxid de carbon din zonă, a diminuat consumul de energie din timpul verii
(cu aparatele de aer condiţionat) şi, nu în ultimul rând, a probat noua tehnologie verde a Japoniei.
Datorită acesteia, pe timpul verii, temperatura din birouri a scăzut cu 4°C, ceea ce a dus la
extinderea acestei iniţiative pe tot mai multe clădiri japoneze. Plantele sunt sădite în mici containere
cu pământ, aşezate pe acoperişurile clădirilor şi sunt alimentate cu apă prin sisteme de senzori care
fac procesul extrem de eficient.
Din această prezentare se constată că „oraşul verde” înseamnă mai mult decât existenţa unei
suprafeţe verzi minime raportată la numărul de locuitori. La aceasta trebuie să se adauge și alte
aspecte prin intermediul cărora mediul urban să fie tot mai prietenos cu locuitorii săi. Trebuie să se
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 11
pornească de la o legislaţie corectă, care să fie respectată de toţi cetăţenii, să se continue cu
educarea populaţiei în spiritul respectului faţă de mediu (inclusiv prin aplicarea unor măsuri
coercitive faţă de vinovaţi), să se rezolve problema curăţeniei şi a managementului deşeurilor, să se
găsească soluţiile potrivite pentru transportul urban, pentru încălzirea locuinţelor etc. Oraşul verde
reprezintă o contribuţie semnificativă la diminuarea procesului de încălzire globală prin absorbţia
sau filtrarea de către vegetaţie a gazelor cu efect de seră şi reducerea temperaturii în exces pe care o
degajă oraşul modern.
2.2. Apariţia şi evoluţia acoperişurilor verzi
O componentă importantă a conceptului de „oraş verde” se referă la cultivarea de plante pe
acoperişurile şi în balcoanele clădirilor din marile oraşe, menite să îmbunătăţească calitatea aerului
şi să confere un aspect mai uman acestor oraşe [95]. Printre preocupările care suscită un interes tot
mai crescut se află şi crearea de acoperişuri verzi, respectiv clădiri pe care să se cultive gazon, flori,
legume sau arbuşti, dezvoltându-se chiar şi adevărate spaţii ecologice. Prin cultivarea florilor sau
legumelor pe acoperişurile şi terasele clădirilor se redă naturii o parte din suprafaţa de care a fost
lipsită prin construcţia respectivelor imobile, se completează şi evidenţiază arhitectura acestora şi se
conferă marilor aglomerări urbane un aspect mai prietenos, uneori având efecte economice
importante. O denumire sugestivă pentru clădirile „înverzite”, este şi aceea de „fermă verticală”
(vertical farm)[33] sau „acoperiş vegetal”(vegetated roof) [81]..
Istoria evoluţiei ideilor referitoare la acoperişurile verzi (VR) şi transpunerea lor în practică îl
consideră ca promotor pe arhitectul peisagist german Hans Luz, care a realizat în anii 1960…1970
primele acoperişuri pe care se cultivau plante în perioada caldă a anului. Aceleaşi idei au fost
promovate în perioada respectivă la Universitatea Hohenhaim din Stuttgart, Germania, cea mai
veche universitate cu profil horticol din lume. În anul 1975 s-a înfiinţat Societatea Germană de
Cercetare, Dezvoltare şi Construcţii Peisagistice FLL (non profit), iar în Marea Britanie s-a fondat
în anul 1990 Asociaţia Profesioniştilor în Acoperişuri Verzi-FBB. De asemenea, în anul 1997 a luat
fiinţă Federaţia Europeană a Acoperişurilor Verzi-EFB, iar în acelaşi an s-a înfiinţat în Canada
Organizaţia Acoperişuri Verzi pentru Sănătatea Oraşelor [81].
Toronto este primul oraş din lume care a aprobat o legislaţie care obligă pe proiectanţii noilor
construcţii să aibă în vedere acoperişuri verzi sau, altfel spus, ecologice. Programul eco-
acoperişurilor a fost lansat de autorităţile oraşului, care au luat această măsură, receptive fiind la
semnalele de alarmă privind dinamica încălzirii globale [130].
În legislaţia germană din acest domeniu se abordează pentru prima dată în lume aspecte precise
prin care se promovează construirea acoperişurilor verzi, ca elemente ale protecţiei naturii la nivel
federal. Se pun la dispoziţie codurile de construcţie ale clădirilor cu asemenea acoperişuri,
încadrarea lor în peisajul citadin etc. În spiritul acestei legislaţii, începând din anul 1980 în Stuttgart
este aplicat un Program de renovare urbană, iar din 1988 în Berlin s-a impus ca, în cazul în care o
clădire ocupă din zona verde, să fie prevăzută cu un acoperiş verde, a cărui suprafaţă să redea
naturii o parte echivalentă. Circa 43% dintre oraşele germane oferă stimulente importante celor care
construiesc clădiri prevăzute cu acoperişuri verzi. În România Ministerul Mediului a lansat un
program numit Casa Verde Plus prin care, alături de alte aspecte cu caracter ecologic vor fi
finanţate şi terasele verzi, unde pot fi amenajate grădini sau alte spaţii verzi[142] O terasă verde de
40 m2 ar costa circa 20.000 de lei. Ministerul Mediului a realizat un ghid al programului, din care se
poate afla care este suma maximă pe care o poate primi fiecare beneficiar. Tot atunci a fost demarat
şi programul Casa Verde Clasic, prin care vor fi finanţate panouri solare şi sisteme de încălzire
ecologice.
O previziune relativ optimistă referitoare la acest aspect este prezentată în figura 2.1, în care
acoperişurile actualelor blocuri de locuinţe din orașele României, dar şi ale altor clădiri
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 12
asemănătoare, ar putea fi „înverzite”, efortul financiar iniţial urmând să fie compensat de avantajele
multiple specificate anterior [96].
Fig.2.1.Acoperişuri verzi ale unor blocuri din Bucureşti-proiect [96]
Conform cercetărilor efectuate de Penn State Center for Green Roof Research din Pennsylvania
State University din SUA [128], avantajele montării unui acoperiş ecologic sunt evidente, fapt
remarcat şi în figura 2.2.
Fig. 2.2. Variaţia temperaturii suprafeţei unui acoperiş
standard, comparativ cu cea a unui acoperiş verde [128]
Datorită apariţiei a unei multitudini de materiale deosebit de performante, există posibilitatea
înfiinţării de culturi direct în solul dispus pe suprafaţa de acoperiş alocată. În figura 2.3 este
prezentat un exemplu de amenajare pentru cultivarea plantelor de mici dimensiuni pe acoperişul St.
Luke's International Hospital din Akashi, Tokyo (foto: Ian Muttoo on Flick) [113], iar în figura 2.4
Variaţia temperaturii mediului ambiant
Variaţia de temperatură a unui acoperiş standard
Variaţia de temperatură la suprafaţa unui acoperiş
verde
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 13
se prezintă un acoperiş de 120 m2 din Shaoxing, provincia Zhejiang, China, unde s-a cultivat cu
succes orez [108].
Fig. 2.3. Acoperişul ecologic al St. Luke's
International Hospital, Akashi, Japonia [113]
Fig. 2.4: Cultivarea orezului pe un acoperiş
din Shaoxing, provincia Zhejiang, China [108]
De asemenea, trebuie alese plante a căror dinamică să se potrivească unui astfel de proiect, care să
fie viabile timp îndelungat şi care să poată fi uşor înlocuite cu altele similare [95].
În întreaga lume s-au imaginat şi multe proiecte futuriste, un exemplu semnificativ fiind prezentat
în figura 2.5. [149].
Fig.2.5: Proiect futurist de construcţie “eco” [149].
Călătorii pot admira acoperişul verde al aeroportului din Amsterdam (Olanda), unde arhitecţii
peisagişti au reuşit să realizeze un mediu ambiental util şi plăcut [119].
Din cele prezentate rezultă că înfiinţarea unui acoperiş verde (ecologic) prezintă o serie de
avantaje, dintre care se pot enumera:
reţinerea apei pluviale, deoarece preîntâmpină scurgerea rapidă a apei cu până la 75%;
reducerea consumului energetic în spaţiul de sub acoperiş, atât în anotimpul rece, cât şi vara,
acţionând ca un adevărat izolator termic;
protecţia hidroizolaţiei faţă de radiaţiile ultraviolete, precum şi de ciclurile îngheţ-dezgheţ,
extinzându-i astfel durata de viaţă;
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 14
îmbunătăţirea calităţii aerului din mediul urban, deoarece plantele filtrează aerul şi absorb
dioxidul de carbon;
folosind acoperişurile verzi în proiecte de agricultură urbană se poate crea şi un sistem
alimentar local pentru comunitate;
îmbunătăţirea aspectului estetic şi obţinerea unor spaţii cu destinaţii recreative etc.
Trebuie reţinut că realizarea unui acoperiş verde este o acţiune de mare complexitate. Aşa cum
remarca Mary Ann Uhlmann în capitolul 5 al lucrării [81], la un asemenea proiect trebuie să
participe: botanişti; horticultori specializaţi în mediul ambiant (pentru selecţia şi întreţinerea
plantelor), în ştiinţe horticole aplicate şi în cercetarea academică horticolă; agronomi cunoscători
ai interacţiunilor dintre plante şi sol, precum şi ai tehnologiilor agricole; specialişti în ştiinţa
solului; geologi; ecologişti; arhitecţi peisagişti; ingineri specialişti în construcţii civile, termo şi
hidro izolaţii, instalaţii de irigare şi de climatizare etc.
Acoperişurile ecologice pot reduce costurile de încălzire sau condiţionare a aerului din locuinţe
cu până la 26%, asigurând o izolare termică optimă la nivelul întregului an, potrivit studiilor
realizate de producătorul de aditivi şi materiale de construcţii Sika România. Un alt avantaj al
acestui tip de învelitori este reprezentat de capacitatea plantelor din care este alcătuit de a absorbi
poluarea din atmosferă şi de a diminua cantitatea emisiilor de gaze cu efect de seră. In prezent,
gradul de promovare şi implementare a acoperişurilor verzi este în creştere la nivel mondial.
Actualmente, în Germania, 10% din totalul acoperişurilor sunt ecologice, iar in Elveţia normele
legislative impun ca orice învelitoare nou-construită cu o suprafaţă mai mare de 500 m2 să fie
realizată cu utilizarea unui astfel de sistem [108].
Prezintă interes şi rezultatul din anul 2016 al concursului organizat de Primăria Parisului referitor
la reabilitarea unui număr de 22 clădiri de patrimoniu cu vechime de până la 300 de ani. Din cele
810 echipe de arhitecţi participante la concurs au câştigat 22 de echipe, care au inclus în proiecte
elemente de”înverzire” a clădirilor respective.
2.3. Apariţia şi evoluţia serelor pe acoperişurile clădirilor
Realizarea unui număr tot mai mare de acoperişuri şi terase verzi este o acţiune de mare interes
practic, la care aderă un număr tot mai mare de localităţi urbane, organisme,organizaţii şi cetăţeni,
convinşi de rolul şi importanţa acestui demers. Reglementările din acest domeniu devin tot mai
coerente, ceea ce oferă speranţe de îmbunătăţire a condiţiilor de viaţă din marile oraşe şi de
reducere a ritmului de creştere a încălzirii globale. Totuşi, în zonele temperate acoperişurile sunt cu
adevărat verzi circa 6-8 luni pe an, în restul timpului efectele acestora fiind mult diminuate. O
îmbunătăţire a acestei situaţii o reprezintă amplasarea de spaţii protejate pe acoperişuri, în care
plantele să poată fi cultivate pe tot parcursul anului [4].
Fig.2.7. Tipuri de sere produse de Nexus Corporation SUA [133]
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 15
Până nu demult considerată o utopie, ideea înfiinţării unor sere pe acoperişurile blocurilor de
locuinţe, ale întreprinderilor sau instituţiilor de tot felul, prinde tot mai mult teren, această
amenajare nefiind numai o oază de linişte, ci şi un mod prin care se poate reduce poluarea, nivelul
de zgomot, cantitatea de praf si dioxid de carbon din atmosferă etc. [9]. Nu trebuie neglijat nici
aspectul economic pe care îl poate oferi o asemenea seră.
Unul din marii producători mondiali de sere este compania nord americană Nexus Corporation.
Aceasta produce de peste 10 ani, printre altele, şi sere destinate amplasării pe acoperişuri (fig.2.7)
[133].
Un astfel de proiect, prezentat in figura 2.8, a fost realizat pentru Florida State University.
Fig. 2.8 Sere amplasate pe acoperişul clădirii Florida State University [133]
În urma cererilor s-au mai amplasat sere şi pe alte construcţii cum ar fi Arkansas State
University, University of California, Centralia Community College etc..
Materialul folosit pentru structura de rezistenţă este aluminiul extrudat, iar pentru acoperire s-a
utilizat sticla acrilică [52].
Cultivarea plantelor în sere se realizează preponderent în sistem hidroponic.
In figura 2.9 este prezentată o cultură înfiinţată într-o seră pe acoperiş la Gotham Greens-
Greenpoint, New York, SUA.
Fig.2.9: Sera construită pe acoperiş din Gotham Greens-Greenpoint, New York, SUA. [120]
Un alt exemplu de seră amplasată pe acoperiş este prezentat în figura 2.10. Aceasta se află pe
acoperişul unui depozit din Montreal, Canada, are o suprafaţă totală de 3.000 m2 şi în ea se cultivă
în regim hidroponic, roşii, vinete, morcovi şi alte plante şi legume [131].
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 16
În contextul importanţei cultivării plantelor în sere amplasate pe acoperişuri, semnificativ este
faptul că, cel puţin deocamdată, preţul plătit pe chiria acoperişului este modic.
Fig.2. 10. Sera în Montreal, Canada(Lufa Farms) [131]
O seră construită din policarbonat pe structura ultrauşoară, situată pe acoperişul unei parcări
(garaj) din Tucson, SUA, se poate vedea în figura 2.11.
Fig. 2.11: Sera in Tucson, Arizona [147]
Un model de microfermă futuristă, destinată amplasării pe acoperiş (Globe/ Hedron),
proiectată de arhitectul italian Antonio Scarponi împreună cu Urban Farmers, va fi realizată pe
structură din bambus şi va fi comercializată în viitorul apropiat. Această seră, prezentată în figura
2.13, poate asigura necesarul de plante şi legume proaspete pentru o familie de 4 persoane, pe tot
parcursul anului [103].
Fig. 2.13. Ferma Globe/ Hedron[103]
Exemplele de sere amplasate pe acoperişurile clădirilor sunt numeroase, ele înmulţindu-se în
permanenţă, atât în Europa, cât şi în SUA [53].
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 17
3. STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN DOMENIUL CONSTRUCŢIEI ŞI
ECHIPĂRII SERELOR AMPLASATE PE SOL ŞI PE ACOPERIŞURILE
CLĂDIRILOR
3.1. Stadiul actual şi tendinţe în construcţia de sere amplasate pe sol și pe
acoperişurile clădirilor
Consideraţii generale. Spaţiile protejate pentru cultivarea plantelor amplasate pe sol sunt
construcţii complexe, la a căror proiectare şi realizare practică trebuie să se ţină seama de numeroşi
factori dependenţi de cerinţele şi caracteristicile plantelor, de condiţiile locale de climă, de
materialele de construcţie disponibile, de sursele şi echipamentele cele mai economice de încălzire,
irigaţii, ventilaţie etc. Cu toate acestea, se constată că practica a validat cu precădere câteva forme
şi dimensiuni de sere amplasate pe sol, care satisfac atât cerinţele plantelor cultivate referitoare
la factorii de vegetaţie, dar sunt şi competitive sub aspect economic.
Consultând realizările practice de spaţii protejate amplasate pe acoperişurile clădirilor se
constată că acestea sunt de o mare diversitate de forme şi dimensiuni. Această situaţie poate fi
considerată normală dacă serveşte ca experiment pentru extinderea ulterioară a iniţiativei. Dacă se
doreşte o înmulţire semnificativă a serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor este nevoie ca pe
lângă specialiştii precizaţi în capitolul 2.2 referitor la înfiinţarea acoperişurilor verzi, să fie
consultaţi şi implicaţi şi alţii, precum: arhitecţii urbanişti, care să precizeze formele şi dimensiunile
acceptabile ale construcţiilor respective; inginerii specialişti în construcţii civile, care să aleagă
materialele cele mai potrivite şi să dimensioneze corect construcţiile respective; fabricanţii de
asemenea construcţii, adaptate la funcţionarea lor pe acoperişuri; fabricanţii de echipamente pentru
încălzire, ventilaţie, irigaţii, întreţinerea culturilor etc., adaptate acestor tipuri de spaţii protejate[14]
Rezultă că cei care îşi propun să contribuie la transpunerea în practică a conceptului de oraş
verde prin amplasarea de spaţii protejate pe acoperişurile clădirilor trebuie să cunoască mai întâi
toate aspectele caracteristice unor asemenea construcţii amplasate pe sol, să stabilească
asemănările şi deosebirile dintre ele şi apoi să treacă la proiectarea, realizarea şi echiparea
corectă a acestora.
Importanţa spaţiilor protejate, clasificarea şi structura lor. Spaţiile protejate pentru
culturi horticole sunt construcţii în care factorii de vegetaţie ai plantelor sunt dirijaţi sau realizaţi
artificial. Apărute în secolul al XIX-lea în Marea Britanie, pe lângă locuinţele marilor fermieri sau
ale unor veterani reîntorşi din colonii, acestea au servit la început ca locuri pentru cultivarea sau
studierea unor specii de plante exotice, pentru care clima europeană era necorespunzătoare. Ulterior
spaţiile respective au devenit şi locuri de recreere şi de petrecere a unor momente plăcute în sezonul
rece, în compania musafirilor.
Abia în secolul al XX-lea spaţiile protejate au intrat în circuitul economic, prin intermediul lor
oferindu-se consumatorilor legume şi flori proaspete în sezoanele în care acestea nu pot vegeta în
spaţiile deschise. De mare importanţă s-a dovedit a fi folosirea spaţiilor protejate pe post de
răsadniţe, ceea ce permite obţinerea mult mai timpurie a legumelor proaspete în câmp.
Sarcina principală a spaţiilor protejate este de a facilita crearea şi păstrarea condiţiilor optime
pentru cultivarea plantelor, independent sau cu o dependenţă controlată faţă de condiţiile
climaterice exterioare [20]. Aceste „condiţii optime” se caracterizează printr-un set de factori şi
parametri fizici legaţi de natura şi cerinţele plantelor cultivate in interior. Prin optim se înţelege cea
mai favorabilă combinaţie a microclimatului din punctul de vedere al cantităţii de energie naturală,
radiaţiei infraroşii, temperaturii aerului şi umidităţii relative, temperaturii solului şi conţinutul său
de apă, concentraţiei de CO2, mişcării aerului etc. [34].
Cultivarea intensivă a plantelor horticole în interiorul spaţiilor protejate este posibilă deoarece
construcţia este acoperită cu un înveliş transparent radiaţiilor solare. Radiaţiile solare de unde scurte
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 18
pătrund în interiorul spaţiilor prin înveliş, ajung pe suprafaţa plantelor sau pe sol, de unde se
reflectă sub formă de unde lungi [22]. Undele lungi, infraroşii, nu reuşesc să pătrundă prin înveliş şi
se reflectă către interiorul spaţiului protejat, încălzind aerul din interior. Acest fenomen este efectul
de seră.
Clasificarea spaţiilor protejate se realizează după : tipul şi materialul învelişului(răsadniţe,
solarii, sere; materialele de construcţie folosite [28]( cu schelet din lemn, beton, oţel galvanizat
etc.); activitatea care se desfăşoară în spaţiile protejate (producţie, înmulţitor, specială); regimul de
căldură (încălzite, semi-încălzite, neîncălzite); gradul de mobilitate ( fixe, demontabile, mobile);
tipul constructiv ( sere bloc, sere individuale reci, denumite şi sere solar); caracteristicile
materialului în care sunt amplasate rădăcinile plantelor (sere clasice, în care rădăcinile plantelor se
dezvoltă în sol, sere speciale, la care solul este înlocuit de alte materiale, care reţin apa şi
substanţele nutritive aduse încontinuu în zona rădăcinilor).
Construcţia serelor. Sera este o construcţie specială în care factorii de mediu sunt reglaţi în
funcţie de cerinţele plantelor. Principala sarcină a mediului termic creat în interiorul serei este de a
pune la dispoziţia plantelor suficientă căldură pentru a menţine şi promova procesele optime de
viaţă, dar şi de a le proteja împotriva îngheţului sau a supraîncălzirii [44]. Principalele cerinţe impuse construcţiei serelor se referă la:
• să asigure accesul optim al radiaţiei solare la plante;
• să asigure condiţii de temperatură uniforme în interiorul spaţiului;
• să fie etanşe, pierderile de căldură să fie minime;
• să permită mecanizarea şi automatizarea lucrărilor;
• să fie ieftine, să se construiască uşor, să se folosească în construcţia lor componente
prefabricate;
• să fie durabile, rezistente la coroziune;
• să necesite consum redus de metal;
• să reziste la solicitările vântului şi la greutatea zăpezii.
Serele bloc sunt până în prezent construcţiile cele mai importante pentru cultivarea plantelor
protejate. Sunt construite pentru o perioadă mai lungă, trebuie să asigure rezistenţă mare la vânt, la
zăpadă şi să ofere posibilitatea utilizării mijloacelor mecanice.
O seră bloc este formată prin asamblarea de tronsoane realizate sub formă de schelet [50], din
profile metalice standardizate, zincate şi acoperite cu sticlă.
Tronsonul este modulul de seră, care prin asamblare repetată realizează sera bloc si reprezintă
suprafaţa cuprinsă între două rânduri de stâlpi. Tronsonul este format din mai multe travee.
Traveea este suprafaţa cuprinsă între patru stâlpi. Traveele sunt dispuse în linie pe lungimea unui
tronson. Asamblarea tronsoanelor se realizează prin jgheaburi.
Fig.3.1. Elementele constructive ale serelor bloc .[46]
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 19
Jgheabul este elementul de legătură între două tronsoane şi totodată serveşte pentru scurgerea
apei din precipitaţii.
Principalele elemente constructive ale serelor bloc sunt prezentate în figura 3.1. [46]
Fundaţia 1, din beton armat şi stâlpii de susţinere 4, confecţionaţi din oţel sunt elementele de
susţinere. Pe zidul de frontispiciu 2 este montată uşa glisantă 11. Peretele lateral 3 este rigidizat cu
ajutorul fermelor 10. Fermele sunt confecţionate din metal, leagă stâlpii şi conferă rigiditate şi
echilibru scheletului. Longeroanele 8 sunt grinzi de susţinere confecţionate din oţel. Unghiul de
înclinare al pantelor acoperişului variază între 26...35º. Coama 5 a acoperişului asigură prinderea
geamurilor la partea superioară şi este executată din profile de oţel T. Înălţimea coamei variază de
la 1,8...3,5...5,4 m. Blocurile sunt legate prin jgheaburile 6 din tablă zincată, pentru scurgerea apei
pluviale şi susţinerea structurilor 7, din metal, profil T, pe care se fixează geamurile 12.
Tronsonul de seră, atât din România, cât şi în străinătate are mai multe mărimi ( fig.3.2).
Fig.3.2. Dimensiunile tronsoanelor serelor bloc [46]
Deschiderea, respectiv distanţa dintre stâlpi variază de la 3,2 m la 6,4 m sau alţi multipli întregi:
9,6 m, 12,8 m şi chiar mai mare.
Studiile efectuate au scos în evidenţă faptul că cel mai mic consum de metal şi cu cost redus îl
reprezintă sera cu deschiderea de 3,2 m. [50].
Importanţa şi avantajele serelor bloc înalte se referă la [45]:
o condiţiile de climă sunt uniforme;
o instalaţia de aerisire se situează la înălţime mai mare, astfel că se realizează o aerisire mai
pronunţată; ferestrele sunt mari; la unele variante suprafaţa de aerisire este 36...56 % [45];
o se pot cultiva plante mai înalte, cu creştere continuă, nedeterminată; astfel va creşte gradul
de utilizare a spaţiului; creşte rentabilitatea procesului cultivării;
o se pot folosi maşini şi utilaje cu dimensiuni de gabarit mai mari;
o se montează uşor perdelele de umbrire;
o investiţia este mai mică, deoarece lipsesc pereţii despărţitori dintre travee. Totuşi există o
suprafaţă limită de circa 1 ha, care nu se recomandă a fi depăşită fără compartimentare adecvată, în
vederea asigurării uniformităţii temperaturii [61], [35].
Serele solar. Sera solar sau sera rece este o combinaţie între seră şi solar, care a apărut în
urma crizei energetice. Este realizată pe un singur tronson de 60...75m, cu lăţimea de 6m şi
înălţimea de 3,59m.
Nu este prevăzută cu instalaţie de încălzire, captându-se doar energia solară. Uşa glisantă de
2,4m permite intrarea agregatelor pentru executarea mecanizată a lucrărilor solului. Se construiesc
grupate în bloc, cu drumuri de acces şi instalaţii de apă pentru udare, de obicei cu furtun de irigare.
Avantajele prezentate de aceste spaţii protejate se referă la:
•se înlătură consumul anual şi repetat de folie de polietilenă pentru acoperire;
•au durată mai mare de exploatare decât solariile;
•coeficientul de risc al cultivării este aproape nul;
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 20
•se auto-descarcă de zăpadă;
•sera solar este un captator solar, care face posibile acumulările calorice în aer şi sol, permiţând
plantarea timpurie, primăvara şi prelungirea culturilor, toamna;
• în spaţiile rămase între serele-solar se pot cultiva plante de câmp, fiind mai protejate de vânt,
ţi având o microclimă mai favorabilă.
Fig.3.4. Sere solar aşezate în bloc .[46]
Comparativ cu serele bloc, serele simple prezintă şi avantajul că asigură condiţii mai bune de
lumină, în special în timpul iernii când acest factor este deficitar, fiind folosite adeseori ca sere
înmulţitor. Având o suprafaţă mai mare de contact cu exteriorul şi un volum mai redus de aer în
interior, aceste sere au pierderi mult mai mari de căldură, se degradează mai intens, iar consumul de
metal pentru schelet este mai mare faţă de serele bloc[2], [3]
În figura 3.4. se prezintă sere solar aşezate în bloc, cu drumuri de acces şi spaţii între
construcţii.
Cerinţele plantelor faţă de spaţiile de cultură protejate. Indiferent dacă plantele se află pe
sol, pe acoperişurile clădirilor sau în spaţii protejate amenajate pe aceste acoperişuri, pentru a exista
ele au nevoie de o serie de condiţii, cunoscute sub denumirea de factori de vegetaţie sau factori de
mediu.
Prin factori de vegetaţie se înţeleg acele elemente care participă direct la fenomenele care se
desfăşoară în plante (respiraţia, fotosinteza, transpiraţia, absorbţia elementelor nutritive şi
transportul lor) şi care sunt indispensabile vieţii acestora. Acestea sunt: lumina, căldura, apa, aerul
şi elementele nutritive. Dintre alţi factori care influenţează pozitiv creşterea şi dezvoltarea plantelor
se mai pot reţine electricitatea şi radioactivitatea[21].
Practica şi cercetarea agricolă au stabilit că factorii de vegetaţie nu acţionează izolat, ci
împreună, influenţându-se reciproc [29].
Raporturile existente între factorii de vegetaţie se pot formula astfel:
pentru creşterea şi dezvoltarea lor, plantele au nevoie de prezenţa simultană a factorilor de
vegetaţie, astfel încât nici unul dintre aceştia nu poate fi înlocuit prin altul;
toţi factorii de vegetaţie au importanţă egală, egalitate care se referă la rolul lor fiziologic,
calitativ, în sensul că dacă unul dintre factori lipseşte, viaţa plantelor nu este posibilă, chiar dacă
ceilalţi factori sunt în cantităţi suficiente. Din punct de vedere cantitativ factorii de vegetaţie nu sunt
egali, pentru că, de exemplu, plantele consumă mai mult azot decât cupru, mai multă apă decât
substanţe nutritive etc.
Ştiinţa care se ocupă cu studiul factorilor de vegetaţie se numeşte agrotehnica [38]. În plus,
aceasta are în vedere mijloacele tehnice de dirijare a acestor factori, pentru sporirea continuă a
fertilităţii solului şi obţinerea unor recolte cantitativ şi calitativ superioare, cu cheltuieli minime.
Agrotehnica se mai poate defini şi ca ştiinţa sistemului sol-plantă, adică ştiinţa dirijării tuturor
factorilor care conduc la creşterea fertilităţii solului.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 21
Plante cultivabile în serele amplasate pe acoperişurile clădirilor. Cultura plantelor în spaţii
protejate [28], spre deosebire de alte ramuri de producţie agricolă, oferă posibilitatea obţinerii de
recolte mari, prin cultivarea de 2-3 specii în cursul aceluiaşi an. Rotaţia plantelor se realizează prin
culturi succesive sau asociate.
Practicarea culturilor succesive este posibilă doar dacă se cunosc particularităţile biologice ale
plantelor care urmează a fi cultivate [39]. Datorită marii diversităţi a speciilor horticole, cu ritm de
creştere şi cu o perioadă de vegetaţie variabilă, este posibilă practicarea culturilor succesive în
spaţiile protejate.
Tendinţa actuală cea mai evidentă referitoare la cultivarea legumelor şi florilor în spaţiile
protejate este de a se renunţa la culturile intercalate şi de a se cultiva într-un ciclu de vegetaţie o
singură specie sau gen de plantă. Prin aceasta se pot automatiza operaţiile de asigurare a luminii,
temperaturii, umidităţii, substanţelor nutritive, conţinutului de CO2, combaterea bolilor şi
dăunătorilor etc., indiferent de condiţiile climatice exterioare, perioada calendaristică din an sau
faza de vegetaţie a plantei. De asemenea, această tendinţă este susţinută mult, în special în cazul
serelor de pe acoperişuri, şi de practicarea cultivării unor plante perene în sistem hidroponic.
Cele mai importante legume cultivate în spaţiile protejate în România sunt [12]:
• plante legumicole din familia solanacee, de la care se consumă fructele: tomatele, ardeiul,
pătlăgele vinete;
• plante legumicole din familia cucurbitacee: castraveţii, pepenele galben, dovlecelul comun;
• plante din grupa verzei: varza albă, conopida, broccoli, gulia;
• plante de la care se consumă rădăcinile tuberizate: ridichea de lună, morcovul;
• plante de la care se consumă frunzele: salata, spanacul, pătrunjelul pentru frunze, mărarul;
• plante din grupa cepei: ceapa comună sub formă de ceapă verde;
• plante floricole de o mare diversitate.
În continuare se vor prezenta câte o plantă legumicolă și una floricolă, cultivate în mod
frecvent în sere (în teză se dau mai multe asemenea exemple), cu specificarea unor caracteristici
biologice şi a cerinţelor faţă de factorii de vegetaţie (mediu), pe care serele trebuie să le asigure
plantelor respective.
Tomatele (fig.3.5)
Fructele de tomate se situează în rândul legumelor deosebit de valoroase din punct de vedere
alimentar. Acestea se consumă în cele mai variate regiuni ale globului, în stare proaspătă, prelucrată
sau conservată. Au conţinut ridicat de vitamine, zaharuri, substanţe minerale, aminoacizi si acizi
organici, precum şi un important rol de catalizator în metabolismul organismului omenesc.
În regiunile de origine (Peru), cu climat tropical, se comportă ca plantă perenă. În condiţiile din
România tomatele se cultivă în câmp liber ca plantă anuală; în sere vegetaţia se poate prelungi mai
mulţi ani.
Particularităţi biologice ale plantei [132]
Rădăcina principală fiind pivotantă, pătrunde la adâncimi mari, într-un sol bine prelucrat, astfel
că prezintă rezistenţă sporită la secetă. Datorită faptului că în cultura tomatelor se foloseşte răsadul,
Fig.3.5. Fructe de tomate
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 22
la operaţia de repicare rădăcina principală suferă leziuni, ceea ce favorizează ramificarea ei şi
răspândirea pe suprafaţa solului, până la 25 cm. Ramificaţia depinde de temperatura solului. Rezultă
că tomatele transplantate necesită cantităţi optime de apă în stratul superficial al solului şi
efectuarea atentă a lucrărilor de întreţinere.
Tulpina are talie diferită în funcţie de specie şi variază între 30...300 cm, (în condiţiile patriei de
origine 5...7 m). Tulpina poate să crească continuu din vârf, are creştere nedeterminată, existând
însă şi soiuri care au talie scundă, cu creştere determinată. Tulpina prezintă lăstari, formând copili la
subsuoara frunzelor. Plantele de tomate lăsate să crească fără nici o intervenţie formează tufe mari,
înfloresc abundent, formează fructe multe, dar mici. În practica agricolă se intervine cu lucrarea de
copilit, pentru dirijarea fructificării. În contact cu pământul tulpina emite rădăcini adventive, de
aceea se poate planta mai adânc.
Inflorescenţa si floarea: Tomatele prezintă o inflorescenţă cu aspect de ciorchine. În cazul
condiţiilor nefavorabile de mediu se manifestă fenomenul căderii florilor în care nu a avut loc
fecundarea. Acest fenomen apare mai frecvent în sere, unde dirijarea factorilor de lumină şi
temperatură este mai greoaie. Evitarea fenomenului de avort al florilor se poate realiza prin tratare
cu biostimulatori sau prin aplicarea de polenizare cu mijloace fizice (scuturare, vibrare).
Fructul este o bacă cărnoasă, având forma sferică, uşor turtită. Suprafaţa este netedă, uşor
crestată sau încreţită, funcţie de soi. Culoarea este roşie, de diferite nuanţe, portocalie sau galbenă.
Cerinţe specifice faţă de factorii de mediu [86]
Căldura este un factor climatic care acţionează direct asupra plantelor. Tomatele sunt foarte
pretenţioase la căldură. Temperatura optimă în timpul vegetaţiei este de 22±7ºC, variaţia
temperaturii fiind suportată de plantă în intervalul de 10...32ºC, însă oscilaţiile mari sunt
nefavorabile dezvoltării acestora. Temperatura care asigură condiţii favorabile germinării
seminţelor este de 20...22ºC. Temperatura în zona radiculară în timpul vegetaţiei trebuie să fie de
18...20ºC.
Lumina. Tomatele sunt legume foarte pretenţioase la lumină. Dirijarea luminii se corelează cu
condiţiile de temperatură şi cu umiditatea solului. Trebuie asigurată intensitatea luminii de 5.000..
.10.000 lucşi la temperatura de 19ºC, 10.000...20.000 lucşi la temperatura de 21ºC, 20.000...30.000
lucşi la 23ºC, iar la temperatura de 25ºC peste 30.000 lucşi. Dezvoltarea favorabilă a tomatelor se
înregistrează la o durată a zilei lumină de 12...14 ore.
Apa. Se consideră că tomatele au un consum relativ scăzut de apă. Consumul total de apă al
culturilor de tomate în spaţii protejate este de 340...450 l/m2. Consumul de apă depinde de faza de
vegetaţie, de anotimp, de condiţiile de lumină si temperatură. Umiditatea solului trebuie menţinută
la 60...70%, iar umiditatea relativă a aerului la 60...70%.
Substanţele nutritive se introduc în sol sau în substratul de cultură prin fertilizarea de bază şi prin
fertilizarea fazială, sub formă de gunoi de grajd sau îngrăşăminte chimice. Consumurile totale de
macroelemente ale culturilor de tomate în spaţii protejate se recomandă să aibă valorile: N: 24...27,8
g/m2, P2O5: 5,4...13,2 g/m
2, K2O: 36,4...37,8 g/m
2, gunoi de grajd: 10...20 kg/m
2.
Plantele floricole se cultivă tot mai mult în România, în sere clasice sau în variantele
hidroponice, rezultatele economice îndemnând un număr în continuă creştere de agricultori să se
preocupe de acest domeniu (fig. 3.10) [114]. De asemenea, aceste plante sunt cultivate cu mare
succes în serele amplasate pe acoperişurile clădirilor.
În ceea ce priveşte substratul de cultură, udatul, fertilizarea, dar şi aclimatizarea, plantele
floricole nu au cerinţe foarte deosebite comparativ cu plantele legumicole.. Florile se pot cultiva în
solul serei, în ghivece sau jardiniere cu pământ sau în varianta hidroponică, în vase de forme şi
mărimi adecvate dimensiunilor specifice florii în cauză.
În principiu, se recomandă cultivarea în sere a unor specii floricole cu perioada de producţie
întinsă pe un număr cât mai mare de ani şi dirijarea factorilor de mediu în aşa fel încât recolta de
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 23
bază să se obţină în anumite perioade din lunile reci, când cererea mare de flori poate fi satisfăcută
numai din culturile realizate în spaţiile protejate.
Fig. 3.10. Interiorul unei sere pentru flori[114]
Gerbera L.(fig.3.14) este un gen de plante din familia Asteraceae (familia margaretelor). A
fost numită astfel în onoarea botanistului şi medicului german Traugott Gerber (1710-1743), care a
fost un prieten al lui Carl Linnaeus. Gerbera este nativă din regiunile tropicale din America de Sud,
Africa și Asia. Speciile de gerbera poartă un capitul mare, cu flori colorate în galben, portocaliu,
alb, roz sau roşu. Capitul, care are aspectul unei singure flori, este de fapt compus din sute de flori
individuale. Morfologia florilor variază în funcție de poziția lor în capitul. Capetele de flori pot fi
mici, de circa 7 cm (Gerbera mini 'Harley') sau mai mari, cu un diametru de până la 12 cm (Gerbera
„Golden Serena‟).
De multe ori aceeași floare poate avea petale de mai multe culori. Gerbera este, de asemenea,
importantă în comerț.
Fig. 3.14. Gerbera [123]
Este a cincea floare taiată dintre cele mai folosite din lume (după trandafir, garoafă, crizantemă şi
lalea). Este, de asemenea, utilizată ca un organism model în studierea formării de flori. Gerbera
conține în mod natural derivați de cumarină. Gerbera este o plantă perenă delicată. Este atractivă
pentru albine, fluturi și / sau păsări, dar rezistentă la acţiunea animalelor.
Cerinţe specifice faţă de factorii de mediu. Gerbera este o specie sensibilă la temperaturile
scăzute, iarna temperatura nu trebuie să scadă sub 12..15ºC, iar vara vegetează bine la temperaturi
de 18…20ºC. Manifestă cerinţe mari şi faţă de temperatura la nivel radicular (10…20ºC). Faţă de
lumină are cerinţe mijlocii spre mari, producţia depinzând de acest factor. Faţă de umiditate are
cerinţe moderate în sol (60%) şi în aer (75%). Excesul de umiditate în substratul de cultură
favorizează îmbolnăvirea rădăcinilor. Gerbera necesită substraturi uşoare (nisipoase), bine aerisite,
afânate, bogate în materii organice, drenate, cu pH-ul între 5,5…6,5.
3.2. Particularităţi ale tehnologiilor de cultivare a plantelor în serele
amplasate pe acoperişurile clădirilor
Deosebirile principale dintre tehnologiile de cultură în spaţii protejate ale legumelor și florilor se
referă la folosirea pe scară largă a ghivecelor pentru flori, cu pământ sau în varianta hidroponică.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 24
Culturi floricole în ghivece şi jardiniere.[137] În floricultură, cultura plantelor în ghivece
poate avea caracter temporar (pentru plantele anuale sau perene semirustice, la care se urmăreşte
devansarea perioadei de vegetaţie pentru grăbirea înfloritului) sau permanent (la speciile folosite
pentru decorarea interioarelor). Se cultivă în ghivece specii decorative prin flori (Cyclamen,
Cineraria, Primula, Sinningia, Gerbera), precum şi specii decorative prin frunze (Peperomia,
Aucuba, Dracaena (fig. 3.16).
Lucrările care vizează înfiinţarea culturilor floricole în ghivece se referă la: alegerea ghivecelor,
pregătirea amestecurilor de pământuri, pregătirea vaselor, plantarea etc.
.
Fig. 3.16. Cultivarea florilor în ghivece [124]
Jardinierele au de regulă formă rectangulară, sunt confecţionate din plastic, lemn sau ceramică şi
se folosesc pentru cultura plantelor care decorează pervazul, balconul (muşcate, begonii etc.).
Coşurile şi ghivecele suspendate se folosesc pentru cultura plantelor curgătoare (Petunia,
Lobelia, Begonia „pendula”, ferigi). Sunt confecţionate din sârmă, plasă sau din materiale
biodegradabile şi necesită vas pentru scurgerea apei la baza lor.
Fertilizarea de bază se face la pregătirea substratului de cultură, care se compune de regulă din
mraniţă, pământ de grădină, turbă etc., în anumite părţi. Dacă la analiza de laborator a substratului
pregătit, elementele nutritive de bază (N, P, K) sunt sub valoarea optimă speciei care urmează a fi
cultivată, se calculează dozele necesare şi se adaugă îngrăşăminte chimice simple sau complexe
pentru a corecta deficienţa constatată. Materialul biologic folosit pentru înfiinţarea culturilor la
ghivece poate fi reprezentat de seminţe (palmieri), răsaduri (Cinerari, Calceolaria, Primula,
Asparagus, Cyclamen, Begonia tuberhybrida), material vegetativ rezultat din butaşi (cactuşi,
muşcate, azalee, ficuşi, begonii, trandafir chinezesc), tuberculi (Begonia tuberhybrida, Gloxinia),
rădăcini tuberizate (asparagus), bulbi (Hippeastrum), fragmente rezultate din despărţire (ferigi,
bromelii, Cyperus, Sansevieria), plante altoite (cactuşi).
Culturi legumicole şi floricole în sistem hidroponic.Cultivarea legumelor şi florilor fără a
le planta în pământ se numeşte cultură hidroponică.
Chiar din denumire se înţelege că plantele – legumele sau florile - sunt cultivate în apa în care au
fost dizolvate substanţe nutritive (fig. 3.17) [126].
Totuşi, aceasta este numai una din multele metode utilizate. Toate celelalte metode pot fi grupate
sub denumirea de culturi "fără pământ", în această categorie fiind incluse culturile în nisip sau
pietriş şi cele care folosesc alţi înlocuitori ai pământului, cum ar fi rumeguşul, talaşul sau
vermiculita (substanţe minerale)..
Fig.3.17. Sisteme hidroponice de cultivare a legumelor[126]
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 25
Automatizarea administrării substanţelor nutritive la culturile hidroponice.Atât în
serele clasice, cât mai ales în cele în care plantele se cultivă în varianta hidroponică, un număr tot
mai mare de lucrări trec din faza de mecanizare în cea de automatizare. Această dezvoltare este
avantajoasă în serele de tip monocultură şi mult mai dificilă sau chiar imposibilă pentru serele
mixte [99]. Pe baza unui program complex, care ţine seama de necesităţile unei plante referitoare la
factorii de mediu, pe toată durata de vegetaţie a acesteia, unul sau mai multe computere
supraveghează în permanenţă caracteristicile mediului din interiorul şi din exteriorul serei, pe baza
cărora comandă regimurile de lucru ale sistemelor de reglare a temperaturii, ventilaţiei , umidităţii
aerului şi solului, conţinutului de CO2 etc..
Această automatizare se poate realiza numai dacă sera a fost proiectată şi construită pentru a fi
înzestrată cu echipamente comandabile prin computer. De asemenea, pentru situaţii extreme este
necesară o sursă suplimentară de alimentare cu apă şi un grup electrogen, care să furnizeze
energia electrică până la restabilirea situaţiei normale.
3.3.Stadiul actual şi tendinţe privind materialele folosite la construcţia serelor
amplasate pe acoperișurile clădirilor
Materiale folosite pe suprafeţele de contact cu planşeele clădirilor. Posibilitatea de a
dezvolta culturi de plante direct pe suprafața acoperișurilor clădirilor este realizabilă și datorită
apariției în ultimul timp a unei game largi de noi materiale, denumite „inteligente”[6].
Fig. 3.18. Materiale produse de firma Carlisle SynTec. SUA ca substrat pentru plantele cultivate pe
acoperişurile clădirilor [134]
Cultivarea plantelor în serele de pe acoperişuri se poate face pe infrastructuri adecvate cu
cerinţele şi caracteristicile morfo-fiziologice ale diverselor specii. Astfel, infrastructurile de mică
adâncime pot fi utilizate la cultivarea gazonului, cele de adâncime medie sunt potrivite pentru
cultivarea de flori, iar cele de adâncime profundă, pentru arbuști și copaci. Astfel de structuri,
comercializate de compania Carlisle SYNTEC din SUA sunt exemplificate în figura 3.18 [134].
Un astfel de acoperiș reduce influența factorilor climatici (vânt, ploaie, soare), este un izolator
de sunet bun și, nu în ultimul rând, este o modalitate de a utiliza acest spațiu pentru recreere și
relaxare.
Un alt exemplu de amenajare pentru cultivarea plantelor de mici dimensiuni pe acoperişul
clădirilor este prezentat in figura 3.19. Acest sistem este un concept al firmei PAUL BAUDER
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 26
GMBH & Co. KG din Stuttgart, Germania, aceasta fiind totodată şi producătorul principal de
sisteme de acoperişuri verzi din Europa, cu o vechime de peste 150 de ani în domeniu [100]. Acest
acoperiş verde este alcătuit dintr-un strat 1 de sol şi plante, aşezat pe un strat de acoperire rezistent
la străpungere, format dintr-o membrană bituminoasă 2, aditivată cu elastomeri, având o inserţie de
armare dintr-un voal de poliester 3 şi o suprafaţă acoperită cu ardezie verde 4. Sub aceste straturi se
află două straturi termoizolatoare, respectiv o membrană hidroizolatoare 5 şi o placă
termoizolatoare înclinată 6. Bariera de vapori 7 este fixată de structura portantă 9 printr-un strat de
grund 8
Fig.3.19. Materiale produse de firma PAUL BAUDER GMBH & Co. KG din Stuttgart, Germania ca
substrat pentru plantele cultivate pe acoperişurile clădirilor [100]
. Materiale folosite pentru structura de rezistenţă a serelor.Materialele cele mai des
folosite în construcţia serelor sunt:
• metalul: are profil mic, care are efect de umbrire scăzut, este rezistent, se poate monta şi
demonta uşor (fig.3.20). În scopul realizării structurii de rezistenţă a serelor situate pe acoperișuri
este folosit în principal aluminiul, datorită greutății specifice reduse, rezistenței mecanice bune și
rezistenței ridicate la coroziune. Un exemplu de utilizare a profilelor din aluminiu extrudat pentru
conectarea a două panouri din policarbonat, cu garnitură de cauciuc pentru etanșare este prezentat în
figura 3.19 [116].
Fig. 3.20. Profile de aluminiu utilizate pentru structura de rezistenţă a serei de pe acoperiş [116]
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 27
• lemnul: are rezistenţă scăzută, deci necesită profil mare, care are umbră mai pronunţată; este
folosit tot mai puţin;
• betonul: este folosit pentru construirea fundaţiei şi aleilor;
Materiale transparente folosite pentru închiderea pereţilor laterali şi acoperişurilor
serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor.Materialelor utilizate pentru închiderea pereţilor
laterali şi a acoperişurilor spaţiilor protejate, inclusiv a celor amplasate pe acoperişurile clădirilor,
trebuie să satisfacă o serie de cerinţe impuse de necesitatea asigurării factorilor de mediu ai
plantelor cultivate, dar şi de cerinţele de urbanism şi de solicitările mecanice exercitate de vânt,
zăpadă, ploi, cutremure etc.
Cele mai importante cerinţe impuse materialelor respective se referă la:
să fie cât mai transparente, respectiv să lase fluxul luminos din exterior să pătrundă
nestingherit în spaţiul de cultură al plantelor aflate în interiorul spaţiilor respective,
să prezinte rezistenţă cât mai mare la solicitările mecanice exercitate de vânt, zăpadă, ploi,
cutremure etc.;
să aibă masa specifică minimă, pentru a nu suprasolicita structura de rezistenţă a serelor sau
solariilor, mai ales în cazul în care acestea sunt amplasate pe acoperişurile clădirilor;
să se poată monta şi demonta rapid şi fără deteriorări;
să evite accidentarea personalului de deservire, dar şi protejarea plantelor în situaţia
producerii unor fenomene naturale extreme sau a unor accidente nedorite;
să-şi păstreze transparenţa şi celelalte caracteristici pe o perioadă de exploatare cât mai
îndelungată;
să fie accesibile din punct de vedere al raportului fiabilitate/preţ etc.
Materialele care îndeplinesc în proporţii acceptabile aceste cerinţe şi care se utilizează pentru
închiderea pereţilor laterali şi acoperişurilor serelor sunt: sticla, acrilul, policarbonul, panourile de
poliester cu fibră de sticlă, panourile de polietilenă, polivinilul etc.
Sticla este materialul obţinut în urma răcirii rapide a unui amestec de: nisip cuarţos (SiO2),
în special fără oxizi de fier; fondanţi (Na2CO3, Pb3O4), cu rolul de a micşora temperatura de apariţie
a topiturii; stabilizatori - cu rolul de a mari rezistentele sticlei la acţiunea apei
Caracteristicile sticlei de construcţii.
Toate caracteristicile sticlei de construcţii depind de structura, defectele, tensiunile si respectiv
de procesul de fabricaţie, în genera, şi se referă la:
densitatea sticlei, în funcţie de compoziţia chimică variază între 2200…6800 kg/m3. Sticla
de construcţii are densitatea în jur de 2500 kg/m3;.
sticla are o mare stabilitate chimică si dimensională;
nu este higroscopică şi nici combustibilă, putând avea caracteristici electro - izolante.
prezintă o transparenţă ridicată pentru radiaţii luminoase, dar e impermeabilă pentru
acţiunea razelor infraroşii şi ultraviolete;
sticla se caracterizează prin duritate mare şi rezistenţe mecanice ridicate.(ex.:rezistenţa la
compresiune 300…1200 N/mm2).
Acrilul este rezistent la intemperii, nu se sparge uşor şi este foarte transparent. Rata de
absorbţie a radiaţiilor este mai mare decât la sticlă; folia dublă de acril transmite aproape 83% din
lumină şi reduce cantitatea de căldură pierdută la numai 20…40%. Materialul nu se îngălbeneşte.
Dezavantajele se referă la: poate lua foc, este scump şi se zgârie foarte uşor.
Policarbonul rezistă mai bine la impact şi este mai flexibil, mai uşor şi mai ieftin decât
acrilul. Foliile duble de policarbon transmit în jur de 75…80% din lumină şi reduc pierderea de
căldură la 40%. Materialul se zgârie uşor, are o rată mare de contracţie şi în aproximativ un an
începe să se îngălbenească şi să îşi piardă din transparenţă.
Panourile de poliester cu fibră de sticlă sunt durabile, arată bine şi au un preţ moderat. In
comparaţie cu panourile de sticlă sunt mai rezistente la impact şi transmit ceva mai puţină lumină;
în timp se îngălbenesc.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 28
Panourile de polietilenă sunt ieftine, dar nu pot fi folosite decât temporar, nu arată foarte
bine şi trebuie întreţinute cu mai multă atenţie decât în cazul celorlalte materiale transparente.. Sunt
distruse repede de razele ultraviolete ale soarelui; dacă sunt tratate cu substanţe speciale durează cu
12…24 luni mai mult decât cele netratate;
Polivinilul are o rată foarte mare de emitere a radiaţiilor şi de aceea creşte temperatura în
seră pe perioada nopţii. Este mai scump decât polietilena şi tinde să acumuleze praf.
3.4. Instalaţii şi echipamente specifice cultivării plantelor în sere
Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea şi controlul temperaturii în
sere.Temperatura în interiorul spaţiilor protejate este un factor de vegetaţie foarte important, care
influenţează şi pe ceilalţi factori esenţiali ai plantelor. Există trei praguri de temperatură pentru
fiecare plantă: temperatura minimă, temperatura optimă si temperatura maximă [64].
Temperatura optimă în spaţiile protejate se asigură artificial cu ajutorul diferitelor instalaţii de
încălzire, când temperatura tinde să scadă, sau cu instalaţii de răcire, când temperatura tinde să crească.
După modul de emitere a căldurii se deosebesc următoarele sisteme: încălzire prin conducte;
încălzirea aerului; încălzirea solului.
Agentul termic folosit în sere este aerul cald, apa caldă şi aburul. Se realizează din mai multe
surse de energie, care la rândul lor contribuie la formarea costului energiei.
Încălzirea cu abur se utilizează, de obicei, pentru dezinfecţia solului [1]. Ca agent de
climatizare se foloseşte rar, deoarece căldura se transmite prin radiaţii calorice.
Încălzirea electrică este neeconomică şi se utilizează numai în spaţiile experimentale.
Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea şi controlul umidităţii solului şi aerului în
sere.În spaţiile protejate lipsesc precipitaţiile naturale, apa necesară creşterii şi dezvoltării plantelor
fiind administrată artificial. Culturile se dezvoltă bine dacă se asigură regimul de umiditate
corespunzător [19],[66]. Apa folosită pentru irigare în spaţii protejate trebuie să aibă calitate bună,
adică se va analiza şi, în caz de nevoie, se va corecta [42]. Se utilizează instalaţii care servesc doar
la irigare sau instalaţii care realizează simultan irigarea şi fertilizarea [70], [71].
Instalaţia de irigare şi fertilizare serveşte la distribuirea apei şi a substanţelor nutritive necesare
dezvoltării corespunzătoare a plantelor cultivate. Aceasta constă dintr-un bazin de apă, conducte
aflate în subteran (drenuri) şi/sau pe suprafaţa solului. Apa se distribuie prin rigole, aspersiune sau
localizat, lângă plante.
Irigarea cu echipamente mobile, cu tuburi flexibile. Este metoda de irigarea cea mai simplă şi
destul de des utilizată. Furtunul este confecţionat din cauciuc armat cu pânză din fibre poliamidice.
Irigarea se execută de către muncitori, iar pentru uşurarea muncii, furtunul se poate înfăşura pe un
tambur, care se poate deplasa pe roţi. Metoda este simplă, se poate realiza cu cheltuieli minime, dar
necesită forţă de muncă numeroasă, iar gradul de uniformitate al apei administrate este scăzut.
Fig.3.22. Duze de pulverizare [46]
Irigarea prin aspersiune este o metodă frecvent folosită în practica horticolă în spaţiile
protejate. Instalaţia de irigare prin aspersiune permite irigarea cu conductă separată a fiecărui
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 29
tronson care face parte din construcţia spaţiului protejat. Permite automatizarea distribuirii apei şi
administrarea îngrăşămintelor chimice în apa de udare.
Picăturile se formează cu ajutorul duzelor, la presiunea minimă de 0,2MPa, folosind energia
cinetică prin ciocnirea jetului de apă care iese din duză, cu o suprafaţă rigidă.
Duzele folosite în irigarea prin aspersiune pulverizează jetul de apă sub formă circulară sau de
sector circular. În figura 3.22. duzele a, c, e pulverizează circular, iar duzele b, d, f în formă de
sector de 180º sau 270º. Cu ajutorul lor se poate realiza udarea plantelor de lângă alei şi pereţii
laterali.
Irigarea localizată conduce apa lângă fiecare plantă în parte. Apa este administrată:
• prin scurgere continuă prin tuburi perforate;
• prin picurare, folosind instalaţii speciale.
Avantajele acestei metode de irigare se referă la:
o apa se foloseşte mai raţional, se administrează cât este nevoie, nu influenţează umiditatea
relativă a aerului, se reduce pericolul apariţiei unor boli şi dăunători;
o nu este necesară modelarea terenului, astfel că ţi consumul de energie este mai redus;
o calitatea udării este bună.
Un substrat nutritiv ideal pentru creșterea și dezvoltarea plantelor în seră trebuie să se aibă în
unități relative volumetrice, următorul raport între principalele sale faze constituente: faza solidă
25% din volum; faza lichidă 42% și faza gazoasă 35% din volum. În practica horticolă se admit
valori minime de până la 50% din volum pentru faza solidă, 30% pentru faza lichidă și 20% pentru
faza gazoasă.
Datorită lucrărilor de întreținere, a influenței apei și a îngrășămintelor prin dispersia agregatelor
structurale și tasarea solului, valoarea și raportul principalelor faze constituente ale solului se
modifică considerabil în timpul unui ciclu de cultură. De exemplu, faza solidă reprezintă 25% la
plantare, dar ajunge la 35% după 6 luni, faza gazoasă de la 33% la plantare scade la 23% după 6
luni, iar faza lichidă rămâne fără modificări, la aceeași valoare de 42%.
Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea şi controlul ventilaţiei aerului în sere.
Instalaţia de ventilare este necesară pentru reglarea regimului termic şi pentru reîmprospătarea
aerului în vederea asigurării necesarului de CO2. Este formată, în general, din rame sau ferestre de
aerisire, care trebuie să ocupe cel puţin 20...25% din suprafaţa acoperişului şi dispozitive de
acţionare a ramelor. Ramele pot fi acţionate manual, mecanic sau automat.
Ventilaţia se realizează prin:• ventilaţie naturală;• ventilaţie forţată.
Deoarece ventilaţia naturală se datorează diferenţei de presiune a aerului din exterior şi din
interior, care la rândul ei depinde de diferenţa de nivel dintre centrul de masă al suprafeţei de intrare
a aerului rece şi centrul de masă al suprafeţei de permisie a ieşirii aerului din interiorul spaţiului, o
ventilaţie naturală bună se obţine în spaţiile concepute în aşa fel încât diferenţa de înălţime să fie cât
mai mare.
Fig.3.25. Sisteme de ventilaţie naturală la sere: a - ventilare frontală; b - ventilare laterală;c -
ventilare prin acoperiş; d - ventilare galerie; e - ventilare prin horn [46].
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 30
Deci construcţia serelor determină intensitatea ventilării. Ventilaţia forţată se realizează cu
ajutorul ventilatoarelor axiale, cu sau fără aeroterme. Se acţionează cu motoare electrice şi se
foloseşte atunci când ventilaţia naturală nu poate asigura scăderea temperaturii. Ventilatorul se
montează, de obicei, pe partea frontală sau pe partea laterală a serelor. I se poate ataşa un tub din
material plastic, prin care aerul rece este introdus sau aerul cald poate fi aspirat din spaţiul serei
[67],[69]. În acest caz, curentul de aer circulă simetric spre cei doi pereți frontali ai serei. Pentru
condiții medii de producție, se consideră că schimbarea aerului de 40 de ori pe oră este normală.
Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea, controlul și dirijarea dioxidului de carbon
în sere. Aerul conține 78,84% azot, 20,947% oxigen şi 0,03% dioxid de carbon, cantitate suficientă
pentru desfășurarea normală a proceselor de creștere și fructificare a plantelor[101]. Dar, ridicarea
producției legumicole din sere la parametri superiori nu se mai poate face numai pe cale naturală, ci
este util să se recurgă la intensificarea fotosintezei. După lumină și apă, dioxidul de carbon este
factorul necesar în cea mai mare cantitate în metabolismul plantelor, care suplimentat în sere are o
influență directă asupra fotosintezei și producției [56]. De reținut că în sere, în timpul unei perioade
de vegetație, plantele asimilează o cantitate enormă de carbon din aer, circa 3…9 tone pentru 200
tone recoltă. De asemenea, s-a calculat că o cultură de tomate, pentru a realiza o tonă de fructe
trebuie să prelucreze 290 tone aer, în vederea obținerii a 137 kg CO2.
Comparând rezultatele obținute în serele din material plastic cu cele înregistrate în serele din
sticlă, în aceleași condiții de mediu și cu aceeași concentrație de dioxid de carbon, s-a constatat că
influența tratamentului cu acest gaz este mai accentuată în prima categorie de sere, cu excepția
efectului asupra calității tomatelor, care este mai slab. De asemenea, trebuie avut în vedere că
repartizarea gazului în seră, pe compartimente, este neuniformă.
Instalaţii şi echipamente pentru asigurarea şi controlul intensităţii luminoase în sere.
Lumina este un factor de mediu indispensabil creşterii si dezvoltării plantelor. Lumina utilizabilă în
agricultură provine din radiaţiile solare, având spectrul în trei domenii, în funcţie de lungimea de
undă: infraroşu, 50 % din cantitatea de radiaţii solare ajunse în atmosfera Pământului,- vizibil 48,5
%, şi ultraviolet 1,5 %. Spectrul vizibil se află între 380...780nm lungime de undă, maximul
sensibilităţii relative a ochiului fiind la mijlocul acestui interval, la valoarea de 555nm. Lumina cu
această lungime de undă produce senzaţia luminoasă de verde.
Intensitatea si calitatea luminii sunt factori determinanţi ai intensităţii fotosintezei. Cunoaşterea
efectului luminii asupra plantelor are importanţă deosebită în obţinerea unor producţii calitativ şi
cantitativ superioare, mai ales în cazul culturilor din sere şi solarii. România, prin poziţia sa geografică,
44...48º latitudine nordică şi 21...28º longitudine estică, beneficiază de condiţii bune de radiaţie solară.
Repartiția egală a luminii sau radiației pe suprafața iluminată permite să se obțină o creștere și
dezvoltare uniformă a plantelor, cu o capacitate mărită de fotosinteză și formare a primilor boboci
florali.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 31
4. CALCULUL ŞI MONITORIZAREA STRUCTURILOR DE REZISTENŢĂ
ALE SERELOR AMPLASATE PE ACOPERIŞURILE CLĂDIRILOR
În această lucrare nu se urmăreşte proiectarea sau realizarea fizică a unei sere amplasabilă
pe acoperişul unei clădiri din mediul urban, ci punerea la dispoziţia proiectanţilor şi
constructorilor de date suplimentare, care să confere obiectivelor respective funcţionalitate
optimă şi siguranţă maximă la acţiunea intemperiilor, în special a vântului.
4.1.Analiza factorilor care solicită serele amplasate pe acoperişurile clădirilor
Standardizarea şi normalizarea construcţiei de sere amplasate pe sol. În perioada
actuală construcţia de sere amplasate pe sol a devenit o piaţă atractivă şi extrem de competitivă,
caracterizată printr-o înaltă normalizare şi standardizare. Tendinţa generală de realizare a unor
structuri cât mai sigure, sub aspectul rezistenţei la solicitările mecanice se suprapune cu necesitatea
reducerii costurilor de fabricare, montaj şi echipare a serelor [70], dar şi cu selecţia riguroasă a
legumelor sau florilor care urmează să se cultive, astfel încât calitatea produselor finale să se ridice
la cel mai înalt nivel, iar cheltuielile totale să fie minime. Cercetările teoretice şi practica au validat
câteva forme constructive de sere, care s-au dovedit cele mai eficiente. În acelaşi timp, libera
circulaţie a produselor pe piaţa europeană a pus în faţa comisiei de specialitate de la Bruxelles
problematica circulaţiei legumelor şi florilor produse în sere, dar şi a construcţiei serelor respective.
Prima realizare notabilă sub aspectul unificărilor construcţiei serelor o reprezintă reducerea la
minimum a distanţelor dintre rândurile de stâlpi, adică a lăţimii tronsoanelor, stabilindu-se prin
Standardul European EN 13031-1 Forma şi Construcţia Serelor. Partea I: Producţia comercială de
sere, CEN-European Comittee For Standardization (2001) Bruxelles, să fie de 3,20m, 6,40m,
9,60m, 12,80m și să producă o tipologie de sere pentru fiecare dintre intervalele specificate.
Cerințele constructive ale serelor sunt variate, dar se pot rezolva prin folosirea şi a altor elemente
standardizate, precum intervalele de lungimi, înălțimea coloanelor (h = 3,0-3,5-4,0m), a distanței
dintre ferme (i=1,5-2, 0-2,5m), sau a multiplilor unora dintre ele. De exemplu, se recomandă
utilizarea unor profile tip ţeavă cu secţiune circulară sau pătrată de 1,5-3,0mm [73].
Pentru fabricanţii de sere este esenţială existenţa unor normative de calcul şi proiectare prin care
să se optimizeze raportul capacitate structurală/cost. Metodologiile prevăzute în normativele
naţionale ale ţărilor membre în Uniunea Europeană trebuie să respecte metodologiile-cadru
provenite de la Bruxelles, cu luarea în considerare a condiţiilor locale referitoare la nivelurile
solicitărilor la care sunt expuse serele respective. În România se utilizează la proiectarea clădirilor
cu forme diferite ale acoperişurilor, dar şi a altor structuri cu utilizări diverse Codul de Proiectare
Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra Construcţiilor Indicativ CR 1-1-4/2012. Acest act
normativ este, la rândul său pus în permanenţă în concordanţă cu legislaţia europeană şi cu alte
standarde pe care proiectanţii si constructorii de sere pe acoperişuri trebuie să le urmeze. La fel se
procedează şi în alte ţări, unde normativele din construcţii se actualizează în permanenţă, astfel
încât să se realizeze clădiri tot mai sigure la acţiunea factorilor de mediu, în special a vântului [11].
Ca orice alt act normativ sau standard, nici Codul CR-1-1-4/2012 nu a putut lua în consideraţie
toate situaţiile care pot să apară în practică. Din acest motiv, la punctul 1.4 Proiectarea asistată de
încercări (pag. 8) se fac următoarele precizări:
1. Pentru evaluarea acţiunii vântului asupra construcţiei şi a răspunsului acesteia se pot utiliza
şi rezultate ale încercărilor în tunelul aerodinamic şi/sau ale metodelor numerice, utilizând
modele adecvate ale construcţiei şi ale acţiunii vântului.
2. Pentru efectuarea de încercări experimentale în tunelul aerodinamic, acţiunea vântului
trebuie modelată astfel încât să fie respectate(i) profilul vitezei medii a vântului şi caracteristicile
turbulenţei în amplasamentul construcţiei.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 32
Serele amplasate pe acoperişurile clădirilor nu pot fi confundate cu acoperişurile obişnuite,
chiar dacă, în unele cazuri, formele lor sunt apropiate de acestea. Cerinţele pe care plantele
cultivate le impun acestor sere, referitoare la materialele care se utilizează pentru pereţii laterali şi
acoperişuri, existenţa unor echipamente şi instalaţii necesare asigurării factorilor de vegetaţie etc.,
transformă aceste construcţii în elemente vulnerabile la solicitările provocate de vânt, depunerile de
zăpadă, cutremure sau acţiuni combinate ale acestora [18]. Pentru proiectarea şi executarea
corespunzătoare a acestor sere efectuarea de cercetări suplimentare conform prevederilor de la
punctul 1.4 Proiectarea asistată de încercări, este nu numai utilă, dar chiar şi necesară.
Cercetările teoretice prin simulare cu metoda elementelor finite şi cercetările experimentale în
tunelul aerodinamic, pe modele de sere cu forme asemănătoare celor considerate clădiri cu
acoperişuri tipice, respectiv cu două şi cu patru pante şi cu unghiuri de înclinare între limitele
incluse în Codul precizat, cu pereți verticali și secțiuni orizontale dreptunghiulare au urmărit să
pună la dispoziţia proiectanţilor valorile presiunilor / sucţiunilor vântului care acţionează pe
suprafeţele rigide exterioare, forţelor de împingere şi momentelor de răsturnare precum ale
coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă. Vitezele vântului au fost identice la
cercetările teoretice şi experimentale, iar asemănările şi deosebirile dintre modelele de sere oferă
proiectanţilor posibilitatea unor comparaţii şi alegerea soluţiei considerată optimă pentru o situaţie
dată. Pe de altă parte, din compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale, între ele,
dar şi cu cele înscrise în Codul CR-1-1-4/2012 se urmăreşte validarea metodei de cercetare
adoptată în această lucrare.
Rezistenţa aerodinamică la acţiunea vântului. Unui corp aflat în mişcare faţă de aerul
înconjurător i se opune o forţă de rezistenţă la înaintare Fd, proporţională cu densitatea aerului ρ, cu
suprafaţa frontală A a corpului şi cu pătratul vitezei relative va dintre corpul respectiv şi aer.
Forţa Fd se numeşte forţă de rezistenţă aerodinamică şi se calculează cu relaţia:
2
2
1add vAcF , (4.1)
unde cd este denumit coeficient de rezistenţă aerodinamică.
În aplicațiile obișnuite se consideră că pentru un curent de aer care are aceeaşi direcţie faţă de
corpul analizat, coeficientul cd poate fi considerat constant [127].
De exemplu, coeficientul de rezistenţă aerodinamică determinat experimental pentru un corp
sferic este cd = 0,47 [40]. În cazul corpului sferic direcţia curentului de aer nu este importantă,
profilul corpului fiind identic din orice direcţie, astfel că în calcule se utilizează un coeficient de
rezistenţă aerodinamică acoperitor de cd = 0,5. O construcţie cu aceeaşi suprafaţă utilă ca a corpului
sferic, dar de formă paralelipipedică, are coeficientul de rezistenţă aerodinamică cd≈1, iar suprafaţa
expusă va fi semnificativ mai mare, astfel că forţa cu care vântul apasă asupra unei asemenea
construcţii va fi de 3…5 ori mai mare [40]. De asemenea, direcţia curentului de aer faţă de
construcţia respectivă are importanţă în acest caz.
În dinamica fluidelor, conceptul drag se referă la forțele care acționează asupra unui obiect solid
în direcția vitezei de curgere relativă. Forțele aerodinamice asupra unui corp provin în principal din
diferențele de presiune și a tensiunilor de forfecare vâscoase. Astfel, forța de rezistenţă
aerodinamică ce se exercită asupra unui corp poate fi împărțită în două componente, și anume
rezistenţă datorată fricţiunii (alunecării vâscoase) și rezistenţă datorată presiunii (rezistenţă la
înaintare).
Pentru aceste cazuri relaţia completă pentru calculul coeficientului de rezistenţă aerodinamică a
unui corp plasat într-un curent de aer este următoarea [112]:
(4.2)
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 33
în care: cp este coeficientul de rezistenţă aerodinamică datorat presiunii aerului; cf - coeficientul de
rezistenţă aerodinamică datorat frecării dintre corpul solid şi aer; -direcţia tangenţială faţă de
suprafaţa dA; - direcţia normală faţă de suprafaţa dA; - tensiunea de forfecare ce acționează pe
suprafața dA; p0- - presiunea pe suprafața dA; i - vectorul unitate în direcția normală la suprafața
dA;. ρ - densitatea aerului, în kg/m3.Dacă se calculează coeficientul de rezistenţă aerodinamică prin
folosirea relaţiei (4.2) se constată că în realitate acesta are o structură complexă şi că are o valoare
precisă pentru o anumită viteză a curentului de aer [10].
Vitezele vântului luate în considerare pentru studiu în această lucrare sunt cele din zona
superioară a scării Beaufort (începând cu vânt puternic), adică de la 36 km/h (10 m/s) până la 108
km/h (30 m/s), limitarea valorii superioare datorându-se caracteristicilor funcţionale ale tunelului
aerodinamic în care s-au efectuat cercetările experimentale. De fapt, conform zonării intensităţii
vânturilor din România, specificată în Codul de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra
Construcţiilor Indicativ CR 1-1-4/2012, numai în zonele montane înalte şi în sudul Banatului şi
Olteniei se pot manifesta vânturi cu viteze mai mari.
Densitatea aerului se aproximează la 1,22…1,25 kg/m3, valoarea ei reală fiind influenţată de
temperatura şi presiunea aerului.
4.2. Calculul şi proiectarea serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor prin
utilizarea Codului CR 1-1-4/2012
Acţiunea vântului asupra clădirilor şi a altor construcţii. Conform acestei norme,
acţiunea vântului este reprezentată de presiunile şi forţele produse pe suprafeţele clădirilor şi altor
construcţii. Acţiunile vântului sunt variabile în timp şi se manifestă atât direct, ca presiuni / sucţiuni
pe suprafeţele exterioare ale clădirilor şi structurilor închise, cât şi indirect pe suprafeţele interioare
ale clădirilor şi structurilor respective, din cauza neetanşeităţilor suprafeţelor exterioare. În anumite
situaţii presiunile / sucţiunile pot acţiona şi direct pe suprafeţele interioare ale clădirilor şi
structurilor deschise.
În conformitate cu prevederile Codului CR-1-1-4/2012, construcţiile sunt împărţite în clase de
importanţă-expunere, în funcţie de consecinţele umane şi economice care pot fi provocate de un
hazard natural sau/şi antropic major, precum şi de rolul acestora în activităţile de răspuns post-
hazard ale societăţii. Pentru evaluarea acţiunii vântului asupra construcţiilor, fiecărei clase de
importanţă-expunere (I-IV) i se asociază un factor de importanţă- expunere, gIw aplicat la valoarea
caracteristică a acesteia.
Clădirile prevăzute cu sere pe acoperişuri este bine să fie incluse în clase de importanţă-
expunere imediat superioară clădirii normale, deoarece distrugerea serelor sub acţiunea vânturilor
poate provoca daune importante, inclusiv accidentarea gravă a populaţiei.
Presiunea / sucţiunea vântului we care acţionează pe suprafeţele rigide exterioare ale clădirii
/structurii se determină cu relaţia [146]:
,eppeIwe zqcgw (4.3)
unde: ep zq este valoarea de vârf a presiunii dinamice a vântului evaluată la cota ze; ze- înălţimea
de referinţă pentru presiunea exterioară; cpe- coeficientul aerodinamic de presiune / sucţiune pentru
suprafeţe exterioare; gIw- factorul de importanţă – expunere.
Presiunea / sucţiunea vântului wi care acţionează pe suprafeţele rigide interioare ale clădirii
/structurii se determină cu relaţia [146]:
,ippiIwi zqcgw (4.4)
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 34
unde: ip zq este valoarea de vârf a presiunii dinamice a vântului evaluată la cota zi; zi- este
înălţimea de referinţă pentru presiunea interioară; cpi- coeficientul aerodinamic de presiune /
sucţiune pentru suprafeţe interioare; gIw- este factorul de importanţă – expunere.
Din relaţiile (4.3) şi (4.4) se pot determina coeficienţii aerodinamici de presiune/sucţiune
pentru suprafeţe exterioare cpe sau interioare, cpi, dacă se determină prin simulare teoretică sau
prin cercetare experimentală în tunelul aerodinamic valorile presiunilor / sucţiunilor we şi wi şi se
adoptă valorile factorului de importanţă-expunere.
Presiunea rezultantă (totală) a vântului pe un element de construcţie (de exemplu pe o seră
construită pe un acoperiş) este diferenţa dintre presiunile (orientate către suprafaţă) şi sucţiunile
(orientate dinspre suprafaţă) pe cele două feţe ale elementului; presiunile şi sucţiunile se iau cu
semnele lor.
Forţa din vânt care acţionează asupra unei clădiri / structuri sau asupra unui element structural
(de exemplu pe o seră construită pe un acoperiş) poate fi determinată în două moduri: ca forţă
globală, utilizând coeficienţii aerodinamici de forţă sau prin sumarea presiunilor / sucţiunilor care
acţionează pe suprafeţele (rigide) ale clădirii / structurii, utilizând coeficienţii aerodinamici de
presiune / sucţiune.
Prima variantă s-a folosit în această lucrare, adică s-a determinat experimental forţa globală
cu care serele de diferite forme sunt împinse de curenţii de aer cu viteze diferite şi cu ajutorul
relaţiei (4.1) s-au calculat coeficienţii aerodinamici de forţă ce caracterizează o seră de o
anumită formă.
Forţa cu care vântul apasă la un moment dat se evaluează pentru cea mai defavorabilă direcţie a
vântului faţă de clădire /structură. Forţa globală pe direcţia vântului Fw, care acţionează pe structură
sau pe un element structural având aria de referinţă Aref orientată perpendicular pe direcţia vântului,
se determină cu relaţia generală [146]:
,refepdIww AzqcgF (4.5)
sau prin compunerea vectorială a forţelor pentru elementele structurale individuale cu relaţia [146]:
,ref
elemente
epfdIww AzqccgF (4.6)
In relaţiile (4.5) şi (4.6) notaţiile au următoarele semnificaţii: qp(ze) este valoarea de vârf a
presiunii dinamice a vântului evaluată la cota ze; cd - coeficientul de răspuns dinamic al construcţiei;
cf - coeficientul aerodinamic de forţă pentru clădire, structură sau element structural, care include şi
efectele frecării; Aref- de referinţă, orientată perpendicular pe direcţia vântului, pentru clădiri /
structuri, ca în relaţia (4.5) sau pe elementele sale, ca în relaţia (4.6); gIw- factorul de importanţă -
expunere.
La cercetările teoretice şi experimentale s-au avut în vedere două direcţii de acţiune a vântului
faţă de modelele de sere, respectiv o direcţie frontală şi o direcţie laterală, aşa cum se prezintă
situaţia şi în exemplificările din Codul CR-1-1-4/2012. La cercetările experimentale s-au
determinat forţele Fw pentru fiecare model de seră şi cunoscându-se Aref în fiecare caz, s-au
calculat coeficienţii de rezistenţă aerodinamică de forţă cd.
Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă. Evaluarea efectelor vântului
asupra suprafeţelor rigide ale clădirilor şi structurilor, inclusiv a serelor amplasate pe acoperişurile
acestora, se poate face în două moduri: prin utilizarea coeficienţilor aerodinamici de
presiune/sucţiune; prin utilizarea coeficienţilor aerodinamici de forţă.
Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune depind, în general, de aria şi dimensiunile
construcţiei, de unghiul de atac al vântului, de categoria de rugozitate a suprafeţei terenului din
amplasamentul construcţiei, de numărul Reynolds etc.
Coeficienţii aerodinamici de forţă sunt folosiţi pentru determinarea forţei globale din vânt pe
structură (de exemplu, pe o seră), element structural sau componentă, incluzând în acest efect şi
frecarea, dacă aceasta nu este exclusă în mod explicit. În lucrarea aceasta s-au determinat
experimental și teoretic forțele de împingere globale și s-au calculat coeficienții aerodinamici
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 35
specifici modelelor de sere supuse cerccetărilor. În cadrul cercetărilor teoretice s-au calculat şi
momentele de răsturnare provocate serelor de acţiunile frontale sau laterale ale vântului cu
viteze diferite, constatându-se comportamente diferite în funcţie de numărul de pante şi
unghiurile de înclinare ale acoperişurilor.
Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă pentru pereţii verticali ai
clădirilor cu forma dreptunghiulară în plan
La modelele de sere studiate teoretic şi experimental în această lucrare au fost luaţi în
considerare câte un perete vertical frontal şi unul lateral. Celălalt perete vertical lateral este dispus
simetric faţă de cel cercetat, astfel că şi presiunile/sucţiunile şi forţele de împingere au fost
considerate simetrice ca mod de acţiune şi mărime.
Înălţimile de referinţă, ze, pentru determinarea profilului presiunii vântului pe pereţii verticali ai
clădirilor cu forma dreptunghiulară în plan, expuşi acţiunii vântului (zona D, figura 4.5), depind de
raportul h/d . La modelele studiate, raportul h/d s-a încadrat în situaţiile prevăzute în tabelul 4.4 la
valorile h/d=1 şi h/d0,25, care vor constitui elemente de comparaţie pentru rezultatele
cercetărilor teoretice şi experimentale.
Pentru zonele A, B, C, D şi E pentru care sunt definiţi, coeficienţii aerodinamici de presiune
/sucţiune exterioară cpe,10 şi cpe,1 sunt daţi în tabelul 4.4. Valorile intermediare pot fi obţinute prin
interpolare liniară. Valorile din tabelul 4.2 pot fi aplicate şi pereţilor clădirilor cu acoperişuri cu
una sau două pante.
Tabelul 4.2
Valori ale coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune exterioară pentru
pereţii verticali ai clădirilor cu forma dreptunghiulară în plan [146]
Zona A B C D E
h/d cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1
5 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,8 +1,0 -0,7
1 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,8 +1,0 -0,5
0,25 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,7 +1,0 -0,3
Notă: Dimensiunile marcate ale pereţilor sunt valabile şi pentru modelele cercetate teoretic şi experimental
în lucrare. Valorile marcate ale coeficienţilor aerodinamici reprezintă elemente de comparaţie pentru
rezultatele cercetărilor experimentale.
Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă pentru acoperişuri cu două pante
Patru dintre serele cercetate teoretic prin simulare cu metoda elementelor finite şi trei modele
cercetate experimental în tunelul aerodinamic au acoperişurile cu două pante simetrice. Între
notaţiile şi valorile unghiurilor de înclinare ale acoperişurilor din tabelele 4.4,a şi 4.4,b şi notarea
unghiurilor pe modelele cercetate este următoarea corelaţie (tab.4.3): Tabelul 4.3
Corespondenţa dintre notaţiile unghiurilor din CR-1-1-4/2012 şi din modelele cercetate
Nr.
model
Notaţii în figura 4.8 şi tabelul
4.6
Notaţii pe desenele modelelor
cercetate(tab. 6.1)
1. 35 110
2. 30 120
3. 45 90
4. 32,5 115
5. 40 100
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 36
Acoperişul se împarte în zone de expunere. Înălţimea de referinţă, ze se consideră egală cu h.
Coeficienţii aerodinamici de presiune/sucţiune pentru fiecare zonă sunt daţi în tabelele 4.4.
Atât la cercetările teoretice, cât şi la cele experimentale s-au studiat rezultatele acţiunii curentului
de aer cu diferite viteze, pe două direcţii faţă de modelele considerate, respectiv direcţia frontală şi
direcţia laterală.
Tabelul 4.4, a
Valorile coeficienţilor aerodinamici de presiune/sucţiune exterioară pentru acoperişuri cu două
pante la acțiunea frontală a vântului[146]
Unghi de
panta a
Zone pentru direcţia vântului q = 0°
F G H I J
cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1
-30° -0,6 -0,6 -0,6 -0,6 -0,8 -0,8 -0,7 -0,7 -1,0 -1,5
-45° -1,1 -2,0 -0,8 -1,5 -0,8 -0,8 -0,6 -0,6 -0,8 -1,4
-15° -2,5 -2,8 -1,3 -2,0 -0,9 -1,2 -0,5 -0,7 -1,2
-5° -2,3 -2,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,2 +0,2 +0,2
-0,6 -0,6
5° -1,7 -2,5 -1,2 -2,0 -0,6 -1,2
-0,6 +0,2
0 0 0 -0,6
15° -0,9 -2,0 -0,8 -1,5 -0,3 -0,4 -1,0 -1,5
+0,2 +0,2 +0,2 0 0 0
30° -0,5 -1,5 -0,5 -1,5 -0,2 -0,4 -0,5
+0,7 +0,7 +0,4 0 0
45° 0 0 0 -0,2 -0,3
+0,7 +0,7 +0,6 0 0
60° +0,7 +0,7 +0,7 -0,2 -0,3
75° +0,8 +0,8 +0,8 -0,2 -0,3
Tabelul 4.4, b
Valorile coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune exterioară pentru acoperişuri cu două
pante la acțiunea laterală a vântului [146]
Unghi de
panta a
Zone pentru direcţia vântului q = 90°
F G H I
cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1
-45° -1,4 -2,0 -1,2 -2,0 -1,0 -1,3 -0,9 -1,2
-30° -1,5 -2,1 -1,2 -2,0 -1,0 -1,3 -0,9 -1,2
-15° -1,9 -2,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,2 -0,8 -1,2
-5° -1,8 -2,5 -1,2 -2,0 -0,7 -1,2 -0,6 -1,2
Unghi de
panta a
Zone pentru direcţia vântului q = 90°
F G H I
cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1
5° -1,6 -2,2 -1,3 -2,0 -0,7 -1,2 -0,6
15° -1,3 -2,0 -1,3 -2,0 -0,6 -1,2 -0,5
30° -1,1 -1,5 -1,4 -2,0 -0,8 -1,2 -0,5 45° -1,1 -1,5 -1,4 -2,0 -0,9 -1,2 -0,5 60° -1,1 -1,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,0 -0,5 75° -1,1 -1,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,0 -0,5
Notă: Unghiurile marcate ale pantelor sunt valabile şi pentru modelele cercetate teoretic şi experimental în
lucrare. Valorile marcate ale coeficienţilor aerodinamici reprezintă elemente de comparaţie pentru
rezultatele cercetărilor experimentale
Coeficienţii aerodinamici de presiune / sucţiune şi de forţă pentru acoperişuri cu patru pante
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 37
Unul dintre modelele cercetate teoretic prin simulare cu metoda elementelor finite şi două dintre
cele cercetate experimental în tunelul aerodinamic au avut acoperişurile cu patru pante. Acoperişul
se împarte în zone ,iar înălţimea de referinţă, ze se consideră egală cu h. Coeficienţii aerodinamici
de presiune / sucţiune pentru fiecare zonă sunt daţi în tabelul 4.5.
La modelul cu acoperişul cu pante simetrice două câte două s-au analizat presiunile, forţele şi
coeficienţii aerodinamici pentru direcţiile frontală şi laterală ale curentului de aer faţă de poziţia
modelului. La modelul cu patru pante simetrice a fost considerată o singură direcţie a vântului.
Tabelul 4.5
Valorile coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune exterioară pentru acoperişuri cu patru
pante [146] Unghiul de
panta a0
pentru
q = 0° a90
pentru
q = 90°
Zone pentru direcţia vântului q = 0° si q = 90°
F G H I J K L M N
cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1
5° -1,7 -2,5 -1,2 -2,0 -0,6 -1,2
-0,3 -0,6 -0,6 -1,2 -2,0 -0,6 -1,2 -0,4 0 0 0
15° -0,9 -2,0 -0,8 -1,5 -0,3
-0,5 -1,0 -1,5 -1,2 -2,0 -1,4 -2,0 -0,6 -1,2 -0,3 +0,2 +0,2 +0,2
30° -0,5 -1,5 -0,5 -1,5 -0,2
-0,4 -0,7 -1,2 -0,5 -1,4 -2,0 -0,8 -1,2 -0,2 +0,5 +0,7 +0,4
45° 0 0 0
-0,3 -0,6 -0,3 -1,3 -2,0 -0,8 -1,2 -0,2 +0,7 +0,7 +0,6
60° +0,7 +0,7 +0,7 -0,3 -0,6 -0,3 -1,2 -2,0 -0,4 -0,2
75° +0,8 +0,8 +0,8 -0,3 -0,6 -0,3 -1,2 -2,0 -0,4 -0,2
Notă: Unghiurile marcate ale pantelor sunt valabile şi pentru modelele cercetate teoretic şi experimental în
lucrare. Valorile marcate ale coeficienţilor aerodinamici reprezintă elemente de comparaţie pentru
rezultatele cercetărilor experimentale
4.3. Monitorizarea şi verificarea stării serelor de pe acoperişuri cu sistemul
RTK-GPS
Monitorizarea efectului vântului asupra unor construcţii speciale, cum sunt clădirile înalte,
podurile, barajele etc. reprezintă o preocupare de bază pentru proiectanţii, constructorii şi personalul
care se ocupă cu mentenanţa acelor structuri. Clădirile pe ale căror acoperişuri se amplasează sere
pentru legume şi flori pot fi încadrate în categoria construcţiilor speciale, deoarece distrugerea
serelor sub acţiunea vântului ar putea avea urmări deosebit de grave.
Vântul induce vibraţii cu o anumită frecvenţă în structură, materializate prin deplasări ale
nodurilor acestora. Monitorizarea şi verificarea performanţelor unei asemenea construcţii presupune
măsurări în timp real a modificărilor de poziţie ale punctelor critice ale structurii [40], .[30] [90]. În
ultimii ani au fost realizate tot mai multe studii referitoare la utilizarea de diferite tehnici în acest
scop, cea mai cunoscută fiind probabil măsurarea acceleraţiilor pe cele trei direcţii (x, y, z) folosind
accelerometre [48]. O tehnică deosebit de actuală si considerată ca fiind promiţătoare este cea
bazată pe informaţiile primite de la sistemele de poziţionare globală (GPS, Glonass, Galileo) [25].
Principiul măsurării modificărilor de poziţie ale unui punct se prezintă în schema din figura 4.8.
[40]. Această schemă ilustrează modul de lucru al unui sistem RTK-GPS (Real-Time Kinematics),
care presupune măsurarea diferenţelor de coordonate (pe direcţiile x, y, z) între punctul măsurat şi
un punct de referinţă fix. La achiziţia datelor după acest principiu diverşi autori semnalează
posibilitatea utilizării mai multor tipuri de aparate, care au rate de eşantionare între 4…20 Hz şi
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 38
asigură (funcţionând în configuraţie RTK, cu câte două receptoare) o acurateţe a localizării de
ordinul centimetrilor [37].
Fig. 4.8. Principiul de măsurare folosind RTK-GPS [40]
În cadrul cercetărilor din această lucrare nu s-a utilizat şi această metodă, deoarece nu s-a
dispus de o seră amplasată pe un acoperiş. Folosirea acoperişurilor unor blocuri de locuinţe
pentru o asemenea monitorizare s-a avut în vedere, dar s-a apreciat că ar fi condus la obţinerea
unor rezultate inutilizabile în lucrare, din cauza diferenţelor prea mari dintre structurile
acoperişurilor obişnuite şi cele ale serelor pentru legume şi flori. Rezultatele din lucrarea [40], în
care se monitorizează acţiunea vântului asupra unui dom geodezic de construcţie asemănătoare cu
cea a unei sere amplasată pe acoperiş, evidenţiază valabilitatea metodei.
4.4.Utilizarea teoriei similitudinii la calculul şi proiectarea serelor amplasate
pe acoperişurile clădirilor
Cercetările efectuate în această lucrare, referitoare la solicitările pe care acţiunea vântului le
provoacă structurii de rezistenţă a serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor sau realizat atât prin
modelare teoretică, cât şi prin modelare fizică. Cele cinci modele de sere (fig. 6.1) au fost identice
pentru cele două variante de cercetări, deosebirile dintre ele referindu-se la numărul de pante ale
acoperişurilor (două sau patru) şi mărimile unghiurilor dintre pante. De asemenea, vitezele
curenţilor de aer (vântului) la cele două tipuri de cercetări au fost identice, fiind cuprinse între 10
m/s şi 30m/s. La cercetările teoretice s-a utilizat metoda elementului finit, iar cercetările
experimentale s-au desfăşurat în tunelul aerodinamic. Aceste cercetări au urmărit, în principal,
compararea, între ele, ale rezultatelor teoretice obținute pentru cele cinci modele,
compararea,între ele, ale rezultatelor experimentale obținute pentru cele cinci modele,în tunelul
aerodinamic, compararea rezultatelor teoretice cu cele experimentale și validarea celor două
metode de cercetare. Pe parcursul cercetărilor s-a avut în permanență în vedere utilitatea practică a
rezultatelor, adică folosirea acestora la calculul și proiectarea unor sere reale amplasabile pe
acoperișurile clădirilor, prin apelarea la unele elemente din teoria similitudinii.
Similitudinea geometrică poate fi considerată o aplicaţie generalizată a teoremei asemănării
din geometrie, privind figurile şi corpurile asemenea, conform căreia două figuri sau corpuri sunt
asemenea dacă rapoartele laturilor omoloage sunt egale. În acest fel, fiecărui punct al modelului îi
corespunde un punct determinat al originalului, numit punct omolog. Ansamblurile de puncte
omoloage determină linii, suprafeţe şi volume omoloage [75].
În lucrarea de doctorat s-a considerat că peretele frontal vertical al unei sere care urmează să
se amplaseze pe un acoperiş are dimensiunile de : lăţimea l= 4m şi înălţimea H=4m. Deoarece
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 39
modelul este executat la scara 1/20, pentru stabilirea constantei de similitudine geometrică l şi
lăţimii, respectiv înălţimii peretelui frontal vertical al modelului se procedează astfel:
;20
1mod sera
el
l
lScara
Constanta de similitudine:
20mod
el
sera
ll
l ;
Lăţimea modelului:
mml
ll
sera
el 2,020
4mod
Procedându-se în mod asemănător s-a stabilit că înălţimea modelului trebuie să fie: Hmodel=0,2m
Pentru cercetările experimentale a fost important şi volumul Vmodel al modelului, astfel încât acesta
să ocupe un spaţiu optim în tunelul aerodinamic. Păstrând scara de 1/20 şi ştiind că volumul serei
Vseră= 56 m3 s-a procedat astfel:
20
1mod
sera
el
V
VScara ;
Constanta de similitudinea volumelor:
;20mod
el
sera
ll
l ;
modelV
VseraV
Deci constanta de similitudine a volumelor:
80003 lV
Volumul modelului:
3
mod 007,08000
56m
VV
V
sera
el
.
În figura 6.1 sunt prezentate cele cinci modele de sere utilizate la cercetările experimentale, iar
în tabelul 6.1 dimensiunile geometrice ale acestor modele.
Alegerea criteriului de similitudinie la studiul serelor amplasate pe acoperişuri
În cazul serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor, ale căror modele se studiază în tunelul
aerodinamic,s-ar putea utiliza cririteriile de similitudine Reynolds sau Froude [75].
Dacă se utilizează criteriul Reynolds, valoarea acestuia trebuie să fie aceeaşi pentru ambele
sisteme (model şi seră). Dacă se cunosc: Lm/Ls = 1/20, unde Lm şi Ls sunt dimensiunile caracteristice
ale modelelor, respectiv serelor de pe acoperişuri, se cere să se stabilească viteza curentului de aer
din tunelul aerodinamic, care să solicite modelul în aceleaşi condiţii în care vântul cu viteza vs =
108 km/h = 108.000 m/3600 s = 30 m/s; solicită sera amplasată pe acoperiş. Dacă se aplică
similitudinea de tip Reynolds, valoarea criteriului de similitudine trebuind să fie egală atât pentru
cazul modelului, cât şi al serei, se poate scrie:
;ReRes
ss
m
mm
sm
LvLv
(4.24)
smsmL
Lvv
m
s
sm /60020/30 , (4.25)
unde se consideră că vâscozităţile aerului sunt identice pentru model şi pentru seră.
Această viteză nu poate fi realizată într-un tunel aerodinamic obişnuit, ceeace conduce la
concluzia că practic acest criteriu nu furnizează valori credibile pentru a fi folosit la cercetările
experimentale pe modele ale serelor amplasate pe acoperișurile clădirilor.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 40
În cazul utilizării criteriului Froude
serălelserael llsiFrFr modmod
seră
seră
seră
el
serăellg
v
lg
vll
22
mod
mod
20
20
1(4.25)
Rezultă că,
,modellsera vv (4.26)
unde 47,420 adică vsera= 4,47.vmodel. (4.27)
Rezultă că viteza maximă a aerului în tunelul aerodinamic pe model de 30 m/s echivalează cu
30 .4,47 m/s=134,1 m/s, viteza vântului pentru sera de pe acoperişul clădirii, ceea ce reprezintă o
viteză care se poate atinge doar în cazul unor uragane cu probabilitate redusă de manifestare în
Romania. Pe baza acestor studii se recomandă folosirea criteriului Froude la aprecierea
realistică prin similitudine a vitezei curentului de aer din tunelul aerodinamic, care provoacă
efecte similare serelor amplasate pe acoperișurilor clădirilor, cu cele ale unui vânt cu viteză
impusă.
Alte aplicații ale utilizării teoriei similitudinii la studiul solicitărilor serelor amplasate
pe acoperișurile clădirilor
Pentru studiul comportării unei construcţii reale de seră din oţel ( = 7850 kg/m3, E = 2110
10
Pa ) la solicitările specifice se poate utiliza un model fizic executat din aluminiu (‟ = 2700 kg/m3,
E = 71010
Pa), la scara 1 / 20. În realizarea modelului fizic trebuie să se asigure similitudinea
dinamică, din punct de vedere al forţelor de greutate.
Se pune problema să se determine valorile constantelor de similitudine ale forţei de
greutate( Fg ), tensiunilor ( ) și deformaţiilor mecanice( l ).
Valorile constantelor respective sunt următoarele:
o Constanta de similitudine a forței de greutate se calculează cu relațiile:
;3 gLggmFg (4.28)
3
3
3
3
3
3
mod
209,21
20
/2700
/7850
mkg
mkg
gL
gL
F
F
mmm
sss
elg
gseră
Fg
(4.29)
o Constanta de similitudine a tensiunilor se calculează cu relația:
;58209,2/
/ 2
mod
LLF
mm
ss
el
sera
AF
AF
(4.30)
o Constanta de similitudine a deformațiilor mecanice se calculează cu relațiile:
;E
LLE
L
LE
(4.31)
332,193/209,21
mod
EL
s
m
m
s
m
s
m
mm
s
ss
el
sera
LE
E
L
L
E
L
E
L
L
L
(4.32)
În mod asemănător se pot face și alte cercetări cu utilizarea teoriei similitudinii.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 41
5. CERCETĂRI TEORETICE PRIVIND SOLICITĂRILE STRUCTURILOR
DE REZISTENŢĂ ALE SERELOR AMPLASATE PE ACOPERIŞURILE
CLĂDIRILOR
5.1. Cercetarea solicitărilor structurilor de rezistenţă ale acoperişurilor tip seră
prin simulare cu metoda elementelor finite
Principiul metodei şi modul de aplicare. Modelarea și analiza CFD (Computational Fluid
Dynamics) a curgerii aerului pe sere are drept obiectiv determinarea forțelor și momentelor care
acționează asupra serei, forțe și momente generate de către acțiunea vântului, precum și
vizualizarea formelor de curgere a aerului pe suprafețele exterioare ale serei. Pentru îndeplinirea
acestui obiectiv, se utilizează soft-ul ANSYS 15.0, care are la bază metoda elementului finit [7].
Modelările și analizele se referă la două tipuri de sere, la care acoperișurile au 2 sau 4 pante
dispuse simetric sub unghiuri de 1100, 120
0, 115
0, 100
0 şi 90
0 una faţă de cealaltă, situaţie urmărită
ulterior şi la cercetările experimentale, unde s-au studiat cinci machete de sere, care au avut aceleaşi
dispuneri ale pantelor acoperişurilor.Trebuie precizat că practica a validat modelele constructive
respective, care sunt aproape generalizate pentru culturile de legume şi flori, oferind condiţii de
mediu satisfăcătoare pentru marea majoritate a speciilor de plante, dar şi rezistenţa necesară la
solicitările mecanice [13]. S-au făcut două serii de cercetări, una în care vântul acționează frontal și
alta în care vântul acționează lateral faţă de poziţia convenţională a serelor, stabilită prin Codul CR-
1-1-4/2012.
Modelul geometric este prezentat în figura 5.1; unde sera este înglobată într-un domeniu de tip
paralelipiped dreptunghic, domeniu în care se consideră că există aer care curge cu viteze de 10 m/s,
15 m/s, 20 m/s, 25 m/s, 27,5 m/s, şi 30 m/s, adică aceleaşi viteze la care s-au făcut cercetările
experimentale în tunelul aerodinamic.
Fig.5.1. Modelul geometric al problemei
Pentru modelare ( fig. 5.2) se consideră elemente finite de tip tetraedru, în urma discretizării
obținându-se 257826 elemente finite și 48559 noduri. Condițiile de frontieră se referă, pe de o parte,
la impunerea unei viteze constante, în curgere laminară, la intrarea în domeniul de curgere a
aerului (zona colorată cu roșu), precum și impunerea presiunii atmosferice normale de 101325 Pa
în zona respectivă; a doua condiție de frontieră se referă la impunerea presiunii atmosferice normale
de 101325 Pa la ieșirea din domeniul de curgere al aerului (zona colorată cu albastru).
Conform precizărilor anterioare, analiza se realizează pentru seturile de valori ale vitezei
vântului de 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s, 27,5 m/s şi 30 m/s, pentru acțiunea frontală și aceleaşi
valori ale vitezei pentru acţiunea laterală a curentului de aer.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 42
Fig.5.2. Modelul cu elemente finite
Rezolvarea modelului cu elemente finite presupune alegerea unui număr de iterații de calcul
necesar pentru stabilizarea erorii reziduale. În figura 5.3 se prezintă stabilizarea erorii reziduale
pentru rezolvarea modelului în cazul acțiunii frontale (fig.5.3, a) și, respectiv, acțiunii laterale a
vântului (fig.5.3, b) Se observă că, prin alegerea unui număr suficient de iterații – 50 – se obține
stabilizarea erorii reziduale, în ambele cazuri.
a – cazul acțiunii frontale a vântului
b – cazul acțiunii laterale a vântului
Fig.5.3. Stabilizarea erorii reziduale
Rezultatele urmărite a se obține în urma analizelor modelelor se referă la vizualizarea curgerii
aerului pe suprafețele exterioare ale serei, determinarea maximelor de presiune și de viteză ale
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 43
aerului cu evidenţierea turbulențelor provocate de seră, determinarea forțelor de împingere şi de
ridicare de la bază ale serei și a momentului de răsturnare a serei.
În continuare se prezintă detaliat rezultatele obţinute pentru modelul de seră cu unghiul de 110o
între pantele acoperişului, în teza de doctorat fiind prezentate explicit rezultatele pentru fiecare
dintre cele 5 variante constructive de sere studiate, ale căror dimensiuni sunt identice cu cele
prezentate în tabelul 6.1.
Analiza modelului de seră cu unghiul de 110o între pantele acoperişului. În figura 5.4 se
prezintă rezultatul curgerii frontale a curentului de aer faţă de modelul de seră studiat, maximele de
presiune ale vântului (culoarea roşie) manifestându-se pe suprafața frontală a serei; în timp ce pe
suprafețele laterale şi pe acoperiş există depresiuni (sucţiuni) sau uşoare apăsări.
v=10 m/s v=15 m/s
v=20 m/s v=25 m/s
v=27.5 m/s v=30 m/s
Fig.5.4. Rezultatele curgerii frontale a curentului de aer faţă de sera cu 1100
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 44
În figura 5.5 se prezintă rezultatul curgerii laterale a curentului de aer faţă de modelul de seră
analizat, maximele de presiune a vântului manifestându-se pe peretele vertical de pe suprafaţa
laterală a serei, în timp ce pe peretele vertical de pe suprafaţa frontală şi pe acoperiş se observă o
depresiune(culori albastre, verzi sau galbene).
v=10 m/s v=15 m/s
v=20 m/s v=25 m/s
v=27.5 m/s v=30 m/s
Fig.5.5. Rezultatele curgerii laterale a curentului de aer faţă de sera cu 1100
Vizualizarea în plan orizontal a curgerii vântului este prezentată în figura 5.6, în cazul acțiunii
frontale a vântului și, respectiv în figura 5.7, în cazul acțiunii laterale a vântului.
În ambele situaţii de curgere a aerului faţă de machetă se constată că în plan orizontal curentul de
aer produce apăsare pe peretele vertical frontal, respectiv lateral, în timp ce pe celălalt perete
vertical şi pe acoperiş se provoacă depresiune (eventual o uşoară apăsare pe marginile acoperişului,
reprezentată de culoarea gălbuie).
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 45
v=10 m/s v=15 m/s
v=20 m/s v=25 m/s
v=27.5 m/s v=30 m/s
Fig.5.6. Vizualizarea în plan orizontal a curgerii frontale a vântului la sera cu 1100
v=10 m/s v=15 m/s
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 46
v=20 m/s v=25 m/s
v=27.5 m/s v=30 m/s
Fig.5.7. Vizualizarea în plan orizontal a curgerii laterale a vântului la sera cu 1100
Ca urmare a acțiunii vântului, asupra suprafețelor exterioare ale serei se produc turbulențe, care
provoacă accelerări locale ale vîntului şi modificări în curgerea laminară.
Curgerea vântului în secțiunea mediană verticală a serei cu 1100 este prezentată în figura 5.8,
pentru cazul acțiunii frontale a vântului și, respectiv, în figura 5.9, pentru cazul acțiunii laterale a
vântului. În ambele situații, valorile vitezelor maxime sunt apropiate.
v=10 m/s v=15 m/s
v=20 m/s v=25 m/s
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 47
v=27,5 m/s v=30 m/s
Fig.5.8. Vizualizarea curgerii vântului în secțiunea mediană verticală a serei cu 1100, în cazul
acțiunii frontale a vântului
v=10 m/s v=15 m/s
v=20 m/s v=25 m/s
v=27,5 m/s v=30 m/s
Fig.5.9. Vizualizarea curgerii vântului în secțiunea mediană verticală a serei cu 1100, în cazul
acțiunii laterale a vântului
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 48
În. figura 5.10 se prezintă schema de acțiune a forțelor de împingere şi de ridicare, precum şi a
momentului de răsturnare exercitate de curentul de aer, în funcție de direcția de acţiune a acestuia.
a. direcție frontală b. direcție laterală
Fig.5.10. Schemele de acţiune ale forţelor şi momentelor exercitate de vânt asupra serei
În figura 5.11 se prezintă comparativ variația forței de împingere care acționează asupra serei,
pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și acţiune laterală. Forța de împingere tinde
să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de acțiune a vântului și are valori mai mari în cazul
acțiunii laterale a acestuia (în acest caz contribuie puţin şi panta acoperişului).
Fig.5.11. Variația forței de împingere a serei cu 1100la acţiunea frontală şi laterală a vântului
În figura 5.12 se prezintă comparativ variația forței de ridicare ce acționează asupra serei, pentru
cele două situații ale direcţiei vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Forța de ridicare
tinde să deplaseze sera în plan vertical, practic tinde să ridice sera de pe bază și are valori mai mari
în cazul acțiunii laterale a vântului.
Fig.5.12. Variația forței de ridicare a serei cu 1100la acţiunea frontală şi laterală a vântului
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 49
În figura 5.13 se prezintă comparativ variația momentului de răsturnare care acționează asupra
serei, pentru cele două direcţii ale vântului, direcţie frontală și, respectiv, laterală. Momentul de
răsturnare are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului.
Se constată că atât forţele de împingere şi de ridicare, cât şi momentul de răsturnare care se
manifestă asupra acestei forme de seră sunt mai mari (mai periculoase) când direcţia curentului de
aer este laterală faţă de aşezarea serei.
Fig.5.13. Variația momentului de răsturnare a serei cu 110
0la acţiunea frontală şi laterală a
vântului
.Analiza modelului de seră cu unghiul de 1200 între pantele acoperişului. În lucrarea de
doctorat se prezintă toate rezultatele vizualizărilor curgerii curentului de aer cu vitezele prestabilite
de 10, 15, 20, 25, 27,5 şi 30 m/s asupra pereţilor verticali frontal şi lateral şi acoperişului, la
acţiunea frontală şi laterală a acestuia, precum şi modul de manifestare a acţiunii vântului în plan
orizontal şi în secţiunea mediană verticală a acestui model, similar ca la modelul cu 1100 între
pantele acoperişului.
Schemele de acțiune ale forțelor de împingere şi de ridicare, precum şi a momentului de
răsturnare exercitate de curentul de aer, în funcție de direcția de acţiune a acestuia sunt similare cu
cele prezentate în figura 5.10, iar rezultatele se precizează în figurile 5.20, 5.21 şi 5.22.
Fig.5.20. Variația forței de împingere a serei cu 1200 la acţiunea frontală şi laterală a vântului
În figura 5.20 se prezintă comparativ variația forței de împingere care acționează asupra serei cu
unghiul de 1200 între pantele acoperişului, pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și,
respectiv, laterală. Forța de împingere tinde să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 50
acțiune a vântului și are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului (în acest caz contribuie
uşor şi o parte din acoperiş).
Fig.5.21. Variația forței de ridicare a sereicu 1200 la acţiunea frontală şi laterală a vântului
În figura 5.21 se prezintă comparativ variația forței de ridicare ce acționează asupra serei, pentru
cele două situații ale vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Forța de ridicare tinde să
deplaseze sera în plan vertical, practic tinde să ridice sera de pe bază și are valori mai mari în cazul
acțiunii laterale a vântului (se cumulează şi o uşoară participare a suprafeţei acoperişului).
Fig.5.22. Variația momentului de răsturnare a serei cu 1200la acţiunea frontală şi laterală a
vântului
În figura 5.22 se prezintă comparativ variația momentului care acționează asupra serei cu
unghiul de 1200 între pantele acoperişului, pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și,
respectiv, laterală. Momentul de răsturnare are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului,
la aceasta contribuind uşor şi o parte a acoperişului.
Analiza modelului de seră cu unghiul de 900 între pantele acoperişului. Caracteristic
acestui model de seră este acoperişul cu 4 pante identice, ceea ce conferă serei simetrie după mai
multe axe, astfel încât se vor analiza numai efectele curgerii frontale a curentului de aer faţă de
seră, efectele curgerii laterale fiind identice.
Schemele de acțiune a forțelor de împingere şi de ridicare, precum şi a momentului de răsturnare
exercitate de curentul de aer, în funcție de direcția de acţiune a acestuia sunt similare cu cele din
figura 5. 10, iar rezultatele se precizează în figurile 5.26, 5.27 şi 5.28.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 51
Fig.5.26. Variația forței de împingere a sere icu 4 pante la acţiunea frontală (laterală) a vântului
În figura 5.26 se prezintă variația forței de împingere care acționează asupra serei și care tinde
să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de acțiune a vântului.
Fig.5.27. Variația forței de ridicare a serei cu 4 pante la acţiunea frontală (laterală) a vântului
În figura 5.27 se prezintă variația forței de ridicare ce acționează asupra serei. și care tinde să
deplaseze sera în plan vertical, practic tinde să ridice sera de pe bază.
Fig.5.28. Variația momentului de răsturnare a serei cu 4 pante la acţiunea frontală (laterală) a
vântului
În figura 5.28 se prezintă variația momentului care acționează asupra serei şi care tinde să o
răstoarne.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 52
Analiza modelului de seră cu unghiul de 1150 între pantele acoperişului. În lucrarea de
doctorat se prezintă toate rezultatele vizualizărilor curgerii curentului de aer cu vitezele prestabilite
de 10, 15, 20, 25, 27,5 şi 30 m/s asupra pereţilor verticali frontal şi lateral şi acoperişului, la
acţiunea frontală şi laterală a acestuia, precum şi modul de manifestare a acţiunii vântului în plan
orizontal şi în secţiunea mediană verticală a acestui model, similar ca la modelul cu 1100 între
pantele acoperişului.
Schemele de acțiune ale forțelor de împingere şi de ridicare, precum şi a momentului de
răsturnare exercitate de curentul de aer, în funcție de direcția de acţiune a acestuia sunt similare cu
cele din figura 5.10, iar rezultatele se precizează în figurile 5.35, 5.36 şi 5.37.
În figura 5.35 se prezintă comparativ variaţia forţei de împingere care acționează asupra serei cu
115o între pantele acoperişului, pentru cele două direcţii ale vântului, direcţie frontală și, respectiv,
laterală. Forța de împingere tinde să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de acțiune a
vântului și are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului (în acest caz, suprafața normală
pe direcția vântului este mai mare, o parte din acoperiş fiind împinsă uşor).
Fig.5.35. Variația forței de împingere a serei la acţiunea frontală şi laterală a vântului
În figura 5.36 se prezintă comparativ variația forței de ridicare ce acționează asupra serei,
pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Forța de ridicare tinde
să deplaseze sera în plan vertical, practic tinde să ridice sera de pe bază și are valori mai mari în
cazul acțiunii laterale a vântului.
Fig.5.36. Variația forței de ridicare a serei la acţiunea frontală şi laterală a vântului
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 53
În figura 5.37 se prezintă comparativ variația momentului care acționează asupra serei,
pentru cele două situații ale vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Momentul tinde să
răstoarne sera și are valori mai mari în cazul acțiunii laterale a vântului.
Fig.5.37. Variația momentului de răsturnare a serei la acţiunea frontală şi laterală a vântului
.Analiza modelului de seră cu unghiul de 100o între pantele acoperişului. În lucrarea de
doctorat se prezintă toate rezultatele vizualizărilor curgerii curentului de aer cu vitezele prestabilite
de 10, 15, 20, 25, 27,5 şi 30 m/s asupra pereţilor verticali frontal şi lateral şi acoperişului, la
acţiunea frontală şi laterală a acestuia, precum şi modul de manifestare a acţiunii vântului în plan
orizontal şi în secţiunea mediană verticală a acestui model, similar ca la modelul cu 1100 între
pantele acoperişului.
Schemele de acțiune ale forțelor de împingere şi de ridicare, precum şi a momentului de
răsturnare exercitate de curentul de aer, în funcție de direcția de acţiune a acestuia sunt similare cu
cele din figura 5.10, iar rezultatele se precizează în figurile 5.44, 5.45 şi 5.46.
În figura 5.44 se prezintă comparativ variația forței de împingere care acționează asupra serei,
pentru cele două direcţii ale vântului, direcţie frontală și, respectiv, laterală. Forța de împingere
tinde să deplaseze sera în plan orizontal, după direcția de acțiune a vântului și are valori mai mari în
cazul acțiunii laterale a acestuia (în acest caz, la suprafața normală pe direcția vântului a peretelui
vertical trebuie adăugată şi o parte a acoperişului).
Fig.5.44. Variația forței de împingere a serei cu 1000 la acţiunea frontală şi laterală a vântului
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 54
În figura 5.45 se prezintă comparativ variația forței de ridicare ce acționează asupra serei, pentru
cele două situații ale vântului, acțiune frontală și, respectiv, laterală. Forța de ridicare tinde să
deplaseze sera în plan vertical, practic să ridice sera de pe bază și are valori mai mari în cazul
acțiunii laterale a vântului.
Fig.5.45. Variația forței de ridicare a serei cu 1000la acţiunea frontală şi laterală a vântului
Figura 5.46 se prezintă comparativ variația momentului care acționează asupra serei, pentru
cele două direcţii ale vântului, frontală și, respectiv, laterală. Momentul de răsturnare are valori mai
mari în cazul acțiunii frontale a vântului.
Fig.5.46. Variația momentului de răsturnare a serei cu 1000 la acţiunea frontală şi laterală a
vântului
5.2 Analiza şi interpretarea rezultatelor simulării teoretice a acţiunii vântului
asupra unor modele de sere
.Analiza forţei de împingere exercitată de vânt asupra serelor. Cunoaşterea forţei de
împingere pe care vântul de o anumită intensitate o exercită asupra suprastructurii unei sere este
importantă pentru dimensionarea corectă atât a structurii de rezistenţă, cât şi suprafeţelor
materialelor transparente folosite la realizarea acesteia. În toate cazurile este necesară o structură
care să reziste la cele mai dificile condiţii de mediu, dar pentru o seră amplasată pe acoperişul unei
clădiri acest aspect nu este suficient.
Acoperişul tip seră trebuie să obtureze cât mai puţin lumina solară, astfel încât plantele cultivate
să dispună, din acest punct de vedere de condiţii cât mai apropiate de cele din spaţiile deschise.
Aceasta înseamnă folosirea unor materiale de construcţie cu caracteristici mecanice cât mai
ridicate,dar şi accesibile sub aspectul parametrului fiabilitate/preţ.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 55
Fig. 5.47. Variaţia forţei de împingere exercitată asupra machetelor la acţiunea frontală a vântului
cu diferite viteze
Nu trebuie să se omită faptul că unui acoperiş tip seră i se solicită în toate cazurile să exercite
asupra plafonului clădirii o apăsare minimă. Dacă la serele de pe sol la care materialul transparent
este acrilul sau folia se acceptă o apăsare de circa 15 daN/m2, pentru sera de pe acoperiş această
apăsare trebuie redusă substanţial. Serele la care materialul transparent este sticla cu grosimea de
3…5 mm vor exercita o presiune mult mai mare asupra solului.
Rezultă că pentru satisfacerea simultană a acestor cerinţe este obligatorie , alături de cunoaşterea
forţei de împingere exercitată de vânt, folosirea unor profile metalice rezistente din materiale
uşoare, precum duraluminiul, dar şi înlocuirea sticlei grele şi periculoasă la spargere cu acril sau
folii din materiale plastice.
Din figura 5.47 se constată că la aceeaşi suprafaţă a bazei şi aceeaşi înălţime, cea mai
convenabilă sub aspectul forţei de împingere la acţiunea frontală a vântului este macheta cu
acoperişul cu patru pante simetrice, dispuse la 900. Având o construcţie simetrică, această variantă
este la fel de avantajoasă şi în cazul acţiunii laterale a curentului de aer. Pe de altă parte, din
reprezentarea grafică din figura 5.48 rezultă că cea mai dezavantajoasă sub aspectul forţei de
împingere la acţiunea laterală a vântului este varianta cu unghiul dintre pantele acoperişului de
1000.
Fig. 5.48. Variaţia forţei de împingere exercitată asupra machetelor la acţiunea laterală a vântului
cu diferite viteze
Dacă în cazul serelor amplasate pe sol orientarea recomandată este E-V din considerente de
captare a maximului de intensitate luminoasă provenită de la soare, la serele amplasate pe
acoperişuri arhitecţii urbanişti pot impune alte orientări, pentru care cunoaşterea direcţiei vântului
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 56
dominant şi a forţei de împingere exercitată de acesta pot contribui decisiv la alegerea şi realizarea
unei construcţii performante din toate punctele de vedere.
Analiza forţei de ridicare exercitată de vânt asupra serelor. În cazul spaţiilor protejate
amplasate pe sol manifestarea unei forţe de ridicare periculoase la acţiunea vânturilor obişnuite este
mai puţin probabilă la sere, dar poate să apară la solariile uşoare acoperite cu folie sau chiar şi la
sere în cazul unor tornade sau vânturi de tip uragan (foarte puţin probabile în România).
Cu totul altfel se pune problema în cazul serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor înalte, la
care pe o diferenţă de nivel de câteva zeci de metri se pot regăsi straturi de aer care se deplasează cu
viteze diferite şi care pot provoca fenomene extreme, inclusiv forţe importante de ridicare a
suprastructurilor serelor de pe temeliile lor. Cunoaşterea comportamentelor diferitelor forme şi
dimensiuni de sere la acţiunea de ridicare a lor de către curenţii de aer care se deplasează cu diferite
viteze se poate asigura prin simulare teoretică cu metoda elementelor finite.
În figura 5.49 se prezintă o sinteză a variaţiilor cu viteza a forţelor de ridicare exercitate de
curenţii de aer la deplasarea pe direcţie frontală faţă de cele 5 modele de sere studiate. Se constată
că modelul de seră cu acoperişul din 2 pante care formează un unghi de 110o are cea mai
dezavantajoasă expunere, în timp ce modelul cu acoperişul din 4 pante şi unghiul pantelor de 90o
are situaţia cea mai favorabilă, între cele două modele diferenţa fiind de circa 22 %.
Fig. 5.49. Variaţia forţei de ridicare exercitată asupra machetelor la acţiunea frontală a vântului
cu diferite viteze
În figura 5.50 se prezintă sinteza variaţiilor cu viteza a forţelor de ridicare exercitate de curenţii
de aer asupra celor 5 modele de sere la deplasarea pe direcţia laterală a acestora.
Fig. 5.50. Variaţia forţei de ridicare exercitată asupra machetelor la acţiunea laterală a vântului
cu diferite viteze
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 57
Şi în acest caz situaţia cea mai avantajoasă o are sera cu acoperişul din 4 pante şi unghiul
dintre acestea de 90o, la care forţa de ridicare este cu circa 125% mai mică decât forţa de ridicare ce
se exercită asupra serei cu acoperişul din 2 pante şi unghiul de 115o.
.Analiza momentului de răsturnare exercitat de vânt asupra serelor. Momentul de
răsturnare pe care vântul îl exercită asupra acoperişurilor clădirilor este deosebit de periculos prin
urmările pe care le poate provoca. Mansardările neprofesioniste ale unor blocuri vechi de locuinţe
s-au soldat cu smulgerea lor de pe fundaţii şi prăvălirea peste alte construcţii, autovehicule sau chiar
peste oameni, atunci când vânturile au avut intensităţi sau direcţii pe care improvizatorii nu le-au
prevăzut.
În figura 5.51 se prezintă variaţia cu viteza curentului de aer a momentelor de răsturnare care
se exercită asupra celor 5 modele de sere, în deplasării frontale a aerului faţă de sere.
Fig. 5.51. Variaţia momentului de răsturnare exercitat asupra machetelor la acţiunea frontală a
vântului
La acţiunea frontală a curentului de aer comportamentul celor 5 sere este practic asemănător,
respectiv momentul de răsturnare creşte de cinci ori, pentru creşterea vitezei aerului de la 10
m/s…30 m/s. Modelul de seră cu acoperişul din 4 pante simetrice, dispuse la 90o are o situaţie mai
bună decât celelalte modele, dar numai la vitezele cele mai mari ale vântului frontal (peste 26 m/s).
În figura 5.52 se prezintă comparativ variaţia momentului de răsturnare exercitat de curentul
de aer, care se deplasează din direcţie laterală faţă de cele 5 modele de sere, cu viteze de până la 30
m/s. În acest caz se observă o diferenţiere a comportamentelor serelor începând de la viteze ale
curentului de aer de 15 m/s, astfel că la vitezele maxime luate în studiu în această lucrare sera cu
acoperişul din 2 pante la 100o este expusă unui moment de răsturnare cu 33% mai mare decât sera
cu cu acoperişul din 4 pante simetrice, dispuse la 90o.
Fig. 5.52. Variaţia momentului de răsturnare exercitat asupra machetelor la acţiunea laterală a
vântului
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 58
Analiza influenţei vitezei şi direcţiei curentului de aer asupra structurii serelor în plan
orizontal şi vertical. Multiplele facilităţi pe care le oferă soft-ul ANSYS 15.0, care are la bază
metoda elementului finit, utilizat la simularea efectelor curenţilor de aer asupra unor modele de sere
în această lucrare, a permis vizualizarea şi compararea modului de curgere şi intensitatea
presiunilor/depresiunilor pe pe pereţii verticali frontali şi laterali, pe pantele acoperişurilor, dar şi
în planurile orizontale şi verticale mediane ale obiectelor supuse cercetărilor, pentru direcţiile
frontală şi laterală faţă de poziţia serelor, a curgerii curenţilor de aer cu diferite viteze.
La curgerea frontală a curentului de aer se constată că pe pereţii verticali frontali se manifestă
la toate modelele de sere şi la toate vitezele vântului (fig. 5.4, fig.5.14, fig. 5.23, fig.5.29 şi fig.
5.38) apăsări maxime (culoarea roşie), în timp ce pe pereţii verticali laterali se manifestă
depresiuni (sucţiuni).Trebuie remarcat faptul că apăsările de pe pereţii verticali frontali nu sunt
uniforme, adică sunt mai intense în zonele centrale ale acestora şi se diminuează până la limita cu
depresiunea către margini. O situaţie specială se observă în cazul curgerii frontale a aerului şi la
acoperişuri, unde apariţia unor pete uşor gălbui pe lângă albastru şi verde, arată că pe acestea se
manifestă cu precădere depresiuni, dar şi mici apăsări în anumite zone, în special pe pantele frontale
ale serei cu acoperişul din 4 pante simetrice (fig.5.23).
La curgerea laterală a curentului de aer se constată că pe pereţii verticali laterali se manifestă la
toate modelele de sere şi la toate vitezele vântului (fig.5.5, fig. 5. 15, fig. 5.23, fig. 5. 30 şi fig. 5.
39) apăsări maxime (culoarea roşie), în timp ce pe pereţii verticali frontali se manifestă depresiuni
(sucţiuni). Apăsările de pe pereţii verticali laterali sunt mai intense în zonele centrale şi mai slabe
către marginile pereţilor respectivi. În schimb supafeţele de acoperişuri afectate de presiuni uşoare
sunt mai vizibile comparativ cu situaţia direcţiei frontale a curentului de aer, deşi depresiunile sunt
fenomenele predominante asupra pantelor respective şi în acest caz.
Vizualizarea în plan orizontal a efectelor curgerii curentului de aer pe direcţia frontală faţă de
modelele de sere (fig. 5. 6, fig. 5.16, fig. 5. 24, fig. 5. 31 şi fig. 5.40) evidenţiază apăsările de pe
pereţii verticali frontali cu presiuni care scad spre marginile domeniului şi existenţa fenomenelor
de sucţiune pe ceilalţi pereţi verticali şi pe pantele acoperişurilor, confirmându-se concluziile
anterioare referitoare la solicitările pe care curenţii de aer le provoacă pe suprastructurile serelor.
La analiza efectelor în plan orizontal ale curgerii curentului de aer pe direcţia laterală faţă de
modelele de sere studiate (fig. 5.7, fig. 5.17, fig. 5.24, 5.32 şi fig.5.41) se constată că pe pereţii
verticali laterali se exercită presiuni care se reduc spre margini, iar pe pereţii verticali frontali se
manifestă numai depresiuni. Pe pantele acoperişurilor predomină fenomenele de sucţiune cu
intensităţi diferite, în funcţie de numărul şi înclinarea pantelor.
Interesante sunt şi vizualizările efectelor în plan median vertical ale curgerii aerului cu diferite
viteze pe direcţia frontală (fig. 5.8, fig. 5. 18, fig. 5. 25, fig. 5. 33 şi fig.5.42) faţă de poziţiile de
referinţă ale modelelor de sere. Se evidenţiază existenţa unui curent de aer cu o presiune
importantă mai sus de coama acoperişului, ceea ce înseamnă că prin forma acoperişului se poate
controla fenomenul curgerii aerului peste acoperiş.
O situaţie demnă de analizat se observă în planul median vertical al modelelor specificate şi în
cazul curgerii laterale a curentului de aer ( fig. 5.9. fig. 5. 19, fig. 5. 25, fig. 5.34 şi fig. 5.43),
constatându-se existenţa unei apăsări pe panta expusă a acoperişului, dar şi manifestarea unei
tulburenţe în curentul de aer care părăseşte acoperişul, cu direcţia imprimată de unghiul pantei.
5.3. Cercetări teoretice privind adaptarea unui dom geodezic la cerinţele unei
sere amplasate pe acoperişurile clădirilor
În capitolul 3.1.3.s-a făcut referire la o formă de seră mai puţin obişnuită (fig. 2.14), realizată de
firma Globe Hedron [103], pentru a fi amplasată pe acoperişul unei clădiri. Forma acelei sere este
asemănătoare cu cea a unor domuri geodezice construite în zonele montane greu accesibile din
România, ca refugii pentru turiştii surprinşi de manifestările mai dure ale naturii sau ca puncte de
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 59
sprijin pentru cercetătorii zonelor montane. De calculul şi proiectarea unui asemenea dom geodezic
s-a preocupat şi un colectiv complex şi numeros de cercetători, inclusiv de la Universitatea
Transilvania din Braşov[40], ideile acestora putând fi dezvoltate şi adaptate în această lucrare în
scopul proiectării unui model de seră amplasabil pe acoperişul unei clădiri din mediul urban.
La baza structurii serei de tip dom geodezic se poate afla un poliedru regulat convex, care, din
raţiuni structurale ar putea fi un icosaedru, adică un poliedru cu 20 de feţe (care sunt triunghiuri
echilaterale), 30 de muchii şi 12 vârfuri (fig.5.53).
Fig. 5.53. Structura generală a unui icosaedru regulat [40]
Vârfurile icosaedrului se află pe o sferă. Pentru o mai bună aproximare a sferei, muchiile (laturile
triunghiurilor) se divizează în 2 sau 3 părţi egale, iar punctele de divizare se proiectează pe sfera
care încadrează icosaedrul. Prin unirea noilor puncte se obţin 4 triunghiuri în locul unuia singur,
dacă latura se divizează în 2 părţi egale (sau V2), sau 9 triunghiuri în locul unuia singur, în cazul
divizării laturii în 3 părţi egale (sau V3). În figura 5.54 sunt prezentate exemple de divizare a
laturilor şi implicit a triunghiurilor. Procesul de divizare mai este numit şi triangulaţie. Numărul
segmentelor în care se divide fiecare latură a poligonului de bază în procesul de triangulaţie se mai
numeşte şi frecvenţă. Structura geodezică de frecvenţa 1 este poliedrul de bază [40].
a b c
Fig.5.54. Exemple de triangulaţii: a - triunghiul iniţial (frecvenţa 1); b - triangulaţie de
frecvenţa 2 (V2); c - triangulaţie de frecvenţa 3 (V3) [40]
Prin trunchierea corpului obţinut se obţine o cupolă geodezică sau dom geodezic. De exemplu, în
figura 5.55 este prezentat un dom geodezic de tip V3 (frecvenţa 3), trunchiat 5/8 (s-a păstrat 5/8
dintr-o sferă).
Fig. 5.55. Dom geodezic V3, 5/8[40] Fig. 5.56. Model de referinţă pentru structura
serei V3 [40]
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 60
Alte triangulaţii (V4, V5, V6...) se obţin prin divizarea repetată a laturilor noilor triunghiuri
obţinute.
Sera trebuie echipată cu uşă de acces şi ferestre de ventilare care nu vor afecta decât în mică
măsură forma de ansamblu a structurii (fig. 5.56).
Structura serei este formată din module de tip hexagon şi pentagon. Vârfurile hexagoanelor şi
pentagoanelor sunt aşezate pe o suprafaţă sferică. Fiecare modul hexagon şi pentagon este format
din 6, respectiv 5 triunghiuri, toate având vârfurile pe aceeaşi suprafaţă sferică.
Pentru fabricarea şi montajul sigur al componentelor, laturile triunghiurilor (toate sunt
triunghiuri isoscele) se notează cu M sau T (mamă/tată), în funcţie de secţiunea lor, în ordinea BSD
( B- bază; S-latura stângă; D- latura dreaptă). Exemplu: MTM înseamnă triunghi cu baza tip M,
latura din stânga tip T şi latura din dreapta tip M. Partea stângă şi partea dreaptă se determină
privind dinspre exteriorul structurii (exteriorul serei). În cazul unui dom geodezic materialul folosit
ar putea fi lemnul, când noţiunile de mamă, tată, bază, stânga sau dreapta sunt necesare, deoarece
între ele există uşoare deosebiri. Pentru o seră amplasată pe acoperişul unei clădiri lemnul nu se
poate accepta ca material principal de construcţie, din motive de rezistenţă la solicitările mecanice,
deoarece profilele trebuie să fie de dimensiuni minime pentru a permite luminii să ajungă la plante
cu restricţii minore[16].
Pentru structura formată din module tip pentagon, unghiurile la vârf sunt de 54,6o (între bază şi
celelalte două laturi) şi respectiv 70,7o (între laturile egale). Diferenţa de 0,1
o faţă de totalul
unghiurilor triunghiului apare la a doua zecimală.
Pentru structura formată din module tip hexagon, unghiurile la vârf sunt de 60,7o
(între bază şi
celelalte două laturi) şi respectiv 58,6o (între laturile egale).
Fig.5. 57. Asamblarea triunghiurilor la o seră tip dom geodezic [40]
Asamblarea triunghiurilor se poate realiza ca în figura 5.57, prin şuruburi sau folosind coliere cu
secţiunea corespunzătoare. Se pot face specificaţii referitoare la înălţimea şi diametrul serei, poziţia
uşii şi ferestrelor de ventilare etc. [40].
În acest caz se recomandă ca modelul de bază să fie o structură modelată în GstarCAD, utilizată
la proiectarea construcţiilor de tip geodom. Modelul poate fi exportat în format ACIS pentru a putea
fi preluat în programul Creo Parametric, care include un modul de analiză prin metoda elementului
finit. Modelul poate fi realizat şi direct în Creo. [27].
Pentru viteza vântului de 32 m/s se obţin valorile ale deplasărilor de maximum 0,18 mm. [40].
Se constată că, cel puţin teoretic, sera cu structura de tip dom geodezic, la aceste dimensiuni, nu
este afectată de vitezele mari ale vântului.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 61
6. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND SOLICITĂRILE
STRUCTURILOR DE REZISTENŢĂ ALE SERELOR AMPLASATE PE
ACOPERIŞURILE CLĂDIRILOR
6.1. Obiectivele cercetărilor experimentale
Cercetarea experimentală reprezintă unul din modurile principale de abordare a problemelor de
investigare ştiinţifică fundamentală sau aplicativă. În general, în cercetarea ştiinţifică trebuie să
existe o unitate indisolubilă între studiile teoretice si cercetarea experimentală, prin aceasta
soluţionându-se problemele ştiinţifice pe căile cele mai scurte si mai puţin costisitoare.
Studiile teoretice permit stabilirea interdependenţei dintre diferiţi parametri ai proceselor tehnice,
a legilor care stau la baza fenomenelor, utilizând aparatul matematic şi realizările din domeniul
ştiinţelor fundamentale (fizica, chimia, biologia etc.).
Cercetările experimentale urmăresc, pe de o parte verificarea adevărului ipotezelor şi teoriilor
care au stat la baza studiilor referitoare la procesele cercetate, iar pe de altă parte, permit
investigarea unor fenomene pentru care nu se pot obţine rezultate cu aplicabilitate practică pe cale
teoretică, datorită complexităţii acestora sau necunoaşterii în suficientă măsură a legilor care
determină evoluţia fenomenului cercetat.
Toate cercetările experimentale presupun măsurarea unor mărimi fizice, mecanice sau de altă
natură, în regim static sau dinamic, folosind aparatură şi mijloace de măsurare adecvate, prelucrarea
datelor obţinute şi în final, stabilirea concluziilor pe baza cărora se poate trece la valorificarea
rezultatelor.
Obiectivul principal al cercetărilor experimentale din această lucrare a constat în măsurarea în
tunelul aerodinamic a presiunilor/depresiunilor şi forţelor de împingere care se exercită pe
suprafeţele frontale, laterale şi pe acoperişurile unor machete de sere amplasabile pe
acoperişurile clădirilor, la acţiunea frontală şi laterală a vântului, care suflă cu viteze diferite.
În vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercetări a fost necesară parcurgerea
secvenţială şi rezolvarea mai multor obiective subsidiare, precum:
• stabilirea corectă a numărului de machete de sere şi a formelor acestora, în concordanţă cu
cerinţele constructive impuse acestora de factorii de mediu ai plantelor, încadrarea în legislaţia
urbanistică, parametrii climaterici specifici zonei geografice etc.;
realizarea practică a cinci machete de sere, la care suprafeţele bazelor şi înălţimile sunt
egale, dar care se deosebesc prin numărul de pante ale acoperişurilor şi prin unghiurile de înclinare
ale acestora şi adaptarea lor la cerinţele studiului în tunelul aerodinamic utilizat;
•stabilirea unei metodici riguroase de cercetare experimentală în vederea studiului presiunilor şi
a forţelor de apăsare exercitate de vânt asupra machetelor, conform specificaţiilor din [146] ( Codul
de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra Construcţiilor INDICATIV CR 1-1-
4/2012), care să confere garanţia că rezultatele obţinute prin cercetare sunt corecte;
•determinarea presiunilor/depresiunilor exercitate de vântul care suflă cu viteze diferite pe
direcţiile frontale şi laterale ale machetelor, asupra pereţilor verticali frontali şi laterali, dar şi asupra
acoperişurilor înclinate cu unghiuri diferite;
•determinarea forţelor de apăsare exercitate de vântul care suflă cu viteze diferite pe direcţiile
frontale şi laterale ale celor cinci machete,
•calculul coeficienţilor globali de rezistenţă aerodinamică ai modelelor de sere cercetate şi
compararea lor cu cei prevăzuţi în CR 1-1-4/2012;
•prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale şi compararea lor cu
cele obţinute la cercetările teoretice.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 62
În scopul efectuării cu succes a cercetărilor experimentale au fost desfăşurate o serie de activităţi
preliminare care au vizat, în special, cunoaşterea performanţelor şi a modului de lucru cu tunelul
aerodinamic utilizat la aceste cercetări.
6.2. Obiectele cercetărilor experimentale
Obiectele cercetărilor experimentale sunt reprezentate de cinci machete de sere (fig. 6.1),
realizate din material plastic cu grosimea de 2,5 mm. Pentru a se putea compara rezultatele
cercetărilor experimentale, între ele, dar şi cu cele ale cercetărilor teoretice, s-a stabilit ca
suprafeţele bazelor şi înălţimile tuturor machetelor să fie identice, deosebirile dintre ele constând în
numărul de pante ale acoperişurilor, unghiurile de înclinare ale acestora şi volumele utile.
Fig. 6.1. Cele 5 machete de sere realizate pentru cercetările experimentale
Machetele cu numerele 1, 2, şi 3 au acoperişurile alcătuite din câte două pante (conforme cu
figura 4.5 din CR 1-1-4/2012); macheta nr.4 are acoperişul format din patru pante (conformă cu
figura 4.9 din CR 1-1-4/2012 ), care formează o coamă, iar macheta nr. 5 are acoperişul format din
patru pante identice, care formează un vârf. Pentru a se conferi machetelor suficientă rigiditate la
acţiunea vântului, panourile din material plastic au fost fixate cu şuruburi pe profile modelate din
tablă cu grosimea de 1,5 mm.
Deoarece tunelul aerodinamic este prevăzut cu 16 tuburi cu diametrele exterioare de 3 mm,
utilizate pentru măsurarea presiunii exercitată de vânt, în pereţii verticali frontali şi laterali, precum
şi pe pantele acoperişurilor au fost practicate, în poziţii considerate reprezentative, mai multe
orificii cu diametrele de 3 mm. Orificiile care nu au fost utilizate la măsurarea presiunilor au fost
acoperite cu bandă adezivă. La măsurarea forţelor de împingere exercitate de vânt asupra
machetelor toate orificiile au fost acoperite.
De asemenea, la toate machetele s-a executat în placa de bază câte un orificiu cu diametrul de 30
mm prin care s-au introdus în interiorul machetelor şi s-au fixat în orificiile practicate în pereţi şi
acoperişuri tuburile pentru măsurarea presiunii/depresiunii vântului. Orificiul din plăcile de bază (v.
fig. 6.2…6.6) a servit şi la fixarea cu ajutorul unor cleme adecvate, a machetelor în tunelul
aerodinamic.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 63
Tabelul 6.1
Caracteristicile geometrice ale machetelor de sere utilizate la cercetările experimentale
Model
nr. α1
0 α2
0
Ab,
cm2
H,
cm
V,
cm3
Afv
cm2
Afac
cm2
Alv,
cm2
Alac,
cm2
At
cm2
1. 110 - 400 20 6600 330 - 260 240 1660
2. 120 - 400 20 7000 350 - 300 220 1740
3. 90 - 400 20 6000 300 - 200 280 1560
4. 115 120 400 20 5600 250 80 250 180 1520
5. 100 100 400 20 5200 250 120 250 120 1480
Caracteristicile geometrice ale machetelor folosite la cercetările experimentale sunt precizate în
tabelul 6.1., în care notaţiile au următoarele semnificaţii (a se vedea şi figurile 6.3…6.7): α1-
unghiul format de pantele principale ale acoperişului; α2 - unghiul format de pantele secundare ale
acoperişului; Ab-aria bazei, egală la toate machetele; H –înălţimea machetei, egală la toate
modelele; V volumul interior al machetei; Afv aria peretelui frontal vertical; Afac aria suprafeţei
acoperişului frontal; Alv – aria peretelui vertical lateral; Alac.-aria suprafeţei acoperişului lateral; At –
suprafaţa totală a pereţilor şi acoperişului.
Trebuie precizat că formele celor 5 machete de sere nu s-au ales întâmplător, ele fiind
rezultatul analizei celor mai multe dintre formele de sere care se utilizează în prezent pe sol sau
pe acoperişurile clădirilor. Asemenea forme satisfac nu numai cerinţele de mediu pentru un
mare număr de plante, dar corespund şi sub aspect economic, în sensul utilizării unor materiale
şi echipamente accesibile din punct de vedere al raportului fiabilitate/preţ, fiind verificate de
practică. În mod detaliat caracteristicile geometrice ale celor cinci machete se prezintă în figurile
6.2…6.6, în care cu a se notează schiţa, iar cu b – fotografia fiecărei machete, denumite şi modele.
6.3. Metodica cercetării experimentale
În vederea atingerii obiectivului principal şi obiectivelor subsidiare ale cercetărilor
experimentale s-a conceput şi s-a urmărit metodica generală prezentată în figura 6.7.
Aspectul principal care s-a avut în vedere la proiectarea metodicii (programului) cercetărilor
experimentale a fost acela de a se respecta elementele principale prevăzute în Codul de
Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului asupra Construcţiilor INDICATIV CR 1-1-4/2012. Din
analizele efectuate în Capitolul 3 asupra construcţiilor de sere clasice (pe sol) şi a tendinţelor
referitoare la cele amplasate pe acoperişurile clădirilor se constată că se preferă formele care să
asigure la cel mai înalt nivel cerinţele plantelor faţă de factorii de mediu, să fie rezistente la
acţiunea vântului şi a altor intemperii etc., iar cele de pe acoperişuri să satisfacă şi cerinţele de
arhitectură urbanistică.
Din aceste considerente machetele de sere au acoperişurile cu două sau patru pante, iar
coeficienţii de rezistenţă aerodinamică din Codul specificat au în vedere direcţiile frontale şi laterale
din care suflă vântul. În felul acesta rezultatele cercetărilor experimentale pe aceste machete se pot
compara cu cele specificate în normele respective. Pe de altă parte, viteza maximă care poate fi
imprimată curentului de aer în tunelul aerodinamic disponibil pentru cercetările experimentale este
de 30 m/s, satisfăcătoare pentru condiţiile climatice din România, dar insuficientă pentru condiţiile
din alte ţări (ex. SUA sau alte zone expuse unor taifunuri).
Deşi nu se precizează explicit în metodica de cercetare din figura 6.7, au fost necesare mai multe
repetări ale cercetărilor până au fost eliminate micile disfuncţiuni şi s-au însuşit toate elementele
cerute de normele din construcţii referitoare la aceste cercetări.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 64
a
b
Fig. 6.2.Caractericticile geometrice ale modelui nr. 1
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 65
Fig. 6.7. Metodica generală a cercetărilor experimentale
Studierea caracteristicilor constructive şi funcţionale ale
tunelului aerodinamic HM170 Educational Wind Tunnel.
G.U.N.T. Gerätebau GmBH. Barsbüttel, Germany.
Stabilirea formelor, dimensiunilor, proiectarea şi
executarea machetelor de sere care se vor cerceta
Alegerea parametrilor tehnici care se vor măsura şi
executarea dispozitivelor suplimentare necesare
Presiunile/depresiunile pe
pereţii laterali şi pe
acoperişurile machetelor
Stabilirea direcţiilor de acţiune a vântului faţă de machete
Frontală
Prelucrarea, analiza şi interpretarea datelor rezultate în
urma cercetărilor experimentale
Concluzii privind cercetările experimentale
Stabilirea vitezelor curentului de aer, în concordanţă cu
situaţiile reale şi performanţele tunelului aerodinamic:10
m/s; 15 m/s; 20 m/s; 25 m/s; 27,5 m/s; 30 m/s.
Desfăşurarea cercetărilor experimentale, măsurarea şi
înregistrarea datelor
Forţa de împingere a
vântului
Laterală
Studierea specificaţiilor din Codul de Proiectare Evaluare
a Acţiunii Vântului asupra Construcţiilor INDICATIV
CR 1-1-4/2012,în vederea respectării normelor de
cercetări experimentale
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 66
6.4. Echipamentele şi aparatura folosite la cercetarea experimentală
Principalul echipament utilizat la cercetările experimentale a fost tunelul aerodinamic
HM170 Educational Wind Tunnel. G.U.N.T. Gerätebau GmBH. Barsbüttel, Germany [91],
aflat în Laboratorul pentru Studierea Energiei Eoliene din cadrul Departamentului.de Design de
Produs, Mecatronică şi Mediu de la Universitatea Transilvania din Braşov, a cărui vedere generală
se prezintă în figura 6.8.
Fig. 6.8. Tunelul aerodinamic HM170 Educational Wind Tunnel. G.U.N.T. Gerätebau GmBH.
Barsbüttel, Germany [127], [91]
Acesta este un tunel subsonic (viteza aerului ajunge până la 0,1 Mach), cu circuit deschis (aerul
este preluat din exterior şi expulzat tot în exterior, cu viteză mărită). Elementele constructive ale
tunelului sunt specificate în figura 6.9. Zona de măsurare are secţiunea de 287x287 mm şi lungimea
de 365 mm, este confecţionată din plexiglas transparent, iar suprastructura se deplasează
longitudinal pentru introducerea şi scoaterea obiectelor supuse cercetărilor experimentale..
Fig.6.9. Structura tunelului aerodinamic [91]
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 67
Modelul experimental 1 este fixat în secţiunea de măsurări 2. Aerul este absorbit în tunel prin
pâlnia de alimentare 5, iar curgerea laminară este asigurată prin secţiunea 4 (eventualele
componente transversale ale circulaţiei aerului sunt reduse la zero). Curgerea laminară a aerului este
accelerată de aproximativ 3,3 ori în secţiunea 3, iar în zona 6 a tunelului se realizează decelerarea
vitezei aerului, care este exhaustat în exterior prin ventilatorul 7 [91].
Echipamentul pentru măsurarea forţelor constă din traductorul de forţă 8, care este solidar
cu modelul experimental 1 (fig.6.10). Prin acest traductor, în interiorul tunelului se pot realiza
măsurări (după două direcţii–împingere şi portanţă) referitoare la forţe, viteze, presiuni, coeficientul
aerodinamic de împingere (drag) şi de portanţă (lift). Valorile măsurate pentru forţe se pot vizualiza
pe ecranul amplificatorului 9 ( fig.6.10).
Fig. 6.10. Sistemul de măsurare[91] Fig. 6.11. Tubul manometric [91] Fig. 6.12. Panoul de comandă [91]
Viteza aerului în secţiunea de măsurări 2 se poate citi la tubul manometric înclinat 10 (fig.6.11).
Panoul de comandă 11 (fig.6.12) conţine un comutator principal ON/OFF de alimentare cu energie
electrică, un buton de oprire de urgenţă, un buton de reglare a vitezei aerului (convertor în
frecvenţă) şi un comutator ON/OFF al ventilatorului.
Şina 12 permite translatarea peretelui lateral al secţiunii de măsurări şi accesul la interiorul
secţiunii. Sistemul este amplasat pe batiul 13 prevăzut cu role.
Măsurarea presiunilor se realizează cu manometrul multitub (fig. 6.13) ataşat tunelului.
Fig. 6.13 Vedere a manometrului multitub pentru măsurarea presiunilor [93]
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 68
Manometrul multitub (fig.6.14) [93] conţine 16 tuburi Prandtl de tip manometru cu scală gradată
2, montate pe un panou rabatabil 1. Fiecare tub manometric este prevăzut, în partea superioară, cu o
duză de conexiune 3. Alimentarea cu apă se realizează prin intermediul rezervorului 4, conectat la
tubul de legătură 5. Prin construcţie, manometrul multitub oferă posibilitatea de măsurare a
presiunilor absolute sau relative ale aerului, a presiunilor statice sau dinamice ale aerului aflat în
curgere. Panoul se poate orienta în 3 poziţii de înclinare prin intermediul pârghiei 6, oferind astfel
posibilitatea de măsurare a presiunilor foarte mici. Înclinarea panoului se poate citi pe indicatorul 7:
1:2 (63,4o), 1:5 (78,7
o), 1:10 (84,3
o). Fixarea pe direcţie verticală a panoului se realizează prin
intermediul şuruburilor 8, ţinând seama de indicatorul 10. Fixarea panoului pe standul 11 se
realizează prin şuruburile de strângere 9.
Fig. 6.14 Structura manometrului multitub pentru măsurarea presiunilor [92]
Pentru alimentarea cu apă, rezervorul se fixează la mijlocul tuburilor manometrice şi se
alimentează cu apă până la jumătatea înălţimii rezervorului (fig.6.15).
Fig.6.15. Alimentarea cu apă [93] Fig.6.16. Nivelul apei [93] Fig.6.17. Reglarea înclinării [93]
La alimentarea cu apă, duzele superioare ale tuburilor manometrice sunt neconectate şi, conform
principiului vaselor comunicante, nivelul apei este acelaşi în rezervor şi în toate tuburile (fig.6.16),
ţinând seama de presiunea atmosferică.
Pentru acurateţea măsurătorilor se poate regla înclinarea panoului (fig.6.17) la 1:2 (63,4o), 1:5
(78,7o), 1:10 (84,3
o), prin acţionarea pârghiei 6 (v. fig. 6.14) şi citirea indicatorului 7.
Anemometrul termic (fig. 6.18) face parte din aparatura necesară utilizării tunelului
aerodinamic, cu ajutorul său reglându-se şi verificându-se viteza curentului de aer în timpul
desfăşurării cercetărilor experimentale[47].
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 69
Fig.6.18. Anemometrul termic ataşat tunelului aerodinamic [47]
Anemometrul termic are următoarea structură şi facilităţi: 1 – senzor de tip marcă tensometrică;
2 – buton on; 3 – buton off; 4 – buton de luminare a ecranului; 5 – buton de calcul a valorii medii
măsurate; 6 – setare a unităţii de măsură; 7 – buton de calibrare; 8 – buton de memorare; 9 – buton
de ştergere a valorii memorate; 10 – buton de afişare a valorii minime, maxime, medii măsurate de
la activarea butonului “on”; 11 – buton de afişare a temperaturii măsurate; 12 – buton de afişare a
vitezei vântului măsurate; 13 – buton derulare jos; 14 – buton derulare sus; 15 – afişare valoare
temperatură măsurată; 16 – afişare viteză a vântului măsurată.
6.5. Desfăşurarea cercetărilor experimentale
Cercetările experimentale s-au desfăşurat în Laboratorul pentru studierea energiei vântului din
cadrul Departamentului.de Design de Produs, Mecatronică şi Mediu de la Universitatea
Transilvania din Braşov, ultimele probe făcându-se în data de 19. 03. 2016.
Pregătirile pentru efectuarea cercetărilor experimentale au vizat verificarea stării tehnice a
machetelor şi dispozitivelor adiacente acestora, funcţionarea la parametrii nominali a tunelului
aerodinamic, anemometrului şi a celorlalte echipamente aflate în dotarea acestuia şi necesare
acestor cercetări.
Măsurarea presiunii exercitată de vânt asupra machetelor. Pentru măsurarea presiunilor
se realizează sistemul de testare conform schemei din figura 6.19, ţinând seama de următoarele
aspecte:
Fig.6.19. Sistemul de măsurare a presiunilor[93]
duzele superioare ale tuburilor manometrice sunt conectate prin intermediul furtunurilor
flexibile 1 la duzele cilindrului 2;
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 70
duza rezervorului 3 este conectată printr-un furtun flexibil la secţiunea de măsurare 4,pentru
măsurarea presiunii statice (măsurarea presiunii statice se poate realiza şi fără această conexiune,
prin intermediul manometrului înclinat 10 al tunelului aerodinamic ( v. fig.6.17);
se înclină manometrul multitub pentru a asigura un domeniu de măsurare de ±500 Pa (în
cazul înclinării, valoarea citită trebuie împărţită la factorul de înclinare);
se aliniază rezervorul 3 la poziţia 0 prin deplasarea pe verticală;
pe panoul de comandă 11 (v. fig. 6.9) al tunelului aerodinamic, butonul 2 de alimentare cu
energie electrică este poziţionat pe ON (fig.6.20);
Fig.6.20. Panoul de comandă al tunelului aerodinamic [93]
comutatorul ventilatorului 3 este poziţionat pe ON (fig.6.20);
utilizând butonul de reglare a vitezei aerului 4, se reglează viteza aerului în interiorul
tunelului vt (reglarea valorilor se realizează prin citirea acestora la manometrul înclinat 10
(fig.6.14);
în caz de urgenţă se poate utiliza butonul 1 de oprire automată a sistemului (fig.6.20);
pentru fiecare valoare reglată a vitezei aerului în interiorul tunelului se citesc valorile
presiunilor pe manometrul multitub.
Deoarece echipamentul de testare dispune numai de 16 tuburi pentru măsurarea presiunii a fost
necesară o repartizare judicioasă a acestora pe suprafeţele expuse acţiunii vântului. La modelele nr.
1, 2 şi 3 s-au montat câte 5 tuburi pe peretele vertical frontal, pe un perete vertical lateral şi pe o
pantă a acoperişului. La machetele nr. 4 şi 5 au fost urmărite presiunile de pe patru suprafeţe, adică
de pe doi pereţi verticali şi de pe două pante de acoperiş. Celelalte orificii de pe pereţii şi acoperişul
machetelor au fost obturate cu bandă adezivă. De asemenea s-a considerat că pe peretele lateral
vertical şi pe panta acoperişului din partea opusă, acţiunea curentului de aer este simetrică.
Fig. 6.21. Pregătirea machetei nr. 1 pentru măsurarea presiunilor exercitate de vânt
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 71
Pentru fixarea capetelor tuburilor la orificiile stabilite ca reprezentative prin poziţiile lor pentru
măsurarea presiunilor, s-a demontat suprastructura machetelor de pe plăcile de bază, s-au introdus
tuburile prin orificiul cu diametrul de 30 mm din mijlocul acestora şi s-au fixat etanş pe pereţii şi
acoperişul fiecărei machete. Suprastructura machetei a fost fixată pe placa de bază, iar întregul
ansamblu a fost fixat cu trei cleme metalice pe podeaua tunelului. Marginile machetelor au fost apoi
etanşate faţă de podeaua tunelului cu bandă adezivă.
În figura 6.21 se prezintă modelul nr. 1 pregătit pentru a fi introdus în tunelul aerodinamic pentru
măsurarea presiunii curentului de aer pe pereţii şi acoperişul său.
Fig. 6.22. Introducerea machetei nr. 1 în tunelul aerodinamic pentru măsurarea presiunilor
exercitate de vânt
Fig. 6.23. Macheta nr. 1 fixată în tunelul aerodinamic pentru măsurarea presiunilor la acţiunea
laterală a vântului
În figura 6.22 macheta a fost aşezată pe podeaua zonei de măsurare a tunelului, iar în figura 6.23
se prezintă momentul reglării unei valori a vitezei vântului prin folosirea sondei anemometrului.
Trebuie precizat că fiecare machetă a fost montată în tunelul aerodinamic în două poziţii faţă de
direcţia curentului de aer, respectiv într-o poziţie frontală şi în alta laterală, aşa cum se specifică şi
în Codul de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului asupra Construcţiilor INDICATIV CR 1-1-
4/2012.
Măsurarea forţei de împingere exercitată de vânt asupra machetelor. Pentru măsurarea
forţei de împingere exercitată de vânt asupra machetelor se utilizează tunelul aerodinamic din figura
6.8 ţinând seama de următoarele aspecte:
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 72
pe panoul de comandă 11 (fig.6.12) butonul 2 de alimentare cu energie electrică este poziţionat
pe ON (fig.6.20);
comutatorul ventilatorului 3 este poziţionat pe ON (. fig.6.20);
utilizând butonul de reglare a vitezei aerului 4, se reglează viteza aerului în interiorul tunelului
vt (reglarea valorilor se realizează prin citirea acestora la manometrul înclinat 10 (fig.6.14); în caz
de urgenţă se poate utiliza butonul 1 de oprire automată a sistemului v. fig.6.21);
pentru fiecare valoare reglată a vitezei aerului în interiorul tunelului se citesc valorile vitezei
aerului va în exteriorul tunelului, la distanţele 0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 m de acesta;
măsurarea vitezei se realizează cu anemometrul termic.
Adaptarea machetelor la măsurarea forţelor cu care sunt împinse de curentul de aer cu viteze de
10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s, 27,5 m/s şi 30 m/s a pornit de la forma şi dimensiunile traductorului
de forţă 8, pe care se solidarizează machetele pentru cercetarea experimentală 1 (fig.6.10).
O problemă importantă s-a referit la poziţionarea corectă a machetelor pe tija etalonată a
dispozitivului pentru măsurarea forţelor de împingere exercitate de vânt asupra acestora. În acest
scop s-a conceput şi realizat suportul din figura 6.24. Tija etalonată este furnizată de firma
producătoare a tunelului aerodinamic astfel că de dimensiunile ei a trebuit să se ţină seama la
proiectarea şi realizarea suportului.
Fig. 6.24. Construcţia suportului pentru tija etalonată folosită la măsurarea forţelor de
împingere
Suportul respectiv este alcătuit dintr-un tub din material plastic, cu diametrul exterior de 30 mm,
în interiorul căruia s-au introdus şi s-au fixat cu şuruburi două rondele din lemn. Prima dintre
acestea este montată la capătul tubului şi este profilată astfel încât să se aşeze corect faţă de laturile
acoperişurilor (pentru fiecare machetă s-a realizat suportul adecvat). Cu ajutorul unui şurub acţionat
din exterior rondela s-a poziţionat şi s-a fixat perpendicular pe placa de bază a machetei. A doua
rondelă , cu grosimea de 10 mm s-a fixat cu un şurub la înălţimea de 90 mm (aceeaşi pentru toate
suporturile), aspect esenţial pentru stabilirea valorilor forţelor de împingere ale vântului. Prin
centrul rondelei s-a practicat un orificiu cu diametrul de 4 mm, prin care trece tija etalonată a
sistemului de măsurare a forţelor de împingere. Fixarea acestor rondele faţă de tijă se face cu un
şurub adecvat.
La capătul inferior suportul este prevăzut cu o rondelă cu grosimea de 3 mm, care se presează pe
tub şi se fixează cu trei şuruburi pe placa de bază a fiecărei machete.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 73
În figura 6.25se prezintă modul în care se montează tija etalonată în suportul descris anterior, iar
în figura 6.26 modul în care se montează ansamblul descris în fiecare machetă.
Fig. 6.25. Asamlarea suportului cu tija etalonată
Fig. 6.26. Asamblarea suportului tijei etalonate în una dintre machete, în vederea măsurării forţei
de împingere a curentului de aer
Pe rând au fost introduse în tunelul aerodinamic toate machetele şi supuse acţiunii curentului de
aer pe direcţiile frontală şi laterală, la vitezele specificate anterior.
6.6. Prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale
şi compararea cu rezultatele cercetărilor teoretice
Rezultatele măsurării presiunii exercitată de vânt pe suprastructura serelor. Conform
precizărilor din Capitolul 6.5, măsurarea presiunii s-a făcut pentru fiecare machetă (model) pentru
două direcţii de acţiune a curentului de aer (vântului), respectiv pe direcţia frontală şi pe cea
laterală (definite astfel conform Codului de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra
Construcţiilor INDICATIV CR 1-1-4/2012). În funcţie de numărul de pante ale acoperişului fiecărei
machete(două sau patru) cele 16 tuburi Prandtl au fost amplasate pe doi pereţi verticali şi pe una sau
pe două pante de acoperiş.[8]
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 74
Rezultatele măsurărilor de la fiecare tub se prezintă tabelar, pentru fiecare model de seră, direcţie
a vântului şi perete vertical sau pantă de acoperiş afectată de curentul de aer. Numerele orificiilor
din tabele corespund numerelor înscrise pe orificiile de pe pereţii şi acoperişurile machetelor.
Valoarea de referinţă a apei din tuburile manometrului multitub a fost de 21 mbarr, corespunzătoare
unei presiuni atmosferice normale. La trasarea graficelor de variaţie a presiunilor la acţiunea frontală,
respectiv laterală a curentului de aer din tunelul aerodinamic valoarea de referinţă precizată a devenit
originea abscisei, pe care s-au considerat, în mm col. H2O, presiunile şi depresiunile (sucţiunile)
specificate la fiecare model pentru pereţii verticali şi pentru pantele acoperişurilor.
Rezultatele măsurării presiunii exercitată de vânt pe suprastructura modelului nr. 1
Valoarea de referinţă: 21 mm col H2O Data: 19 03 2016
În cazul acestei machete s-au utilizat 15 din cele 16 tuburi ale manometrului multitub, lăsându-se
în rezervă un tub, care ar fi putut fi folosit în situaţia în care s-ar fi produs o disfuncţiune la unul
dintre tuburile activate. S-a considerat că trebuie să se surprindă manifestarea simultană a acţiunii
curentului de aer pe trei suprafeţe reprezentative, respectiv pe pereţii verticali din părţile frontală şi
laterală şi de pe una dintre cele două pante simetrice ale acoperişului, pe care s-au fixat câte 5 tuburi
Prandtl pentru măsurarea variaţiilor de presiune.
La alegerea poziţiei fiecărui tub s-a avut în vedere reprezentativitatea lui, adică acestea au fost dispuse
atât central, cât şi pe margini, motiv pentru care se constată mici variaţii ale presiunilor înregistrate pe
aceeaşi suprafaţă a machetei. În schimb, mediile celor 5 valori conduc la rezultate credibile.
Conform metodicii (programului) de cercetare experimentală precizat în figura 6.7, fiecare
model de seră a fost expus acţiunilor frontală şi laterală a curentului de aer la toate vitezele
prestabilite. În tabelele 6.2, 6.3 şi 6.4 sunt prezentate variaţiile de presiune pe cele trei suprafeţe
pentru cazul în care direcţia curentului de aer este frontală faţă de machetă (poziţiile frontală şi
laterală sunt preluate din Codul CR 1-1-4/2012).
Tabelul 6.2
Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe peretele frontal vertical la acţiunea frontală a
curentului de aer
Viteza
vânt/Orific. 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 21,1 20,7 20,5 20,2 19,4 18,9
2 20,9 20,6 20,0 19,6 19,1 18,8
3 20,6 20,3 19,4 18,8 18,2 17,9
4 20,7 20,4 19,8 19,2 18,9 18,6
5 20,8 20,4 19,8 19,1 18,6 18,3
Media 20,8 20,5 19,9 19,4 19,0 18,7
Tabelul 6.3
Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe peretele lateral vertical la acţiunea frontală a
curentului de aer
Viteza
vânt/Orific. 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 21,4 22,6 23,2 24,9 25,8 26,9
2 21,5 22,7 23,4 24,8 26,1 27,3
3 21,6 22,5 23,3 25,8 26,9 27,9
4 21,3 22,5 23,2 24,6 25,9 27,1
5 21,2 22,7 23,4 23,7 25,0 26,3
Media 21,4 22,6 23,3 24,7 26,0 27,2
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 75
Tabelul 6.4
Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe acoperişul lateral la acţiunea frontală a
curentului de aer
Viteza
vânt/Orific. 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 21,5 21,9 22,6 23,6 24,5 25,3
2 21,6 21,8 22,8 23,5 24,0 24,5
3 21,3 21,7 22,9 23,3 23,8 24,2
4 21,2 21,5 22,6 23,3 23,8 24,3
5 21,4 21,4 22,3 23,3 23,7 24,1
Media 21,4 21,7 22,7 23,4 23,9 24,4
Fig.6. 27. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M1, la acţiunea frontală a
curentului de aer
Din tabelele 6.2, 6.3 şi 6.4, precum şi din reprezentarea grafică a lor în figura 6.27 se constată:
curentul de aer provoacă apăsare (presiune) numai pe peretele frontal vertical, în timp ce pe
peretele vertical lateral şi pe acoperiş se produce depresiune (sucţiune);
pentru o creştere a vitezei curentului de aer până la 30 m/s presiunea exercitată pe peretele frontal
vertical a crescut cu 23 mm col H2O, în timp ce depresiunea de pe peretele lateral vertical a avut valoarea
de - 62 mm col H2O, iar pe panta laterală a acoperişului a scăzut la -34 mm col H2O.
În tabelele 6.5, 6.6 şi 6.7 sunt prezentate variaţiile de presiune pe cei trei pereţi ai modelului nr.1,
atunci când direcţia curentului de aer este laterală faţă de macheta respectivă, iar în figura 6.28 sunt
trasate graficele variaţiilor presiunilor şi depresiunilor în funcţie de viteza curentului de aer.
Tabelul 6.5
Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe peretele lateral vertical la acţiunea laterală a
curentului de aer
Viteza
vânt/Orific. 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 20,9 20,8 20,7 20,6 20,5 20,4
2 20,8 20,6 20,2 19,6 20,1 19,0
3 21,0 20,6 20,0 19,3 19,1 19,0
4 20,9 20,4 19,8 19,2 18,9 18,8
5 20,8 20,1 19,3 18,1 17,9 17,8
Media 20,8 20,5 20,0 19,4 19,1 18,9
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 76
Tabelul 6.6
Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe acoperişul lateral la acţiunea laterală a
curentului de aer
Viteza
vânt/Orific. 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 21,0 21,2 21,5 21,6 21,9 22,2
2 21,2 21,3 21,7 22,1 22,3 22,4
3 21,4 21,8 22,3 22,8 23,4 24,1
4 21,0 21,1 21,7 22,3 22,5 22,6
5 21,1 21,3 21,3 22,2 22,3 22,3
Media 21,1 21,4 21,6 22,2 22,4 22,5
Tabelul 6.7
Model 1:Valorile măsurate ale presiunii pe peretele frontal vertical la acţiunea laterală a
curentului de aer
Viteza
vânt/Orific. 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 21,8 23,0 24,2 25,0 26,4 27,8
2 22,2 23,1 24,3 25,2 26,6 28,3
3 22,0 23,2 23,8 25,2 26,8 28,2
4 21,8 22,9 24,0 24,9 26,4 28,1
5 22,2 22,8 24,1 24,9 26,1 28,4
Media 22,0 23,0 24,2 25,1 26,5 28,2
Fig.6.28. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M1, la acţiunea laterală a curentului de aer
Se constată că de data aceasta se exercită presiune numai pe peretele lateral vertical (21 mm col
H2O), în timp ce pe peretele frontal vertical şi pe panta acoperişului expusă curentului de aer se
manifestă depresiuni. Cea mai pronunţată depresiune se constată pe peretele frontal vertical, adică
la viteza curentului de aer de 30 m/s, depresiunea a fost de -72 mmcolH2O. Pe acoperişul lateral
depresiunea a fost de -15 mm col. H2O.
Rezultatele măsurării presiunii exercitată de vânt pe suprastructura modelului nr. 2
La macheta nr.2 s-au utilizat tot câte 5 tuburi pe fiecare dintre cei doi pereţi verticali şi pe una
dintre cele două pante simetrice ale acoperişului. De asemenea, cercetările experimentale s-au făcut
pentru direcţiile frontală şi laterală a curentului de aer faţă de arhitectura machetei, la vitezele
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 77
prestabilite ale acestuia. Deosebirile dintre cele două machete se referă la unghiurile pe care le
formează pantele acoperişului, care determină modificări ale suprafeţelor expuse curentului de aer
şi ale volumului interior al serei, conform datelor precizate în tabelul 6.1.
În tabelele prezentate în lucrarea de doctorat sunt specificate valorile presiunilor/depresiunilor
înregistrate la fiecare tub de măsurare de pe pereții verticali sau de pe panta acoperișului, în cazurile
în care poziția machetelor este frontală sau laterală față de direcția curentului de aer, la cele șase
valori ale vitezei acestuia.
În figura 6.29 se reprezintă grafic variaţiile presiunilor în funcţie de viteza aerului, la acțiunea
frontală a acestuia.
Fig.6.29. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M2, la acţiunea frontală a curentului de
aer
Rezultatele sunt similare cu cele de la modelul nr. 1, în sensul că presiunea se exercită numai pe
peretele frontal vertical, în timp ce pe peretele lateral vertical şi pe panta acoperişului lateral se
manifestă depresiuni. La valoarea maximă a curentului de aer (30 m/s), presiunea maximă pe
peretele frontal vertical a fost de 23 mm col H2O, iar depresiunile au fost de -59 mm col H2O pe
peretele lateral vertical şi de -35 mm col H2O pe acoperişul lateral.
În figura 6.30 reprezintă grafic variaţiile presiunilor în funcţie de viteza aerului, la acțiunea
laterală a acestuia.
Fig.6.30. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M2, la acţiunea laterală a curentului de aer
Valoarea maximă a presiunii pe peretele lateral vertical a fost de 23 mm col H2O, iar depresiunile
maxime au fost de -23 mm col H2O pe acoperişul lateral şi de -60 mm col H2O pe peretele frontal vertical.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 78
Rezultatele măsurării presiunii exercitată de vânt pe suprastructura modelului nr. 3
Forma machetei nr. 3 este asemănătoare cu a machetelor nr. 2 şi nr. 1, deosebindu-se prin
unghiurile pantelor acoperişului, dimensiunile pereţilor şi acoperişului expuse curentului de aer şi
volumul intern al serei. Ca şi în celelalte situaţii, s-a respectat programul de cercetare
experimentală, în sensul că pe cei doi pereţi verticali şi pe o pantă a acoperişului s-au amplasat câte
5 tuburi Prandtl, direcţia curentului de aer a fost frontală şi laterală faţă de machetă, iar viteza
acestuia a luat valorile stabilite iniţial.
În tabelele prezentate în lucrarea de doctorat sunt specificate valorile presiunilor/depresiunilor
înregistrate la fiecare tub de măsurare de pe pereții verticali sau de pe panta acoperișului, în cazurile
în care poziția machetelor este frontală sau laterală față de direcția curentului de aer, la cele șase
valori ale vitezei acestuia.
În figura 6.31 se reprezintă grafic variaţiile presiunilor în funcţie de viteza aerului, la acțiunea
frontală a acestuia.
Fig.6.31. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M3, la acţiunea frontală a
curentului de aer
Se constată şi în acest caz că numai pe peretele frontal vertical se exercită presiune (22 mm col
H2O), în timp ce pe peretele vertical lateral (-56 mm col H2O) şi pe panta acoperişului ( -33 mm col
H2O) se manifestă depresiune.
În figura 6.32 reprezintă grafic variaţiile presiunilor în funcţie de viteza aerului, la acțiunea
laterală a acestuia
Fig.6.32. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M3, la acţiunea laterală a curentului
de aer
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 79
Se constată că cea mai mare valoare a presiunii de pe peretele lateral vertical a fost la viteza
maximă a curentului de aer, adică a avut valoarea de 19 mm col H2O, iar depresiunile au avut valori
de -19 mm col H2O pe acoperişul lateral şi de -85 mm col H2O pe peretele frontal vertical.
Rezultatele măsurării presiunii exercitată de vânt pe suprastructura modelului nr. 4
Macheta nr. 4 se deosebeşte semnificativ de primele trei machete , prin aceea că are acoperişul
format din patru pante, două câte două simetrice. În acest caz sunt expuşi acţiunii frontale sau
laterale a curentului de aer doi pereţi verticali, unul frontal şi unul lateral, respectiv două pante de
acoperiş, una frontală şi alta laterală.
Această situaţie a impus ca la fiecare din cele patru suprafeţe să se ataşeze numai câte 4 tuburi
Prandtl, din cele 16 ale manometrului multitub, astfel încât să se poată observa simultan efectul
acţiunii curentului de aer asupra suprastructurii viitoarei sere amplasată pe acoperişul unei clădiri.
Şi în acest caz s-a respectat programul stabilit pentru cercetările experimentale, adică direcţia
curentului de aer a fost mai întâi frontală şi apoi laterală faţă de structura machetei.
În tabelele prezentate în lucrarea de doctorat sunt specificate valorile presiunilor/depresiunilor
înregistrate la fiecare tub de măsurare de pe pereții verticali sau de pe pantele acoperișului, în
cazurile în care poziția machetelor este frontală sau laterală față de direcția curentului de aer, la cele
șase valori ale vitezei acestuia.
În figura 6.33 se reprezintă grafic variaţiile presiunilor în funcţie de viteza aerului, la acțiunea
frontală a acestuia.
Fig.6.33. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M4, la acţiunea frontală a
curentului de aer
Şi de data aceasta se remarcă faptul că se exercită presiune numai pe peretele frontal vertical
(valoarea maximă 20 mm col H2O), în vreme ce pe peretele lateral vertical (-62 mm col H2O), pe
acoperişul frontal (-18 mm col H2O) şi pe acoperişul lateral (-33 mm col H2O) se manifestă
depresiuni (sucţiuni).
Din figura 6.33 se constată că până la viteze ale curentului de aer de 15 m/s efectul presiunii /
depresiunii asupra machetelor este nesemnificativ, dar se face tot mai vizibil pe măsură ce creşte
viteza curentului de aer.
În figura 6.34 reprezintă grafic variaţiile presiunilor în funcţie de viteza aerului, la acțiunea
laterală a acestuia
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 80
Se constată că presiunea maximă pe peretele vertical lateral a fost de 31 mm col H2O , în timp ce
pe peretele frontal vertical (-30 mm col H2O), pe acoperişul lateral (-17 mm col H2O) şi pe
acoperişul frontal (-36 mm col H2O) s-au manifestat depresiuni cu valorile specificate
Fig.6.34. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M4, la acţiunea laterală a curentului de aer
Din figura 6.34 se reţin creşterile relativ ponderate ale presiunilor/depresiunilor pe suprastructura
acestui model de machetă, ceea ce o recomandă să fie folosită în zone expuse unor vânturi cu viteze
mai mari.
Rezultatele măsurării presiunii exercitată de vânt pe suprastructura modelului nr. 5
Modelul nr. 5 de machetă are caracteristic faptul că este o construcţie simetrică faţă de mai multe
planuri, în acest caz direcţiile frontală şi laterală ale curentului de aer fiind similare.
Şi în acest caz au fost disponibile câte 4 tuburi Prandtl la fiecare suprafaţă, iar dispunerea lor s-a
făcut în aşa fel încât să se surprindă şi cele mai particulare zone ale acestora. De fapt, variaţiile
rezultatelor pentru aceeaşi suprafaţă, în aceleaşi condiţii de experimentare, se explică numai prin
poziţiile tuburilor respective faţă de marginea, colţul sau baza suprafeţei.
În tabelele prezentate în lucrarea de doctorat sunt specificate valorile presiunilor/depresiunilor
înregistrate la fiecare tub de măsurare de pe pereții verticali sau de pe pantele acoperișului, la cele
șase valori ale vitezei curentului de aer.
În figura 6.35 se reprezintă grafic variaţiile presiunilor în funcţie de viteza aerului, la acțiunea
frontală/laterală a acestuia.
Fig.6.35. Variaţia presiunii pe suprastructura modelului M5, la acţiunea frontală (laterală) a
curentului de aer
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 81
În cazul modelului nr. 5 se constată o situaţie similară cu cea întâlnită la celelalte modele, adică
se exercită presiune la deplasarea curentului de aer pe direcţie frontală/laterală pe o singură
suprafaţă (peretele vertical frontal 31 mm col H2O),iar pe celelalte suprafeţe se produce depresiune
(peretele vertical lateral – 30 mm col H2O; acoperişul frontal – 17 mm col H2O; acoperişul lateral -
36 mm col H2O).
Rezultatele măsurării forţei exercitată de vânt pe suprastructura serelor. Pentru fiecare
model (machetă) şi pentru fiecare viteză prestabilită a curentului de aer din tunelul aerodinamic s-au
înregistrat forţele de împingere înscrise în tabelul 6.32 la acţiunea frontală, respectiv în tabelul 6.33,
la acţiunea laterală acestuia.
Tabelul 6.32
Valorile forţelor de împingere asupra machetelor, înregistrate la acţiunea frontală a vântului, N
Model\Viteza
vântului 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 2.0 4.5 5.8 6.6 7.2 8,0
2 2,0 4.3 5.7 6.6 7.2 7.9
3 1.8 3.9 5.9 6.5 6.9 7.6
4 0.7 2.5 5.1 6.3 6.5 7.2
5 1.7 3.7 5.6 6.4 6.8 7.6 Tabelul 6.33
Valorile forţelor de împingere asupra machetelor, înregistrate la acţiunea laterală a vântului, N
Model\Viteza
vântului 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 2.5 5.5 6.3 7.5 8.1 8.9
2 2.6 5.3 6.2 7.3 7.9 8.8
3 1.8 4.3 5.9 6.9 7.6 8.5
4 2.0 4.3 5.7 6.7 7.2 8.0
5 1.7 3.7 5.6 6.4 6.8 7.6
Deoarece forţele de împingere exercitate de vânt în tunelul aerodinamic asupra machetelor ar fi
cele reale numai dacă punctul de contact al acestora cu tija etalonată a sistemului de măsurare se
află la înălţimea de 302 mm [93], a fost necesară corecţia acestora, specificată de furnizorul
echipamentului , prin care să se ţină seama de faptul că la toate machetele contactele cu tijele
etalonate s-a făcut la înălţimea de 150 mm, adică:
150
302FmFcor , (6.1)
în care Fm este valoarea forţei măsurată şi citită la echipamentul specializat 9 al tunelului
aerodinamic (fig. 6.11), iar Fcor este valoarea corectată (reală) a forţei de împingere a machetelor
de către curentul de aer din tunelul aerodinamic.
Valorile corectate ale acestor forţe de împingere sunt înscrise în tabelele 6. 34 şi 6. 35
Tabelul 6. 34
Valorile corectate ale forţelor de împingere a machetelor, la acţiunea frontală a vântului, N
Model\ Viteza
vântului 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 4.0 9.0 11.6 13.2 14.4 15,9
2 4,0 8.6 11.4 13.2 14.2 15.8
3 3.6 7.8 11.8 13.0 14.8 16,o
4 3.4 7.0 10.2 12.6 13.0 14.4
5 3.4 7.4 11.2 12.8 13.6 15.2
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 82
Tabelul 6. 35
Valorile corectate ale forţelor de împingere a machetelor, la acţiunea laterală a vântului, N
Model\ Viteza
vântului 10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
1 5.0 11.0 12,6 15.0 16.2 17.8
2 5.2 10.6 12,4 14.6 15.8 17.6
3 4.6 10.0 11,8 13.8 15.2 17.0
4 4.0 8.6 11,4 13.4 14.4 16.0
5 3.4 7.4 11,2 12.8 13.6 15.2
Se constată că la acţiunea frontală a curentului de aer machetele nr. 1, nr. 2 şi nr.3 opun forţe de
rezistenţă destul de apropiate, în special la vitezele mari ale vântului.
Cea mai redusă forţă de rezistenţă la împingere s-a înregistrat, în cazul acţiunii frontale a
vântului , la macheta nr. 4, care a fost cu circa 12% mai mică decât la macheta nr. 3.
La macheta nr. 5 forţa de împingere a curentului frontal de aer s-a situat la o valoare medie între
forţele de împingere ale primelor trei machete şi forţa de împingere a machetei nr. 4.
În cazul acţiunii laterale a curentului de aer se constată o creştere cu 10…13% a forţelor de
împingere la machetele nr. 1, nr. 2 şi nr. 3, cea mai mare valoare înregistrându-se la macheta nr. 1.
Creşterea forţei de împingere se manifestă şi la macheta nr. 4, dar şi la acţiunea laterală a curentului
de aer aceasta este mai mică faţă de forţele înregistrate la primele trei machete cu peste 10%.
Aspectul deosebit se constată în cazul acţiunii laterale a curentului de aer la macheta nr. 5, la
care forţele de rezistenţă la împingere sunt identice cu cele constatate la acţiunea frontală a acestui
curent şi sunt cu 15…18% mai mici decât forţele măsurate la primele trei forme de machete.
Valorile coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică la acţiunea de împingere a vântului.
Pentru calculul coeficientului aerodinamic de rezistenţă la acţiunea de împingere a vântului a-a
utilizat relaţia (4.1), adică:
2
2
1vAcF dd , (6.2)
unde: ρ este densitatea aerului, kg/m3; A – aria suprafeţei machetei expusă vântului, m
2; cd –
coeficientul de rezistenţă aerodinamică a machetelor la acţiunea curentului de aer; v – viteza
curentului de aer (vântului), m/s.
Pentru o temperatură a aerului T = 18°C, presiunea barometrică p = 1026 mbar şi umiditatea
relativă a aerului 60%, densitatea aerului are valoarea de 1225 kg/m3.
Coeficienţii de rezistenţă aerodinamică cd, calculaţi cu relaţia (6.2), recomandată şi de furnizorul
tunelului aerodinamic [93], şi cu forţele de împingere corectate din tabelele 6.34 şi 6. 35 sunt
înscrişi în tabelul 6.36 pentru fiecare model de machetă şi viteză prestabilită a vântului la acţiunea
frontală , respectiv în tabelul 6.37 la acţiunea laterală a acestuia, iar în figurile 6.36 şi 6.37 se
reprezintă grafic variaţiile acestor coeficienţi în funcţie de viteza curentului de aer.
Tabelul 6. 36 Valorile coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală a vântului
Model\
Viteza
vântului
10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s Valoare
medie
1 1.98 1.98 1.44 1.05 0.94 0.88 1.38
2 1.87 1.78 1.33 0.99 0.89 0.82 1.28
3 1.96 1.89 1.60 1.13 0.99 0.92 1,41
4 1.68 1.54 1.26 1.00 0.85 0.79 1.19
5 1.50 1.45 1.24 0.90 0.79 0.75 1.10
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 83
Fig. 6.36. Variaţia coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ai machetelor la acţiunea frontală a
curentului de aer
În tabelele 6.36 şi 6.37 s-au făcut şi mediile valorilor coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică pentru
fiecare model de machetă, care oferă o imagine globală a performanţelor diferitelor soluţii constructive de
sere amplasabile pe acoperişurile clădirilor, referitoare la comportamentul lor la acţiunea vântului.
Tabelul 6.37
Valorile coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică la acţiunea laterală a vântului
Model\
Viteza
vântului
10, m/s 15, m/s 20, m/s 25, m/s 27,5, m/s 30, m/s
Valoare
medie
1 1.63 1.60 0.98 0.78 0.70 0.65 1.05
2 1.63 1.48 0.97 0.74 0.66 0.62 1.02
3 1.56 1.51 1.00 0.75 0.68 0.64 1.03
4 1.51 1.45 1.08 0.81 0.72 0.68 1.04
5 1.50 1.45 1.24 0.90 0.79 0.75 1.10
Fig. 6.37. Variaţia coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ai machetelor la acţiunea laterală a
curentului de aer
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 84
Se constată că la valori diferite ale vitezelor vântului coeficienţii de rezistenţă aerodinamică au
valori diferite. Totuşi, formele relativ apropiate ale celor 5 machete de sere supuse cercetărilor
experimentale conduc la gruparea sensibilă a valorilor coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică, atât
la acţiunea frontală, cât şi la acţiunea laterală a vântului, pentru o viteză precizată a acestuia.
Această situaţie se explică şi prin folosirea în calcule a relaţiei simplificate (6.2) şi nu a relaţiei
(4.2), în care se au în vedere şi forţele de frecare dintre curentul de aer şi suprastructura machetelor.
De fapt, pentru aplicaţii practice cercetările experimentale ar trebui să se facă doar pentru
vitezele maxime ale vântului din zona de amplasare clădirii pe care urmează să se construiască o
seră pentru legume sau flori,adică să se determine câte un coeficient de rezistenţă aerodinamică
pe direcţiile frontală şi laterală de acţiune a curentului de aer.
Din analiza rezultatelor înscrise în tabelele 6.36 şi 6.37 şi din reprezentările grafice din figurile
6.36 şi 6.37 se constată următoarele:
coeficienţii de rezistenţă aerodinamică ai machetelor supuse cercetărilor experimentale se
încadrează între limitele înscrise în tabelele 4.2, 4,4 a, b şi 4.5 din Codul de Proiectare Evaluare a
Acţiunii Vântului Asupra Construcţiilor indicativ CR 1-1-4/2012, referitoare la valorile
recomandate pentru acoperişuri cu două pante (1,98…0,75pe machete, 1,5…0,6 în tabele), respectiv
cu patru pante ( - 1,51.. 0,63 pe machete; -1,2..-0,5 în tabele);
pentru toate machetele cercetate, coeficienţii de rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală a
curentului de aer sunt mai mari cu 20..25% comparativ cu cei calculaţi la acţiunea laterală a
curentului de aer. Face excepţie macheta nr. 5, la care acoperişul din patru pante este simetric, astfel
că, indiferent de direcţia vântului coeficientul de rezistenţă aerodinamică are aceeaşi valoare; în cazul machetelor nr. 1, nr.2, şi nr.3, cu acoperişurile în două pante, cei mai mici coeficienţi de
rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală a vântului se manifestă la macheta nr. 2, la care unghiul
format de pantele acoperişului este cel mai mare (1200). În ordine crescătoare se situează machetele
nr.1 şi nr.3, la care unghiurile pantelor sunt de 1100, respectiv de 90
0;
la acţiunea laterală a curentului de aer valorile cele mai mici ale coeficienţilor de rezistenţă
aerodinamică le prezintă macheta nr. 2. la care pantele acoperişului sunt mai puţin înclinate faţă de
verticală, comparativ cu înclinările acoperişurilor celorlalte machete;
la machetele nr. 4 şi nr. 5, cu acoperişurile în patru pante coeficienţii de rezistenţă aerodinamică
la acţiunea frontală vântului sunt mai mici cu 15..20% decât la machetele cu acoperişurile în două
pante; în schimb, la acţiunea laterală a vântului coeficienţii de rezistenţă aerodinamică ai acestor
forme de sere au fost mai mari decât la cele cu acoperişurile în două pante;
la acţiunea frontală a vântului, macheta nr. 5, cu acoperişul format din patru pante simetrice prezintă
coeficienţi de rezistenţă aerodinamică mai reduşi cu până la 10% comparativ cu cei ai machetei nr. 4, la
care pantele sunt simetrice două câte două; în schimb, la acţiunea laterală a vântului coeficienţii de
rezistenţă aerodinamică sunt mai mici la macheta nr. 4 cu 5…10% decât la macheta nr. 5.
Comparaţie între rezultatele cercetărilor teoretice şi experimentale. Pentru compararea
rezultatelor cercetărilor teoretice cu cele ale cercetărilor experimentale s-au considerat
reprezentative variaţiile forţelor de împingere cu care curentul de aer acţionează asupra celor 5
machete de sere, pe direcţiile frontale şi laterale ale acestora.
În cazul simulărilor teoretice la acţiunea frontală a curentului de aer (fig. 6.38), se constată că
la vitezele mici ale acestuia forţele de împingere sunt grupate puternic, deosebirile constructive
dintre machete fiind nesemnificative. În schimb, la viteze ale curentului de aer de peste 20 m/s apar
diferenţe sesizabile, forţa frontală de împingere asupra machetei cu acoperişul din 4 pante şi unghiul
dintre pante de 90o fiind cu circa 75% mai mică decât forţa de împingere asupra machetei cu 2 pante
şi unghiul de 120o.
În cazul cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic la acţiunea frontală a curentului de
aer (fig. 6.39) se observă o diferenţă între forţele de împingere asupra diferitelor machete, începând
de la viteze ale vântului de peste 15 m/s.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 85
Fig.6.38. Variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea frontală a vântului,
rezultate în urma simulărilor teoretice
Cele mai bune rezultate se constată la macheta nr. 4, cu acoperişul din 4 pante inegale şi
unghiul pantelor principale de 115o, la care forţa frontală de împingere este cu circa 12% mai mică
decât la macheta nr.1, cu acoperişul din 2 pante egale şi unghiul pantelor de 110o.
Fig.6.39. Variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea frontală a vântului,
rezultate în urma cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic
În figura 6.40 se prezintă variaţia forţei de împingere obţinută prin simulare teoretică, la
acţiunea laterală a curentului de aer asupra modelelor de sere cercetate. Şi în acest caz forţa
laterală de împingere asupra modelului cu acoperişul din 4 pante şi unghiul dintre pante de 90o este
cu circa 100% mai mică decât forţa de împingere asupra modelului cu 2 pante şi unghiul de 100o.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 86
Fig.6.40. Variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea laterală a vântului,
rezultate în urma simulărilor teoretice
În figura 6.41 se prezintă variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea laterală a
curentului de aer , rezultate în urma cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic. În acest caz
cele mai bune rezultate le oferă macheta nr. 5, cu acoperişul din 4 pante egale, care formează un vârf.
De fapt, la această machetă forţa de împingere este identică pentru cele două direcţii de acţiune ale
curentului de aer, ceea ce înseamnă că la acţiunea curentului de aer pe direcţie laterală forţa respectivă
este mai mare pentru celelalte machete, în special pentru cele cu acoperişul din 2 pante.
Fig.6.41. Variaţiile forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea laterală a vântului,
rezultate în urma cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 87
7. CONCLUZII FINALE
7.1. Concluzii generale
1. Faţă de multele binefaceri ale urbanizării nu trebuie trecut cu vederea efectul negativ al
acesteia asupra degradării mediului înconjurător şi încălzirii globale. Se constată că prin urbanizarea
forţată şi haotică s-au provocat uneori asemenea daune mediului înconjurător, încât cheltuielile
pentru înlăturarea acestora sunt uriaşe sau chiar imposibile pentru generaţia actuală.
2. Noţiunea de oraş verde este tot mai des vehiculată în contextul accentuării efectului de seră şi
a creşterii continue a gradului de poluare pe întreaga planetă. Oraşele verzi folosesc pe scară largă
energiile regenerabile, încurajează firmele care utilizează tehnologii nepoluante, promovează un
mod de viaţă ecologic şi au adoptat atât reguli de protecţie a mediului, cât şi strategii inovatoare
pentru a promova noi preocupări ecologice.
3. Oraşul verde reprezintă o contribuţie semnificativă la diminuarea procesului de încălzire
globală prin absorbţia sau filtrarea de către vegetaţie a gazelor cu efect de seră şi reducerea
temperaturii în exces pe care o degajă oraşul modern.
4. O componentă importantă a conceptului de „oraş verde” se referă la cultivarea de plante pe
acoperişurile şi în balcoanele clădirilor din marile oraşe, menite să îmbunătăţească calitatea aerului
şi să confere un aspect mai uman acestor oraşe. Printre preocupările care suscită un interes tot mai
crescut se află şi crearea de acoperişuri verzi, respectiv clădiri pe care să se poată cultiva atât gazon,
cât şi flori, legume sau arbuşti.
5. Acoperişurile ecologice pot reduce costurile de încălzire sau condiţionare a aerului din
locuinţe cu până la 26%, asigurând o izolare termică optimă la nivelul întregului an. Un alt avantaj
al acestui tip de învelitori este reprezentat de capacitatea plantelor din care este alcătuit de a absorbi
poluarea din atmosferă şi de a diminua cantitatea emisiilor de gaze cu efect de seră. În prezent,
gradul de promovare si implementare a acoperişurilor verzi este foarte înalt în Europa de Vest,
SUA şi Japonia, şi în creştere la nivel mondial.
6. Principalul dezavantaj al acoperişurilor verzi îl reprezintă, în zonele temperate, limitarea
perioadei de vegetaţie a plantelor la 6…8 luni pe an. Prin comparaţie, în serele amplasate pe aceste
acoperişuri vegetaţia plantelor se menţine la parametrii normali pe toată durata anului calendaristic.
7. În prezent ideea amplasării de sere pe acoperişurile blocurilor de locuinţe, unităţilor industriale
sau clădirilor publice are un asemenea succes încât, firmele consacrate în construcţia de sere clasice,
dar şi alte firme noi şi-au orientat o parte din activitate spre proiectarea şi realizarea acestui tip de
sere. Probabil acesta este motivul principal pentru care cele mai multe dintre serele de pe
acoperişuri seamănă foarte mult cu cele de pe sol.
8. Pentru a proiecta şi realiza o seră care să se amplaseze pe un acoperiş trebuie să se cunoască
totul despre serele amplasate pe sol, la care trebuie să se adauge cerinţele arhitecţilor urbanişti,
folosirea unor materiale foarte uşoare, alegerea unor echipamente speciale pentru asigurarea
factorilor de mediu etc. Practic în serele de pe acoperişuri se utilizează numai varianta hidroponică
de cultivare, deci vor trebui selectate plante care să se adapteze cât mai uşor acestei situaţii.
9. Cultivarea intensivă a plantelor horticole în interiorul spaţiilor protejate este posibilă deoarece
construcţia este acoperită cu un înveliş transparent radiaţiilor solare. Radiaţiile solare de unde scurte
pătrund în interiorul spaţiilor prin înveliş, ajung pe suprafaţa plantelor sau pe sol, de unde se
reflectă sub formă de unde lungi. Undele lungi, infraroşii, nu reuşesc să pătrundă prin înveliş şi se
reflectă către interiorul spaţiului protejat, încălzind aerul din interior. Acest fenomen este efectul de
seră.
10. Indiferent dacă plantele se află pe sol, pe acoperişurile clădirilor sau în spaţii protejate
amenajate pe aceste acoperişuri, pentru a exista ele au nevoie de o serie de condiţii, cunoscute sub
denumirea de factori de vegetaţie sau factori de mediu, respectiv elemente care participă direct la
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 88
fenomenele care se desfăşoară în plante (respiraţia, fotosinteza, transpiraţia, absorbţia elementelor
nutritive şi transportul lor) şi care sunt indispensabile vieţii lor. Aceştia sunt: lumina, căldura, apa,
aerul şi elementele nutritive. Dintre alţi factori care influenţează pozitiv creşterea şi dezvoltarea
plantelor se mai pot reţine electricitatea şi radioactivitatea.
11. Pentru creşterea şi dezvoltarea lor, plantele au nevoie de prezenţa simultană a factorilor de
vegetaţie, astfel încât nici unul dintre aceştia nu poate fi înlocuit prin altul. Toţi factorii de vegetaţie
au importanţă egală, egalitate care se referă la rolul lor fiziologic, calitativ, în sensul că dacă unul
dintre factori lipseşte, viaţa plantelor nu este posibilă, chiar dacă ceilalţi factori sunt în cantităţi
suficiente.
12. Diferitele specii şi genuri de plante au nevoi cantitative diferite faţă de factorii de mediu. Pe
de altă parte, în diferite faze de vegetaţie fiecare plantă are necesităţi diferite faţă de factorii de
mediu. Aceste aspecte trebuie cunoscute în amănunţime de către cei implicaţi în înfiinţarea şi
exploatarea unei sere amplasată pe acoperiş, dacă se doreşte obţinerea performanţelor dorite.
13. Cele mai importante plante legumicole cultivate în mod frecvent în sere, inclusiv în cele de
pe acoperişuri, prezentate în această lucrare, cu specificarea unor caracteristici biologice şi a
cerinţelor faţă de factorii de vegetaţie (mediu), pe care aceste construcţii trebuie să le asigure sunt:
tomatele, ardeii, vinetele, salata, varza, ceapa verde, dovleceii etc. Dintre plantele floricole se
prezintă genurile Cyclamen, Cineraria, Primula, Gerbera şi garoafa, considerate dintre cele mai
răspândite pe plan mondial.
14. Spre deosebire de serele de pe sol, la care lucrările specifice tehnologiilor de cultură sunt, în
cea mai mare parte mecanizate, în cazul serelor de pe acoperişuri aceste activităţi şi sunt, de regulă,
automatizate. Automatizarea lucrărilor tehnologice impune restricţii suplimentare pentru serele
respective, cum ar fi monocultura, apelarea la plante perene care să vegeteze convenabil cât mai
mulţi ani, folosirea substraturilor hidroponice accesibile şi uşor dezinfectabile etc.
15. Materialelor utilizate pentru închiderea pereţilor laterali şi acoperişurilor spaţiilor protejate,
inclusiv a celor amplasate pe acoperişurile clădirilor, trebuie să satisfacă o serie de cerinţe impuse
de necesitatea asigurării factorilor de mediu ai plantelor cultivate dar şi de cerinţele de urbanism şi
de solicitările mecanice exercitate de vânt, zăpadă, ploi, cutremure etc. Materialele care îndeplinesc
în proporţii acceptabile aceste cerinţe sunt: sticla, acrilul, policarbonul, panourile de poliester cu
fibră de sticlă, panourile de polietilenă şi polivinilul.
16. Instalaţiile şi echipamentele specifice cultivării plantelor în sere, asupra cărora se insistă în
această lucrare se referă la cele pentru asigurarea şi controlul temperaturii, umidităţii solului şi
aerului, ventilaţiei aerului, dioxidului de carbon şi intensităţii luminoase. Alegerea echipamentelor
care să rezolve aceste activităţi trebuie să se facă simultan cu proiectarea serei, dar şi cu luarea în
considerare a factorului fiabilitate/cost.
17. Cercetările teoretice şi practica au validat câteva forme constructive de sere amplasate pe
sol, care s-au dovedit cele mai eficiente. Prima realizare notabilă sub aspectul unificărilor
construcţiei serelor o reprezintă reducerea la un număr minim a distanţelor dintre rândurile de stâlpi,
adică a lăţimii tronsoanelor, stabilindu-se prin Standardul European EN 13031-1 Forma şi
Construcţia Serelor. Partea I: Producţia comercială de sere, CEN-European Comitee For
Standardization (2001) Bruxelles, câteva valori de bază.
18. În România se utilizează la proiectarea clădirilor cu forme diferite ale acoperişurilor, dar şi a
altor structuri cu utilizări diverse Codul de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra
Construcţiilor Indicativ CR 1-1-4/2012. Acest act normativ este, la rândul său pus în permanenţă în
concordanţă cu legislaţia europeană şi cu alte standarde pe care proiectanţii si constructorii de sere
pe acoperişuri trebuie să le urmeze.
19. La punctul 1.4 Proiectarea asistată de încercări (pag. 8) din Codul CR-1-1-4/2012 se
precizează că „Pentru evaluarea acţiunii vântului asupra construcţiei şi a răspunsului acesteia se
pot utiliza şi rezultate ale încercărilor în tunelul aerodinamic şi/sau ale metodelor numerice,
utilizând modele adecvate ale construcţiei şi ale acţiunii vântului. Pentru efectuarea de încercări
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 89
experimentale în tunelul aerodinamic, acţiunea vântului trebuie modelată astfel încât să fie
respectate(i) profilul vitezei medii a vântului şi caracteristicile turbulenţei în amplasamentul
construcţiei”.
20. Serele amplasate pe acoperişurile clădirilor nu pot fi confundate cu acoperişurile obişnuite,
chiar dacă, în unele cazuri, formele lor sunt apropiate de acestea. Cerinţele pe care plantele cultivate
le impun acestor sere transformă aceste construcţii în elemente vulnerabile la solicitările provocate
de vânt, depunerile de zăpadă, cutremure sau acţiuni combinate ale acestora.
21. Cercetările teoretice prin simulare cu metoda elementelor finite şi cercetările experimentale
în tunelul aerodinamic, pe modele de sere cu forme asemănătoare celor considerate clădiri cu
acoperişuri tipice, respectiv cu două şi cu patru pante şi cu unghiuri de înclinare între limitele
incluse în Codul specificat, au urmărit să pună la dispoziţia proiectanţilor valorile presiunilor /
sucţiunilor vântului care acţionează pe suprafeţele rigide exterioare, ale forţelor de împingere şi
momentelor de răsturnare precum ale coeficienţilor aerodinamici de presiune / sucţiune şi de
forţă pentru acoperişuri de sere cu două şi patru pante.
22. În conformitate cu prevederile Codului CR-1-1-4/2012, construcţiile sunt împărţite în clase
de importanţă-expunere, în funcţie de consecinţele umane şi economice care pot fi provocate de un
hazard natural sau/şi antropic major, precum şi de rolul acestora în activităţile de răspuns post-
hazard ale societăţii. Clădirile prevăzute cu sere pe acoperişuri trebuie să fie incluse în clase de
importanţă-expunere imediat superioară clădirii normale, deoarece distrugerea serelor sub acţiunea
vânturilor poate provoca daune importante, inclusiv accidentarea gravă a populaţiei.
23.Coeficienţii aerodinamici de forţă sunt folosiţi pentru determinarea forţei globale din vânt pe
structură (de exemplu, pe o seră), element structural sau componentă, incluzând în acest efect şi
frecarea, dacă aceasta nu este exclusă în mod explicit. În această lucrare s-a determinat
experimental forţa globală cu care serele de diferite forme sunt împinse de curenţii de aer care au
viteze diferite şi s-au calculat coeficienţii aerodinamici de forţă care caracterizează o seră de o
anumită formă.
24. Cercetările teoretice şi experimentale s-au făcut pe modele de sere asemănătoare celor
exemplificate în Codul CR-1-1-4/2012, la care acoperişurile au două sau patru pante, cu unghiuri de
înclinare diferite, astfel încât rezultatele să poată fi comparate, pentru a fi utilizate la proiectarea
serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor.
25. Vântul induce în structuri vibraţii cu o anumită frecvenţă, materializate prin deplasări ale
nodurilor acestora. Monitorizarea şi verificarea performanţelor unei sere amplasată pe acoperişul
unei clădiri presupune măsurări în timp real a modificărilor de poziţie ale punctelor critice alea
cesteia. În ultimii ani au fost realizate tot mai multe studii referitoare la utilizarea de diferite tehnici
în acest scop, cea mai cunoscută fiind probabil măsurarea acceleraţiilor pe cele trei direcţii (x, y, z)
folosind accelerometre. O tehnică deosebit de actuală si considerată ca fiind promiţătoare este cea
bazată pe informaţiile primite de la sistemele de poziţionare globală (GPS, Glonass, Galileo) .
26. Utilizarea teoriei similitudinii în scopul stabilirii corelațiilor dintre parametrii evidențiați prin
cercetările experimentale în tunelul aerodinamic și cei specifici serelor amplasate pe acoperișurile
clădirilor conferă credibilitate suplimentară valorilor luate în considerare la calculul și proiectarea
acestora.
27. Pe baza cercetărilor din această lucrare se recomandă utilizarea criteriului Froude la studiul
prin similitudine al comportării serelor amplasate pe acoperișurile clădirilor.
7.2. Concluzii privind cercetările teoretice şi experimentale
1. Cercetările teorerice și experimentale din această lucrare au avut drept scop principal
evidențierea, prin compararea forțelor de presiune/sucțiune, de împingere și ridicare și a
momentelor de răsturnare a avantajelor și dezavantajelor pe care le oferă cinci modele de sere cu
acoperișurile din două sau patru pante, dispuse sub unghiuri diferite, supuse acelorași solicitări. În
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 90
plus, modelele studiate au forme asemănătoare celor recomandate în Codul CR-1-1-4/2012 , pentru
care acest document precizează valorile coeficienților aerodinamici de forță utilizabili la calculul și
proiectarea structurilor respective.
2.Modelarea teoretică și analiza CFD (Computational Fluid Dynamics) a curgerii aerului pe sere
are drept obiectiv determinarea forțelor și momentelor care acționează asupra serei, forțe și
momente generate de către acțiunea vântului, precum și vizualizarea formelor de curgere a
aerului pe suprafețele exterioare ale serei. Pentru îndeplinirea acestui obiectiv, se utilizează soft-ul
ANSYS 15.0, care are la bază metoda elementului finit.
3. Modelările și analizele se referă la două tipuri de sere, la care acoperișul are 2 sau 4 pante
dispuse simetric sub unghiuri de 110o, 120
o, 115
o, 100
o şi 90
o una faţă de cealaltă, situaţie urmărită
ulterior şi la cercetările experimentale. Trebuie precizat că practica a validat modelele constructive
respective, care sunt aproape generalizate pentru culturile de legume şi flori. S-au făcut două serii
de cercetări, una în care vântul acționează frontal și alta în care acesta acționează lateral faţă de
poziţia convenţională a serelor, stabilită prin Codul CR-1-1-4/2012.
4. În modelul geometric sera este înglobată într-un domeniu de tip paralelipiped dreptunghic,
domeniu în care se consideră că există aer care curge cu viteze de 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s,
27,5 m/s şi 30 m/s, adică aceleaşi viteze la care s-au făcut cercetările experimentale în tunelul
aerodinamic.
5. Pentru modelare se consideră elemente finite de tip tetraedru, în urma discretizării obținându-
se 257826 elemente finite și 48559 noduri. Condițiile de frontieră se referă, pe de o parte, la
impunerea unei viteze constante, în curgere laminară, la intrarea în domeniul de curgere a aerului,
precum și impunerea presiunii atmosferice normale de 101325 Pa în zona respectivă; a doua
condiție de frontieră se referă la impunerea presiunii atmosferice normale de 101325 Pa la ieșirea
din domeniul de curgere al aerului.
6. Rezolvarea modelului cu elemente finite presupune alegerea unui număr de iterații de calcul
necesar pentru stabilizarea erorii reziduale. În acest caz numărul de 50 de iteraţii s-a dovedit
suficient pentru a se obține stabilizarea erorii reziduale în curentului de aer (frontală şi laterală) în
ambele cazuri de acţiune a acestuia.
7. Unui acoperiş tip seră i se solicită în toate cazurile să exercite asupra plafonului clădirii o
apăsare minimă. Dacă la serele de pe sol, la care materialul transparent este acrilul sau folia din
material plastic se acceptă o apăsare de circa 15 daN/m2, pentru sera de pe acoperiş această apăsare
trebuie redusă substanţial. Serele la care materialul transparent este sticla cu grosimea de 3…5 mm
vor exercita o presiune mult mai mare asupra plafonului clădirii.
8. La aceeaşi suprafaţă a bazei şi aceeaşi înălţime, cel mai convenabil din punct de vedere
teoretic sub aspectul forţei de împingere la acţiunea frontală a vântului este modelul cu acoperişul
cu patru pante simetrice, dispuse la 900. Având o construcţie simetrică, această variantă este la fel
de avantajoasă şi în cazul acţiunii laterale a curentului de aer. Pe de altă parte, cea mai
dezavantajoasă sub aspectul forţei de împingere la acţiunea laterală a vântului este varianta cu
unghiul dintre pantele acoperişului de 1000.
9. Dacă în cazul serelor amplasate pe sol orientarea recomandată este E-V, din considerente de
captare a maximului de intensitate luminoasă provenită de la soare, la serele amplasate pe
acoperişuri arhitecţii urbanişti pot impune alte orientări, pentru care cunoaşterea direcţiei vântului
dominant şi a forţei de împingere exercitată de acesta pot contribui decisiv la alegerea şi realizarea
unei construcţii performante din toate punctele de vedere.
10. În cazul serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor înalte, pe o diferenţă de nivel de câteva
zeci de metri se pot regăsi straturi de aer care se deplasează cu viteze diferite şi care pot provoca
fenomene extreme, inclusiv forţe importante de ridicare a suprastructurilor serelor de pe temeliile
lor. Cunoaşterea comportamentelor diferitelor forme şi dimensiuni de sere la acţiunea de ridicare a
lor de către curenţii de aer care se deplasează cu diferite viteze, se poate asigura prin simulare
teoretică cu metoda elementelor finite.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 91
11. Din sinteza reprezentării grafice a variaţiilor cu viteza a forţelor de ridicare exercitate de
curenţii de aer la deplasarea pe direcţie frontală faţă de cele 5 modele de sere studiate teoretic, se
constată că modelul de seră cu acoperişul din 2 pante care formează un unghi de 1100 are cea mai
dezavantajoasă expunere, în timp ce modelul cu acoperişul din 4 pante şi unghiul pantelor de 900
are situaţia cea mai favorabilă, între cele două modele diferenţa fiind de circa 22 %.
12. În cazul variaţiilor cu viteza a forţelor de ridicare exercitate de curenţii de aer asupra celor 5
modele de sere la deplasarea pe direcţia laterală a acestora, situaţia cea mai avantajoasă o are sera
cu acoperişul din 4 pante şi unghiul dintre acestea de 900, la care forţa de ridicare este cu circa
125% mai mică decât forţa de ridicare ce se exercită asupra serei cu acoperişul din 2 pante şi
unghiul de 1150.
13. Momentul de răsturnare pe care vântul îl exercită asupra acoperişurilor clădirilor este
deosebit de periculos prin urmările pe care le poate provoca. Mansardările neprofesioniste ale unor
blocuri vechi de locuinţe s-au soldat cu smulgerea lor de pe fundaţii şi prăvălirea peste alte
construcţii, autovehicule sau chiar peste populaţie, atunci când vânturile au avut intensităţi sau
direcţii pe care improvizatorii nu le-au prevăzut.
14. Se constată că la acţiunea frontală a curentului de aer comportamentul celor 5 sere este
practic asemănător, respectiv momentul de răsturnare creşte de cinci ori, pentru creşterea vitezei
aerului de la 10 m/s la 30 m/s. Şi în acest caz modelul de seră cu acoperişul din 4 pante simetrice,
dispuse la 900 are o situaţie mai bună decât celelalte modele, evidenţiată numai la vitezele cele mai
mari ale vântului frontal (la peste 26 m/s).
15. În cazul deplasării curentului de aer din direcţie laterală faţă de cele 5 modele de sere, cu
viteze de până la 30 m/s, se observă o diferenţiere a comportamentelor serelor începând de la viteze
ale curentului de aer de 15 m/s, astfel că la vitezele maxime luate în studiu în această lucrare sera cu
acoperişul din 2 pante la 1000 este expusă unui moment de răsturnare cu 33% mai mare decât sera
cu acoperişul din 4 pante simetrice, dispuse la 900.
16. Multiplele facilităţi pe care le oferă soft-ul ANSYS 15.0, care are la bază metoda
elementului finit, utilizat la simularea efectelor curenţilor de aer asupra unor modele de sere în
această lucrare, a permis vizualizarea şi compararea modului de curgere şi intensitatea
presiunilor/depresiunilor pe pereţii verticali frontali şi laterali, pe pantele acoperişurilor, dar şi în
planurile orizontale şi verticale mediane ale obiectelor supuse cercetărilor, pentru direcţiile
frontală şi laterală faţă de poziţia serelor, a curgerii curenţilor de aer cu diferite viteze.
17. La curgerea frontală a curentului de aer se constată că pe pereţii verticali frontali se
manifestă la toate modelele de sere şi la toate vitezele vântului apăsări maxime (culoarea roşie), în
timp ce pe pereţii verticali laterali şi pe acoperiş se manifestă depresiuni (sucţiuni). Apăsările de
pe pereţii verticali frontali nu sunt uniforme, adică sunt mai intense în zonele centrale ale acestora şi
se diminuează către margini. În cazul curgerii frontale a aerului chiar şi la acoperişuri apar unele
pete de culoare uşor gălbuie, pe lângă dominantele de albastru şi verde, care arată că pe acestea se
manifestă cu precădere depresiuni, dar şi mici apăsări în anumite zone, în special pe pantele frontale
ale serei cu acoperişul din 4 pante simetrice.
18. La curgerea laterală a curentului de aer se constată că pe pereţii verticali laterali se
manifestă la toate modelele de sere şi la toate vitezele vântului apăsări maxime (culoarea roşie), în
timp ce pe pereţii verticali frontalişi pe acoperiş se manifestă depresiuni (sucţiuni). Apăsările de pe
pereţii verticali laterali sunt mai intense în zonele centrale şi mai slabe către marginile pereţilor
respectivi. În schimb, suprafeţele de acoperişuri afectate de presiuni uşoare sunt mai vizibile
comparativ cu situaţia direcţiei frontale a curentului de aer, deşi depresiunile sunt fenomenele
predominante asupra pantelor respective şi în acest caz.
19.Vizualizarea în plan orizontal a efectelor curgerii curentului de aer pe direcţia frontală faţă
de modelele de sere evidenţiază apăsările de pe pereţii verticali frontali cu presiuni care scad spre
marginile domeniului şi existenţa fenomenelor de sucţiune pe ceilalţi pereţi verticali şi pe pantele
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 92
acoperişurilor, confirmându-se concluziile anterioare referitoare la solicitările pe care curenţii de
aer le provoacă pe suprastructurile serelor.
20. La analiza efectelor în plan orizontal ale curgerii curentului de aer pe direcţia laterală faţă
de modelele de sere studiate se constată că pe pereţii verticali laterali se exercită presiuni care se
reduc spre margini, iar pe pereţii verticali frontali se manifestă numai depresiuni. Pe pantele
acoperişurilor predomină fenomenele de sucţiune cu intensităţi diferite, în funcţie de numărul şi
înclinarea pantelor.
21. Vizualizările efectelor în plan median vertical ale curgerii aerului cu diferite viteze pe
direcţia frontală faţă de poziţiile de referinţă ale modelelor de sere evidenţiază existenţa unui
curent de aer cu o presiune importantă mai sus de coama acoperişului, ceea ce înseamnă că prin
forma acoperişului se poate controla fenomenul curgerii aerului peste acoperiş.
22. O situaţie deosebită se observă în planul median vertical al modelelor specificate în cazul
curgerii laterale a curentului de aer, constatându-se existenţa unei uşoare apăsări pe panta expusă
a acoperişului, dar şi manifestarea unei tulburenţe în curentul de aer care părăseşte acoperişul, cu
direcţia imprimată de unghiul pantei.
23. În cazul serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor se pot adopta şi forme diferite de cele
supuse analizei în prima parte a acestui capitol. O asemenea formă poate fi asemănătoare cu cea a
domurilor geodezice, la proiectarea şi realizarea unor asemenea construcţii participând şi un
colectiv complex de specialişti de la Universitatea Transilvania din Braşov.
24. La baza structurii serei de tip dom geodezic se află un poliedru regulat convex, care, din
raţiuni structurale ar putea fi un icosaedru, adică un poliedru cu 20 de feţe (care sunt triunghiuri
echilaterale), 30 de muchii şi 12 vârfuri. Vârfurile icosaedrului se află pe o sferă. Pentru o mai bună
aproximare a sferei, muchiile (laturile triunghiurilor) se divizează în 2 sau 3 părţi egale, iar punctele
de divizare se proiectează pe sfera care încadrează icosaedrul. Procesul de divizare mai este numit şi
triangulaţie.
25. Obiectivul principal al cercetărilor experimentale din această lucrare a constat în măsurarea
în tunelul aerodinamic a presiunilor/depresiunilor şi forţelor de împingere care se exercită pe
suprafeţele frontale, laterale şi pe acoperişurile unor machete de sere amplasabile pe
acoperişurile clădirilor, la acţiunea frontală şi laterală a vântului, care suflă cu viteze diferite. Pentru rezolvarea obiectivului principal a fost necesară parcurgerea secvenţială şi rezolvarea unui
număr de 7 obiective subsidiare.
26. Obiectele cercetărilor experimentale sunt reprezentate de cinci machete de sere, realizate din
material plastic cu grosimea de 2,5 mm. Pentru a se putea compara rezultatele cercetărilor
experimentale, între ele, dar şi cu cele ale cercetărilor teoretice, s-a stabilit ca suprafeţele bazelor şi
înălţimile tuturor machetelor să fie identice, deosebirile dintre ele constând în numărul de pante ale
acoperişurilor, unghiurile de înclinare ale acestora şi volumele lor utile.
27. Machetele cu numerele 1, 2, şi 3 au acoperişurile alcătuite din câte două pante (conforme cu
figura 4.5 din CR 1-1-4/2012 ); macheta nr.4 are acoperişul format din patru pante (conformă cu
figura 4.9 din CR 1-1-4/2012 ), care formează o coamă, iar macheta nr. 5 are acoperişul format din
patru pante identice, care formează un vârf. Pentru a se conferi machetelor suficientă rigiditate la
acţiunea vântului, panourile din material plastic au fost fixate cu şuruburi pe profile modelate din
tablă cu grosimea de 1,5 mm.
28. În pereţii verticali frontali şi laterali, precum şi pe pantele acoperişurilor au fost practicate, în
poziţii considerate reprezentative, mai multe orificii cu diametrele de 3 mm. Orificiile care nu au
fost utilizate la măsurarea presiunilor au fost obturate. De asemenea, la măsurarea forţelor de
împingere exercitate de vânt asupra machetelor toate orificiile au fost acoperite. La toate machetele
s-a executat în placa de bază câte un orificiu cu diametrul de 30 mm prin care s-au introdus în
interiorul machetelor şi s-au fixat în orificiile practicate în pereţi şi acoperişuri tuburile pentru
măsurarea presiunii/depresiunii provocată de curenţii de aer.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 93
29. Principalul echipament utilizat la cercetările experimentale a fost tunelul aerodinamic
HM170 Educational Wind Tunnel. G.U.N.T. Gerätebau GmBH. Barsbüttel, Germany, aflat în
Laboratorul pentru studierea energiei vântului din cadrul Departamentului de Design de Produs,
Mecatronică şi Mediu de la Universitatea Transilvania din Braşov. Viteza maximă care poate fi
imprimată curentului de aer în tunelul aerodinamic disponibil pentru cercetările experimentale este
de 30 m/s, satisfăcătoare pentru condiţiile climatice din România, dar insuficientă pentru condiţiile
din alte ţări. Anemometrul termic face parte din aparatura necesară utilizării tunelului
aerodinamic,servind la reglarea şi verificarea vitezei curentului de aer din secţiunea tunelului
aerodinamic în care se amplasează machetele supuse cercetărilor experimentale.
30. HM170 este un tunel subsonic (viteza aerului ajunge până la 0,1 Mach), cu circuit deschis
(aerul este preluat din exterior şi expulzat tot în exterior, cu viteză mărită). Zona de măsurare are
secţiunea de 287x287 mm şi lungimea de 365 mm, este confecţionată din plexiglas transparent, iar
suprastructura se deplasează longitudinal pentru introducerea şi scoaterea obiectelor supuse
cercetărilor experimentale. În interiorul tunelului se pot realiza măsurări (după două direcţii –
împingere şi portanţă) referitoare la: forţe, viteze, presiuni, coeficientul aerodinamic de împingere
(drag) şi de portanţă (lift).
31. Echipamentul pentru măsurarea forţelor constă dintr-un traductor de forţă care este solidar
cu modelul experimental, iar echipamentul pentru măsurarea presiunilor este reprezentat de un
manometru multitub care conţine 16 tuburi Prandtl de tip manometru cu scală gradată, montate pe
un panou rabatabil. Fiecare tub manometric este prevăzut, în partea superioară, cu o duză de
conexiune cu diametrul de 3 mm.
32. Deoarece echipamentul de testare dispune numai de 16 tuburi pentru măsurarea presiunii a
fost necesară o repartizare judicioasă a acestora pe suprafeţele expuse acţiunii vântului. La modelele
nr. 1, 2 şi 3 s-au montat câte 5 tuburi pe peretele vertical frontal, pe un perete vertical lateral şi pe o
pantă a acoperişului. La machetele nr. 4 şi 5 au fost urmărite presiunile de pe patru suprafeţe, adică
de pe doi pereţi verticali şi de pe două pante de acoperiş, pe care s-au montat câte 4 tuburi. Celelalte
orificii de pe pereţii şi acoperişul machetelor au fost obturate cu bandă adezivă.
33. Adaptarea machetelor la măsurarea forţelor cu care sunt împinse de curentul de aer cu viteze
de 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s, 27,5 m/s şi 30 m/s a pornit de la forma şi dimensiunile
traductorului de forţă, pe care se solidarizează machetele pentru cercetarea experimentală. În acest
scop s-a conceput şi realizat suportul special pentru machete şi pentru tija etalonată furnizată de
firma producătoare a tunelului aerodinamic.
34. Din tabelele cu datele înregistrate la măsurarea presiunilor/depresiunilor de pe pereţii
verticali şi de pe pantele acoperişurilor fiecărei machete, la acţiunea frontală sau laterală a
curentului de aer, precum şi din reprezentarea grafică a acestora se constată că vântul provoacă
apăsare (presiune) numai pe peretele vertical de pe direcţia respectivă, în timp ce pe peretele
vertical de pe cealaltă direcţie şi pe acoperiş se produce depresiune (sucţiune). 35. De exemplu, în cazul machetei nr. 1, la acţiunea frontală a curentului de aer, pentru o
creştere a vitezei curentului de aer până la 30 m/s, presiunea exercitată pe peretele frontal vertical a
crescut la 23 mm col H2O (față de valoarea de referință de 21 mm col H2O), în timp ce
depresiunea de pe peretele lateral vertical a avut valoarea de -62 mm col H2O, iar pe panta laterală
a acoperişului a scăzut la -34 mm col H2O. În mod similar se prezintă situaţia şi în cazul celorlalte
machete, deosebirile fiind numai de ordin cantitativ.
36. Referitor la forţa de împingere exercitată de curentul de aer asupra machetelor se constată că
la acţiunea frontală a curentului de aer machetele nr. 1, nr. 2 şi nr.3 opun forţe de rezistenţă destul
de apropiate, în special la vitezele mari ale vântului. Cea mai redusă forţă de rezistenţă la împingere
s-a înregistrat, în cazul acţiunii frontale a vântului, la macheta nr. 4, care a fost cu circa 12% mai
mică decât la macheta nr.3. La macheta nr. 5 forţa de împingere a curentului frontal de aer s-a
situat la o valoare medie între forţele de împingere ale primelor trei machete şi forţa de împingere a
machetei nr. 4.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 94
37. În cazul acţiunii laterale a curentului de aer se constată o creştere cu 10…13% a forţelor de
împingere la machetele nr. 1, nr. 2 şi nr. 3, cea mai mare valoare înregistrându-se la macheta nr. 1.
Creşterea forţei de împingere se manifestă şi la macheta nr. 4, dar atât la acţiunea frontală, cât şi la
acţiunea laterală a curentului de aer aceasta este mai mică faţă de forţele înregistrate la primele trei
machete cu peste 10%. Aspectul deosebit se constată în cazul acţiunii laterale a curentului de aer la
macheta nr. 5, la care forţele de rezistenţă la împingere sunt identice cu cele constatate la acţiunea
frontală a acestui curent şi sunt cu 15…18% mai mici decât forţele măsurate la primele trei forme
de machete.
38. Pentru calculul coeficienţilor aerodinamici de rezistenţă la acţiunea de împingere a vântului
s-a utilizat relaţia recomandată de furnizorul tunelului aerodinamic, unde pentru o temperatură a
aerului T = 18°C, presiunea barometrică p = 1026 mbar şi umiditatea relativă a aerului 60%,
densitatea aerului are valoarea de 1225 kg/m3. Aceşti coeficienţi s-au calculat pentru fiecare
model de machetă şi viteză prestabilită a vântului la acţiunea frontală, respectiv la acţiunea laterală
a acestuia.
39. Se constată că la valori diferite ale vitezelor vântului coeficienţii de rezistenţă aerodinamică
au valori ușor diferite. Formele relativ apropiate ale celor 5 machete de sere supuse cercetărilor
experimentale conduc la gruparea sensibilă a valorilor coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică, atât
la acţiunea frontală, cât şi la acţiunea laterală a vântului, pentru o viteză precizată a acestuia. De
fapt, pentru aplicaţii practice cercetările experimentale ar trebui să se facă doar pentru vitezele
maxime ale vântului din zona de amplasare clădirii pe care urmează să se construiască o seră
pentru legume sau flori, adică să se determine câte un coeficient de rezistenţă aerodinamică pe
direcţiile frontală şi laterală de acţiune a curentului de aer, pentru macheta de forma şi
dimensiunile considerate..
40 Din analiza rezultatelor înscrise în tabele şi din reprezentările grafice, coeficienţii de
rezistenţă aerodinamică ai machetelor supuse cercetărilor experimentale se încadrează între limitele
înscrise în tabelele 4.4,a,b şi 4.5 din Codul de Proiectare Evaluare a Acţiunii Vântului Asupra
Construcţiilor indicativ CR 1-1-4/2012, respectiv tabelele 4.4, 4.6,a, 4.6,b şi 4.7 din această lucrare,
referitoare la valorile recomandate pentru pereţii verticali şi acoperişuri cu două, respectiv cu patru
pante.
41 Pentru toate machetele cercetate, coeficienţii de rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală
curentului de aer sunt mai mari cu 20..25% comparativ cu cei calculaţi la acţiunea laterală a
curentului de aer. Face excepţie macheta nr. 5, la care acoperişul din patru pante este simetric, astfel
că, indiferent de direcţia vântului coeficientul de rezistenţă aerodinamică are aceeaşi valoare.
42. În cazul machetelor nr. 1, nr.2, şi nr.3, cu acoperişurile în două pante, cei mai mici coeficienţi
de rezistenţă aerodinamică la acţiunea frontală a vântului se manifestă la macheta nr. 2, la care
unghiul format de pantele acoperişului este cel mai mare (120o). În odine crescătoare se situează
machetele nr.2 şi nr.3, la care unghiurile pantelor sunt de 110o, respectiv de 90
o.
43. La acţiunea laterală a curentului de aer valorile cele mai mici ale coeficienţilor de rezistenţă
aerodinamică le prezintă macheta nr. 2. la care pantele acoperişului sunt mai puţin înclinate faţă de
verticală, comparativ cu înclinările acoperişurilor celorlalte machete;
44. La machetele nr. 4 şi nr. 5, cu acoperişurile în patru pante coeficienţii de rezistenţă
aerodinamică la acţiunea frontală vântului sunt mai mici cu 15..20% decât la machetele cu
acoperişurile în două pante; în schimb, la acţiunea laterală a vântului coeficienţii de rezistenţă
aerodinamică ai acestor forme de sere au fost mai mari decât la cele cu acoperişurile în două pante.
45. La acţiunea frontală a vântului, macheta nr. 5, cu acoperişul format din patru pante simetrice
prezintă coeficienţi de rezistenţă aerodinamică mai reduşi cu până la 10% comparativ cu cei ai
machetei nr. 4, la care pantele sunt simetrice două câte două; în schimb, la acţiunea laterală a
vântului coeficienţii de rezistenţă aerodinamică sunt mai mici la macheta nr. 4 cu 5…10% decât la
macheta nr. 5.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 95
46. Pentru compararea rezultatelor cercetărilor teoretice cu cele ale cercetărilor experimentale
s-au considerat reprezentative variaţiile forţelor de împingere cu care curentul de aer acţionează
asupra celor 5 modele (machete) de sere, pe direcţiile frontale şi laterale ale acestora.
47. În cazul simulărilor teoretice la acţiunea frontală a curentului de aer, se constată că la
vitezele mici ale acestuia forţele de împingere sunt grupate puternic, deosebirile constructive dintre
machete fiind nesemnificative. În schimb, la viteze ale curentului de aer de peste 20 m/s apar
diferenţe sesizabile, forţa frontală de împingere asupra machetei cu acoperişul din 4 pante şi unghiul
dintre pante de 900 fiind cu circa 75% mai mică decât forţa de împingere asupra machetei cu 2 pante
şi unghiul de 1200.
48. În cazul cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic la acţiunea frontală a
curentului de aer se observă o diferenţă între forţele de împingere asupra diferitelor machete,
începând de la viteze ale vântului de peste 15 m/s. Cele mai bune rezultate se constată la macheta
nr. 4, cu acoperişul din 4 pante inegale şi unghiul pantelor principale de 1150, la care forţa frontală
de împingere este cu circa 12% mai mică decât la macheta nr.1, cu acoperişul din 2 pante egale şi
unghiul pantelor de 1100.
49. Din analiza forţei de împingere obţinută prin simulare teoretică, la acţiunea laterală a
curentului de aer asupra modelelor de sere cercetate se constată că asupra modelului cu acoperişul
din 4 pante şi unghiul dintre pante de 900 se exercită o forţă de împingere cu circa 100% mai mică
decât cea care împinge modelul cu 2 pante şi unghiul de 1000.
50. Analiza forţelor de împingere asupra machetelor la acţiunea laterală a curentului de aer,
rezultate în urma cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic, arată că cele mai bune
rezultate le oferă macheta nr. 5, cu acoperişul din 4 pante egale, care formează un vârf. De fapt, la
această machetă forţa de împingere este identică pentru cele două direcţii de acţiune ale curentului
de aer, ceea ce înseamnă că la acţiunea curentului de aer pe direcţie laterală forţa respectivă este mai
mare pentru celelalte machete, în special pentru cele cu acoperişul din 2 pante.
7.3. Contribuţii personale
Cele mai importante contribuţii personale la realizarea acestei lucrări se referă la:
evidenţierea actualităţii, oportunităţii şi importanţei tezei de doctorat,precizându-se că obiectivul
principal al lucrării constă în stabilirea prin simulare teoretică şi prin cercetări experimentale în
tunelul aerodinamic a presiunilor, forţelor şi momentelor de răsturnare pe care vântul care suflă cu
diferite viteze le exercită asupra serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor şi determinarea
coeficienţilor de rezistenţă aerodinamică ale diferitelor forme de astfel de sere;
stabilirea obiectivelor subsidiare, prin a căror rezolvare să se asigure îndeplinirea obiectivului
principal, precum şi a unei metodici generale de cercetare (defalcată ulterior pe secvenţe), care să
conducă la rezultatele preconizate;
efectuarea unei sinteze asupra apariţiei, evoluţiei şi importanţei conceptelor de oraş verde,
acoperiş verde (vegetal) şi seră pe acoperiş, cu evidenţierea contribuţiei acestora la diminuarea
efectelor negative produse populaţiei din marile aglomerări urbane de fenomenele de încălzire
globală, creştere explozivă a populaţiei şi urbanizare necontrolată;
analiza stadiului actual şi tendinţelor în domeniul construcţiei de sere amplasate pe sol şi pe
acoperişurile clădirilor, cu precizarea aspectelor asemănătoare şi a celor care le deosebesc;
analiza cerinţelor/restricţiilor pe care plantele cultivate le impun serelor, referitoare la asigurarea
factorilor de mediu şi a consecinţelor asupra formelor, poziţiilor,materialelor de construcţie,
instalaţiilor şi echipamentelor, sistemelor de cultură etc. serelor de pe sol şi, comparativ, a celor de
pe acoperişurile clădirilor;
analiza stadiului actual privind solicitările mecanice pe care vântul le exercită asupra serelor, a
standardizării şi tipizării formelor constructive şi principiilor de calcul referitoare la serele de pe sol
şi evidenţierea lipsei acestor facilităţi în cazul serelor de pe acoperişuri;
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 96
evidenţierea posibilităţii de utilizare a Codului CR-1-1-4/2012 la calculul şi proiectarea serelor
amplasate pe acoperişuri, dar şi a indicaţiilor acestuia referitoare la completarea cunoştinţelor în
acest domeniu prin simulări teoretice, folosind metode numerice adecvate şi prin cercetări
experimentale pe machete, folosind tunelul aerodinamic;
analiza posibilităţii de monitorizare/verificare a comportamentului structurilor de rezistenţă ale
serelor amplasate pe acoperişuri prin folosirea unor principii şi aparate moderne, precum
accelerometrele sau sistemul RTK-GPS;
evidențierea necesității și utilității folosirii unor aspecte ale teoriei similitudinii pentru
valorificarea rezultatelor obținute la cercetările experimentale în tunelul aerodinamic la calculul și
proiectarea serelor amplasate pe acoperișurile clădirilor;
simularea teoretică prin modelare și analiză CFD (Computational Fluid Dynamics) prin soft-ul
ANSYS 15.0, care are la bază metoda elementului finit, a curgerii aerului pe sere pentru
determinarea forțelor și momentelor care acționează asupra serei, forțe și momente generate de
către acțiunea vântului, precum și vizualizarea formelor de curgere a aerului pe suprafețele
exterioare ale serei;
analiza teoretică a comportamentului a cinci modele de sere amplasabile pe clădiri, cu
acoperişurile cu două şi patru pante, cu unghiuri diferite între pante, asemănătoare principial cu cele
incluse în Codul CR-1-1-4/2012, expuse curenţilor de aer frontali şi laterali, care se deplasează cu
viteze de până la 30 m/s;
realizarea practică a cinci modele de sere cu suprafeţele bazelor şi înălţimile identice, cu
acoperişurile cu două sau patru pante şi cu unghiuri diferite între pante, similare celor simulate
teoretic, care au fost supuse cercetărilor experimentale în tunelul aerodinamic HM170 Educational
Wind Tunnel. G.U.N.T. Gerätebau GmBH. Barsbüttel, Germany;
realizarea dispozitivelor necesare montării machetelor în tunelul aerodinamic, în vederea
măsurării simultane a presiunilor în 16 orificii de pe pereţii verticali frontali şi laterali şi de pe
pantele acoperişurilor şi pentru măsurarea forţei de împingere exercitată de curentul de aer pe
direcţia frontală şi laterală a machetelor;
pe baza cercetărilor din această lucrare se recomandă utilizarea criteriului Froude la studiul prin
similitudine al vitezei curentului de aer care solicită machetele din tunelul aerodinamic, respectiv
serele amplasate pe acoperișurile clădirilor.
analiza şi compararea rezultatelor cercetărilor teoretice cu cele experimentale şi compararea
acestora cu cele prevăzute în Codul CR-1-1-4/2012 şi evidenţierea valabilităţii metodicii de
cercetare stabilită iniţial.
7.4. Direcţii viitoare de cercetare
În urma încheierii cercetărilor din această lucrare prin atingerea obiectivului principal, se degajă
mai multe direcţii viitoare de cercetare, precum:
cercetarea teoretică şi experimentală a unor noi forme constructive de sere amplasabile pe
clădiri, ca de exemplu cele cu acoperişurile sub formă de boltă semicilindrică sau semisferică
(experimental), care se pot încadra cu succes în peisajul urbanistic;
simularea teoretică şi cercetarea experimentală a comportamentului diferitelor modele de sere
amplasabile pe acoperişuri la acţiunea unor curenţi de aer cu viteze mai mari decât cele avute în
vedere în lucrare,dar şi la acţiunea combinată a intemperiilor, turbulenţelor etc.;
studierea executării serelor de pe acoperişuri din cele mai noi şi mai performante materiale şi
colaborarea cu producătorii de asemenea materiale, în vederea obţinerii siguranţei maxime în
exploatare, simultan cu satisfacerea pe deplin a factorilor de mediu solicitaţi de plante;
studierea folosirii unor echipamente necesare echipării serelor, care să satisfacă atât cerinţele
funcţionale şi de automatizare, dar să fie şi suficient de uşoare, astfel ca apăsarea serelor pe
acoperişurile clădirilor să fie minimă.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 97
BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ
[1] Alexandri, Al., Lemeni, V.: Dezinfectarea şi dezinsectizarea solului, Editura Agro-Silvică,
Bucuresti, 1968.
[2] Badiu, E., Brătucu, Gh.: Researches Regarding the Causes of Degradation of Roof Systems, in
The 5th
International Conference Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC
2013 24-25 October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1, pag. 353-356, ISBN 978-606-19-0225-5.
[3] Badiu, E., Brătucu, Gh.: Research on Degradation by Corrosion of Some Components of
Buildings Roofs, in The 5th
International Conference Computational Mechanics and Virtual
Engineering COMEC 2013 24 - 25 October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1, pag. 357-360, ISBN
978-606-19-0225-5.
[4] Badiu, E., Brătucu, Gh: The Effects of Wind on Roof Systems for Buildings , în Bulletin of the
Transilvania University of Brasov, VOL. 7 (56) No. 1 – 2014, Series II – Forestry • Wood Industry
• Agricultural Food Engineering, pag. 67 – 72, ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143(CD-
ROM).
[5] Badiu E.C., Brătucu Gh,: Research on the Construction on the Greenhouses Located on the
Roofs of Buildings , in The 5th
International Conference COMAT 2014, Brasov, 2014, Vol. 2, p.
237-242, ISBN 978-606-19-0411-2.
[6] Badiu, E.C., Brătucu, Gh., Păunescu, D.D: Types of Infrastructure Used for Crowing Plants in
Greenhouses Located on the Roofs of Buildings , in The 5th
International Conference COMAT
2014, Brasov, 2014, Vol. 2, pag. 243-246, ISBN 978-606-19-0411-2.
[7] Badiu, E.C., Lateş, M.T., Brătucu, Gh.: “Simulation of the Solicitations to which Greenhouses
Located on Rooftops are Subjected Based on Modeling with Finite Element Method”, în Bulletin of
the Transilvania University of Brasov, VOL. 8 (57) No. 2– 2015, Series II – Forestry • Wood
Industry • Agricultural Food Engineering, pag. 61-68, ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143
(CD-ROM).
[9] Badiu, E.C., Brătucu, Gh., Păunescu, D.D.: Reducing the Effect of Urbanization on Global
Warming by Putting of Greenhouses on Rooftops, in The 6th
International Conference
Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15- 16 October 2015, Braşov,
Romania, pag. 496-504, ISSN 2457-8541.
[10] Badiu, E.C., Lateş, M.T., Brătucu, Gh.: Experimental Research on Determination of Drag
Coefficient of the Greenhouses Located on Roofsof Buildings, in Bulletin of the Transilvania
University of Braşov • Series II • Vol. 9 (58) No. 1. 2016. p 43-50, ISSN 2065-2135 (Print), ISSN
2065-2143 (CD-ROM).
[11] Badiu, E.C.: Opinion: Cat Losses and when Building Codes, Design Fail, in
PROPERTUCASUALTY 360 DAILY ENEWS 28.08.2012, ALM Media Corporate
HEADQUARTERS 120 Broadway 5th Floor New York, NY 10271, USA. (4.).
[12] Bodolan, C., Brătucu, Gh.: Current Issues Regarding Growing Plants in Romanian
Greenhouses, in The 4th
International Conference COMAT 2012, Brasov, 2012, Vol. 3, pag. 691-
695, ISBN 978-973-131-162-3.
[13] Bodolan, C., Brătucu, Gh.: Heat and Light Requirements of Vegetable Plants, in The 5th
International Conference Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2013, 24- 25
October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1, pag. 361-364, ISBN 978-606-19-0225-5.
[18] Bodolan, C., Costiuc, L., Brătucu, Gh.: Greenhouse Energy Management Simulation Model,
in. Bulletin of the Transilvania University of Braşov • Series II • Vol. 9 (58) No. 1, 2016, pag. 51-
58 ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143 (CD-ROM).
[19] Brătucu, Gh., Păunescu, C.G., Păunescu, D.D., Badiu, C.E.: Establishing Configuration
and Mathematical Model of System by Automatically Adjustment for Humidity and Airflaw in
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 98
Greenhouses for Vegetables and Flowers, in The 6th
International Conference Computational
Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15-16 October 2015, Braşov, Romania,
pag. 527-535, ISSN 2457-8541.
[20] Brătucu, Gh., Gruia, R., Gaceu, L., Pirnă, I., Aspecte actuale ale economiei şi
managementului fermelor agricole, Editura Universităţii Transilvania Braşov, 2002.
[21] Brătucu, Gh., Tehnologie agricolă, Editura Universităţii “Transilvania” Braşov, 1999.
[22] Brătucu, Gh., Management agricol, Editura Universităţii “Transilvania” Braşov, 1999.
[23] Brătucu, Gh., Păunescu, C.G.: Contribution to Perfecting Automatic Adjustment of
Temperature Vegetables and Fruits Warehouses, International Symposium „Trends in the
European Agriculture Development”, 20-21 mai 2010, Timişoara, România, 7th
Session „Power
Resurces and Agricultural Machinery”, Vol. 42 (1) 1-688(2010), pag. 571-577, ISSN 2066-
1843.
[24] Brătucu, Gh., Căpăţână, I.: Cercetări privind utilizarea surselor regenerabile pentru
eficientizarea energetică a fermelor si pensiunilor agroturistice, Simpozion Agricultura
durabilă. Soluţii si perspective, INMATEH 2007-II, Bucuresti, România, pag. 89-99, 2007.
[25] Casciati, F., Fuggini, C.: Engineering vibration monitoring by GPS: long duration records.
Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 8.3 (2009): 459-467.
[26] Castelano, S.: Loads Interaction Domains Methodology for the Design Of Steel
Greenhouse Structures, Journal of Agricultural Engineering, 2007, nr. 1, pag. 21-29.
[28] Ceauşescu, I.: Legumicultură generală şi specială, Editura Didactică şi Pedagogică,
Bucureşti, 1984.
[29] Ceauşescu, I.: Cultura legumelor, Editura Ceres, Bucureşti, 1979.
[30] Celebi, M.: GPS in dynamic monitoring of long-period structures. Soil Dynamics and
Earthquake Engineering, 20.5 (2000): 477-483.
[34] Drunek, J. Cercetări privind optimizarea energetică a lucrărilor de pregătire a patului
germinativ în sere, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, 2009, Conducător
ştiinţific Brătucu, Gh.
[35] Duţă, A.: Ingineria sistemelor legumicole, Editura Universitaria, Craiova, 2004.
[37] Florea, C., Brătucu, Gh., Păunescu, D.D.: Research on Using the GPS to Improve the
Works on Herbs' Acreage, in The 4th
International Conference COMAT 2012, Brasov, 2012,
Vol. 3, pag. 801-804, ISBN 978-973-131-162-3.
[38] Ghimbăsan, R.: Bazele agrobiologice ale mecanizării agriculturii, Universitatea
Transilvania din Brasov, 1992.
[40] Greavu, V., Covaciu, D., ş.a.: Eco-adăposturi modulare, dezvoltare de produs, Raport final
privind efectul vântului, Contract nr.464/17.04.2013, Operaţiunea 0233-2011-1.
[44] Kószó, J.: Télikertek, Editura Szukits, Szeged, 1999.
[45] Labowsky, H.: Termesztőházak jellemzői, típusai, Kertészet és szőlészet, nr. 52-53/ 1998,
pag. 26-27.
[46] Láng, Z., ş.a.: A zöldség-, dísznövény- és szaporítóanyag – termesztés berendezései és
gépei, Editura Mezőgazda, Budapesta, 1999 (3.1.2.-7).
[48] Li, Xiaojing, et al.: Full-scale structural monitoring using an integrated GPS and
accelerometer system. GPS solutions 10.4 (2006): 233-247.
[50] Marinescu, A.: Mecanizarea lucrărilor din sere, solarii şi ciupercării, Editura Ceres,
Bucureşti, 1986.
[52] Mihăilescu, T.: Athos. Arhitectură şi spaţiu sacru. Editura Libris Braşov, Cod LIB978-606-
19-0354-2, 2014.
[53] Mihăilescu, T.: Braşov: Atmosfera, Arhitectură şi Spaţiu Urban, Editura Libris Braşov,
Cod LIB978-606-19-0400-6, 2014.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 99
[56] Mitroi, A., Epure, D.G.: Diminuarea emisiilor de CO2 la folosirea energiei de către
utilajele agricole. Lucrările celei de a 8-a Conferinţe Naţionale pentru protecţia mediului prin
biotehnologii şi a celei de a 5-a Conferinţe Naţionale de ecosanogeneză, Braşov, 2007.
[61] Pasztor, J., Brătucu, Gh.: Aspecte actuale ale cultivării plantelor în serele din România,
Simpozion Tehnologii de mecanizare şi echipamente tehnice pentru agricultură şi industria alimentară,
armonizate la practica U.E., INMATEH 2007-III, Bucureşti, România, pag. 173-182, 2007.
[62 ]Păunescu, D.D., Brătucu, Gh.: Aspects Regarding the GPS Using for Fuctional Indices
Monitoring of the Seeders Machines, în Journal of EcoAgriTourism, Vol.6 (2010), nr. 3 (20),
pag. 176-179, ISSN 1844-8577 ( BIOATLAS 2010-International Conference New Research in
Food and Tourism- 28-30 mai 2010- Braşov-Romania).
[64] Păunescu C., Brătucu, Gh: Research Regarding Temperature Determination in Different
Zones of Warehouses for Fruits and Vegetables, in Buletinul Conferintei COMAT 2010
(International Conference Research and Innovation in Engineering), 27-29 oct. 2010, vol III, p
188-191, Braşov, Romania, (sub egida FISITA) ISSN: 1844-9336.
[65] Păunescu, D.D., Brătucu, Gh., Păunescu, S., Atanasov, A.: Research Regarding the Use of
the GPS in Monitoring Agricultural Sowing, in INMATEH Agricultural Engineering, Vol. 31,
No2/2010, pag. 75-82 ,ISSN: 2068-4215, Bucureşti, Romania.
[66] Păunescu C.G., Brătucu, Gh: Equipments Used for Humidity Control in Warehouses for
Fruits and Vegetables, in Proceedings of the Third International Conference, vol. 2, pag. 159-
163, Lozenec, Bulgaria, 2011, ISSN: 1313-7735.
[67] Păunescu, C.G., Brătucu, Gh.: Climatic Factors Measurement in a Warehouse without
Automatic Control Systems in Bulletin of the Transilvania University of Brasov • Vol. 4 (53)
No.1 – 2011 Series II- Forestry • Wood Industry • Agricultural Food Engineering, pag. 115-122,
ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143 (CD-ROM).
[69] Păunescu. G.C.: Contribuţii la perfecţionarea proiectării sistemelor de reglare automată a
factorilor climatici în depozitele de legume şi fructe Teză de doctorat,Universitatea Transilvania
Braşov, 2010, Conducător ştiinţific Brătucu, Gh.
[70] Popescu, S., Ghinea, T.: Automatizarea maşinilor şi instalaţiilor folosite în agricultură,
Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1986.
[71] Pricop, Gh., ş.a.: Irigaţii, Editura Ceres, Bucuresti, 1989.
[73] Robertson, A.PAG., Hoxey, R.PAG.: Structural Design of Greenhouses with an Emphasis on
Wind Loading. Paper Workshop European Greenhouse Standards (1991), Barcelona, Spain, 49-57.
[75] Rus, F.: Utilizarea criteriilor de similitudine în modelarea proceselor. Universitatea
George Bariţiu Braşov, Economia Orizont 2000 pag.411-417, ISBN 973-97692-1-7.
[81] Velasquez, R. ş.a.: Vegetated Roof Design and Construction, HalfMoon Education Inc.
LLC, PAG.O.Box 278, Altoona, WI 54720-0278, http://www.halfmoonseminars.com/ 2012.
[90] Yi, Ting‐H., Hong‐Nan L., and Ming G.: Recent research and applications of
GPS‐based monitoring technology for high‐rise structures, Structural Control and Health
Monitoring, 20.5 (2013): 649-670.
[94] http://www.academia.edu/.../SPAŢIILE, acces. 25.04.2016.
[95] http://www.acoperismagazin.ro, acces. 02.04.2016.
[96] http://artagradinilor.ro, acces. 08.04.2016.
[100] http://www.bauder.ro, acces. 02.10.2015.
[102] http://www.climatesmartplanning.org/../practical-evaluation, acces. 22. 04. 2016.
[103] http://www.conceptualdevices.com, acces. 23.06.2015.
[105] http://www.dreptonline.ro/legislatie/lege_spatii_verzi.php, acces. 02.04.2016.
[108] http://www.ecomagazin.ro, acces. 25.04.2016.
[112] https://en.wikipedia.org/wiki/Drag _coefficient, acces. 15.10.2015.
[113] https://www.flickr.com/photos/imuttoo, acces. 28.04.2016.
[114] http://floridegradina-pomi-arbusti.com, acces. 07.03.2016.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 100
[116] http://www.farmtek.com, acces. 03.04.2014.
[117] http://www.gazetadeagricultura.info/.../16188-sa-transforma, acces. 20.04.2016.
[120] http://gothamgreens.com, acces.18.03.2015.
[126] http://www.gradinamea.ro/Cultura_hidroponica /.._3475_537_1.html, acces. 09.06.2016.
[127] http:/www.gunt.de, acces 15.06.2016.
[128] https://ipcc- wg2.gov/njlite_download2.php?id=9237, acces. 24.04.2015.
[129] http://www.legalis.ro/.../legea-24_2007_reglementare_admi., acces. 03.04.2016.
[130] http://www1.toronto.ca, acces. 02.04.2016.
[131] http://lufa.com/fr/, acces. 25.10.2015.
[132] http://www.marcoser.ro, acces.10.06.2016.
[133] http://www.nexuscorpag.com/, acces. 21.04.2015.
[134] http://www.nccrs.com, acces. 09.06.2016.
[135] http://www.primariatm.ro/.../cap%20I%20strategie%20sp_v , acces. 02.03. 2016.
[137] http://posdru.afiprofamilia.ro acces. 15.05.2016.
[138] http://www.revistacalitateavietii.ro/2009/ CV-3-4.../03.pdf, acces. 15.04 2016.
[139] http://www.rasunetul.ro/mirela-parker-sa-transformam, acces. 21.04.2016.
[142] http://stirileprotv.ro/stiri/social/programul-casa-verde, acces. 03.04.2016.
[146] https://www.scribd.com/doc/.../CR-1-1-4-2012-Normativ-vant, acces. 20.03.2014.
[147] http://www.tucsonnewsnow.com, acces. 22.09.2015.
[149] http://www.uq.edu.au/uqabroad/nanyang-technological-university, acces. 28.04.2016.
[152] https://www.york.ac.uk/media/chp/documents/2008/greenspace2008.pdf, acces. 24.04.2016.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 101
ANEXE
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 102
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 103
Anexa 1
Curriculum vitae
Informaţii personale
Nume şi prenume BADIU, Eduard Cătălin
Adresă Str. Teiului, bl.54B, sc.B, ap.5, Făgăraş, România
Telefon 0368-811-311 sau 0760-335-475
E-mail Eduard.Badiu@gmail.com
Naţionalitate Română
Data naşterii 29.07.1968
Educaţie şi formare
Perioada 2012-prezent
Calificarea/diploma
obţinută
Doctorand
Numele instituţiei de
învăţământ
Universitatea Transilvania din Braşov
Perioada 1987-1993
Calificarea/diploma
obţinută
Inginer Diplomat
Numele instituţiei de
învăţământ
Institutul Politehnic „Traian Vuia” din Timişoara
Facultatea de Construcţii
Limba(i) străină(e)
cunoscută(e)
Engleză, Germană
Competenţe şi
aptitudini tehnice
Windows OS, Microsoft Office, MathCAD
Informaţii
suplimentare
Prim autor sau co-autor la 11 articole ştiinţifice publicate în
reviste de specialitate din România şi străinătate;
Speaker la diverse Seminarii şi Simpozioane din SUA;
Inginer Licenţiat în 16 State in SUA;
Antreprenor General Certificat în Statul Florida (2007);
Antreprenor Certificat pentru acoperişuri în Statul Florida
(2006);
Martor Expert în materie cu Departamentul de acordare a
Licenţelor in industria construcţiilor în Statul Florida (FL
CILB);
Martor Expert în materie cu Consiliul National al
Examinatorilor în Inginerie şi Topografie (NCEES) din
Clemson, Carolina de Sud, SUA;
Specialist Structural în Căutare şi Salvare Urbană cu
Agenţia Federală de Management in situaţii de Urgenţă
(FEMA) şi Corpul de Ingineri ai Armatei Statelor Unite
(USACE);
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 104
Curriculum vitae
Personal information
Name BADIU, Eduard Catalin
Address Str. Teiului, bl.54B, sc.B, ap.5, Făgăraş, Romania
Telephone 0368-811-311 or 0760-335-475
E-mail Eduard.Badiu@gmail.com
Nationality Romanian
Birth date 29.07.1968
Education and
formation
Period 2012-present
Qualification Ph.D. Student
Education institution Transilvania University of Braşov
Period 1987-1993
Qualification Diplomat Engineer
Education institution „Traian Vuia” Polytechnik Institute Timişoara
Civil Engineering Faculty
Foreign languages English, German
Technical competences Windows OS, Microsoft Office, MathCAD
Supplementary
information
First author or co-author at 11 scientifically papers
published in specialized magazines in Romania and
abroad;
Speaker at various Seminars and Symposiums;
Professional Engineer in 16 states in USA;
Certified General Contractor in Florida, USA (2007);
Certified Roofing Contractor in Florida, USA (2006);
Subject Matter Expert with Florida Construction
Industry Licensing Board (FL CILB);
Subject Matter Expert with National Council of
Examiners in Engineering and Surveying (NCEES);
Urban Search & Rescue Structural Specialist with
Federal Emergency Management Agency (FEMA) and
US Army Corps of Engineers (USACE);
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 105
Anexa 2
Lucrări elaborate de autor în domeniul tezei de doctorat
A. Lucrări ştiinţifice publicate
1. Badiu, E., Brătucu, Gh.: Researches Regarding the Causes of Degradation of Roof
Systems, in The 5th
International Conference Computational Mechanics and Virtual
Engineering COMEC 2013 24- 25 October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1, pag. 353-
356, ISBN 978-606-19-0225-5.
http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/414/1/353%20-
%20356%2c%20Badiu%201.pdf
2. Badiu, E., Brătucu, Gh.: Research on Degradation by Corrosion of Some Components
of Buildings Roofs, in The 5th
International Conference Computational Mechanics and
Virtual Engineering COMEC 2013 24- 25 October 2013, Braşov, Romania, Vol. 1,
pag. 357-360, ISBN 978-606-19-0225-5.
http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/423/1/357%20-
%20360%2c%20Badiu%202.pdf
3. Badiu, E., Bratucu, Gh: The Effects of Wind on Roof Systems for Buildings, în Bulletin
of the Transilvania University of Brasov, VOL. 7 (56) No. 1 – 2014, Series II – Forestry
• Wood Industry • Agricultural Food Engineering, pag. 67 – 72, ISSN 2065-2135
(Print), ISSN 2065-2143(CD-ROM).
http://webbut.unitbv.ro/BU2014/Series%20II/BULETIN%20II%20PDF/10_BADIU%2
0Bratucu_07.04.pdf
4. Badiu E.C., Brătucu Gh,: Research on the Construction on the Greenhouses Located on
the Roofs of Buildings , in The 5th
International Conference COMAT 2014, Brasov,
2014, Vol. 2, p. 237-242, ISBN 978-606-19-0411-2.
http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/728/1/45_Badiu-Bratucu_1.pdf
5. Badiu E.C., Brătucu, Gh. Păunescu D.D: Types of Infrastructure Used for Crowing
Plants in Greenhouses Located on the Roofs of Buildings , in The 5th
International
Conference COMAT 2014, Brasov, 2014, Vol. 2, p. 243-246, ISBN 978-606-19-0411-2.
http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/1941/1/87%20488-
495%20Art.%201%20COMEC%202015%20Badiu.pdf
6. Badiu, E.C., Lateş, M.T., Bratucu Gh.: “Simulation of the Solicitations to which
Greenhouses Located on Rooftops are Subjected Based on Modeling with Finite
Element Method”, în Bulletin of the Transilvania University of Brasov, VOL. 8 (57) No.
2– 2015, Series II – Forestry • Wood Industry • Agricultural Food Engineering, pag. 61-
68, ISSN 2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143(CD-ROM)
http://webbut.unitbv.ro/BU2015/Series%20II/BULETIN%20I/AFT_01-Badiu.pdf
7. Brătucu, Gh., Păunescu, C.G.,Păunescu, D.D., Badiu, C.E.: Establishing Configuration
and Mathematical Model of System by Automatically Adjustment for Humidity and
Airflaw in Greenhouses for Vegetables and Flowers, in The 6th
International Conference
Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15- 16 October
2015, Braşov, Romania, pag. 527-535, ISSN 2457-8541. http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/handle/123456789/1935
8. Badiu, E.C., Lateş, M., Bratucu Gh., Păunescu, D.D., Covaciu, D.: Experimental
Research on the Mechanical Solicitations of the Greenhouses of Vegetables and
Flowers Located on Rooftops, in The 6th
International Conference Computational
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 106
Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15- 16 October 2015, Braşov,
Romania, pag. 488-495, ISSN 2457-8541.
http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/bitstream/123456789/1941/1/87%20488-
495%20Art.%201%20COMEC%202015%20Badiu.pdf
9. Badiu, E.C., Bratucu Gh., Păunescu, D.D.: Reducing the Effect of Urbanization on
Global Warming by Putting of Greenhouses on Rooftops, in The 6th
International
Conference Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC 2015, 15- 16
October 2015, Braşov, Romania, pag. 496-504, ISSN 2457-8541. http://aspeckt.unitbv.ro/jspui/handle/123456789/1940
10. Badiu, E.C., Lateş, M.T., Brătucu, Gh.: Experimental Research on Determination of
Drag Coefficient of the Greenhouses Located on Roofsof Buildings, in Bulletin of the
Transilvania University of Braşov • Series II • Vol. 9 (58) No. 1. 2016. p 43-50, ISSN
2065-2135 (Print), ISSN 2065-2143(CD-ROM).
http://webbut.unitbv.ro/Bulletin/Series%20II/2016/BULETIN%20I%20PDF/01_BADIU
11. Badiu, E.C.: Opinion: Cat Losses and when Building Codes, Design Fail, in
PROPERTY & CASUALTY 360O 28.08.2012, ALM Media Corporate
HEADQUARTERS 120 Broadway 5th Floor New York, NY 10271, USA
http://www.propertycasualty360.com/2012/08/28/opinion-cat-losses-and-when-building-
codes-design?page=4&page_all=1
B. Lucrări prezentate în cadrul pregătirii la Şcoala Doctorală
1. Badiu, E.C.:Cerinţe impuse serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor din mediul urban
construit, Raport de cercetare ştiinţificădin cadrul Programului individual de doctorat, Universitatea
Transilvania din Braşov, 2015.
2. Badiu, E.C.: Cercetări teoretice privind solicitările structurilor de rezistenţă ale serelor
amplasate pe acoperişurile clădurilor din mediul urban construit, Raport de cercetare ştiinţifică din
cadrul Programului individual de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, 2015.
3. Badiu, E.C.: Cercetarea solicitărilor serelor amplasate pe acoperişurile clădirilor prin
simulări teoretice şi cercetări experimentale, Raport de cercetare ştiinţifică din cadrul Programului
individual de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, 2015.
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori amplasate pe acoperişurile clădirilor
_______________________________________________________________________________________________
Autor: Ing.Badiu E.C. Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Brătucu Gh. 107
Cercetări privind solicitările mecanice ale serelor pentru legume şi flori
amplasate pe acoperişurile clădirilor
Rezumat
Conducător ştiinţific, Doctorand,
Prof. univ. dr. ing. Gheorghe BRĂTUCU Ing. Euard Cătălin BADIU
Una dintre soluţiile pe care societatea contemporană le propune pentru diminuarea efectelor
negative ale fenomenelor de încălzire globală, creştere explozivă a populaţiei sau urbanizare haotică
o reprezintă „oraşul verde”,concept materializat prin protejarea spaţiilor verzi de pe sol,
„înverzirea” acoperişurilor şi teraselor clădirilor, iar mai nou prin amplasarea de sere pe
acoperişurile clădirilor din mediul urban. În comparaţie cu serele amplasate pe sol, care se bucură
de o anumită tradiţie şi standardizare, serele de pe acoperişuri trebuie să satisfacă restricţii
suplimentare impuse de arhitecţii urbanişti, să exercite asupra plafoanelor apăsări minime, să
promoveze cultivarea plantelor în sistem hidroponic, să folosească echipamente şi instalaţii
automatizate etc. Problema evitată oarecum de către constructorii de sere pe acoperişuri o reprezintă
cunoaşterea cât mai aprofundată a solicitărilor mecanice la care sunt expuse aceste construcţii , în
special din partea acţiunii vântului. Pornind de la recomandările Codului CR-1-1-4/2012, în această
lucrare se studiază teoretic prin simulare cu metoda elementului finit şi practic cu ajutorul tunelului
aerodinamic, comportamentul la acţiunea vântului cu viteze de până la 30 m/s, a cinci
modele(machete) de sere cu acoperişurile cu două sau patru pante şi cu unghiuri diferite între ele.
Valorile comparative ale presiunilor/sucţiunilor, forţelor de împingere şi coeficienţilor aerodinamici
obţinuţi validează metodele de cercetare din lucrare, recomandându-le pentru utilizarea practică.
-
Research regarding the Mechanical Solicitations of Greenhouses for Vegetables
and Flowers Located on Rooftops
Abstract
Scientific coordinator, Ph.D. Student,
Professor PH.D.Eng. Gheorghe BRĂTUCU Eng. Eduard Cătălin BADIU
One of the solutions that contemporary society proposes to reduce the negative effects of the
phenomena of global warming, explosive growth of population and chaotic urbanization is the
"green city", concept materialized by protecting green spaces on the ground, "greening" of roofs
and terraces of buildings and more recently by putting greenhouses on rooftops in urban areas.
Compared to greenhouses located on the ground which enjoys a certain tradition and
standardization, greenhouses on roofs must meet additional restrictions imposed by architects
planners, exercise on ceilings presses minimum, to promote the cultivation of plants in hydroponic
system, use automated machinery and installation etc. The problem somehow avoided by
manufacturers of greenhouses on roofs is to know that more thorough mechanical stress they are
exposed to these constructions, especially from the wind. Code recommendations from CR-1-1-4 /
2012 in this paper is studied theoretically by finite element simulation and experimental in wind
tunnel to the action of wind with speeds up to 30m/s, five models (machets) of greenhouses roofs
with two or four slopes with different angles between them. Comparative amounts of
pressure/suction, thrust forces and aerodynamic coefficients obtained validate the research methods
of work, recommending them for practical use.
top related