4_BETONUL.pdf

Facultatea de Construcţii Timişoara 2009/2010 Agneta Tudor & Tudor Clipii

NOTE DE CURS - BETON ARMAT 33

BETONUL ARMAT

4.1. ADERENŢA ŞI ANCORAREA ARMĂTURII ÎN BETON 4.1.1. Explicarea aderenţei

Asocierea şi conlucrarea betonului cu armătura este necesară deoarece, în principal, armătura are rolul de a prelua eforturile de întindere din elementele de rezistenţă după fisurarea betonului.

Conlucrarea dintre cele două materiale este posibilă fiindcă la suprafaţa de contact dintre acestea se realizează o legătură cunoscută sub numele de aderenţă, care ia naştere în cursul procesului de întărire a betonului. Aderenţa împiedică lunecarea armăturii şi asigură caracterul monolit al elementului de beton armat până la rupere.

Efortul unitar de aderenţă, notat , este efortul tangenţial care se activează pe suprafaţa armăturii, în momentul în care bara este supusă la o forţă de întindere suficient de mare ca să se producă o deplasare foarte mică, care nu afectează aderenţa.

bf

Chiar dacă betonul solicitat la întindere fisurează, conlucrarea dintre cele două materiale continuă să existe pe distanţa dintre fisuri.

Coeficientul de dilatare termică al betonului are valoarea apropiată de cel al oţelului, deci, în cazul unor variaţii de temperatură, nu se produc deformaţii diferite ale celor două materiale.

Fenomenul de aderenţă se datorează următoarelor cauze (fig.4.1): • încleierea (adeziunea) pastei de ciment pe armătură; • încleştarea (împănarea) betonului în neregularităţile de pe suprafaţa armăturii; • frecarea dintre armătură şi beton, activată în procesul smulgerii barei.

plan potenţial de forfecare

a) încleiere b) încleştare

P compresiune radială

frecare

c) frecare

Fig. 4.1 Cauzele aderenţei

Încleştarea betonului în neregularităţile de pe suprafaţa armăturilor reprezintă factorul esenţial în dezvoltarea fenomenului de aderenţă, asigurând până la 70 % din efortul unitar total de aderenţă.

În funcţie de suprafaţa armăturilor, profilată sau netedă, încleştarea se produce în mod diferit şi duce la o comportare specifică. • Barele profilate, denumite şi armături cu aderenţă înaltă, au din procesul de fabricaţie nervuri

transversale dispuse regulat, de ordinul milimetrilor. Efectul încleştării este mare, din cauza pragurilor create de nervuri. În tendinţa de smulgere a barei, în faţa pragurilor betonul este comprimat, iar în spatele pragurilor este întins, pe o porţiune ce depăşeşte nivelul pragurilor. Când se atinge rezistenţa la întindere a betonului, se formează fisuri interne, înclinate faţă de axa longitudinală a barei, ca în figura 4.2a. Fisurarea internă a betonului formează „dinţi” de beton (trunchiuri de con), care se pot desprinde şi crează un efect de împănare al armăturii în beton, sporit de presiunea radială dată de contracţie. Acest efect trebuie asigurat printr-o acoperire cu beton suficient de mare, altfel stratul de beton se poate desprinde. Cedarea aderenţei se produce în final prin despicarea betonului printr-o fisură radială (fig. 4.2b); se observă că cedarea nu se



produce la nivelul superior al nervurilor, unde există un plan potenţial de forfecare (fig. 4.1b), ci antrenând o masă relativ mare de beton.

• Barele cu suprafaţă netedă au pe suprafaţa lor o serie de neregularităţi inerente procesului de laminare variind între (40…120)μ, neregularităţi care nu sunt evidente la o cercetare sumară cu ochiul liber; de asemenea, barele ruginite într-o măsură mică, prin curăţarea cu perii de sârmă au o suprafaţă neregulată. Pasta de ciment intră în aceste neregularităţi, se întăreşte şi contribuie la crearea aderenţei. La smulgerea barei, masa de beton antrenată este mică, manifestându-se numai o frecare redusă. Ruperea se produce prin lunecarea armăturii după forfecarea pietrei de ciment la nivelul neregularităţilor armăturii, efortul unitar de aderenţă fiind mult mai mic decât în cazul barelor profilate. Restricţia privind utilizarea armăturilor cu suprafaţă netedă OB37 ca armături principale se

impune şi din motive de aderenţă, nu numai de rezistenţă.

direcţia de smulgere

fisură înainte de lunecare

fisuri interne

b) despicarea betonului

c) detaliu – o nervură

traseul eforturilor unitare principale (inelare) de întindere

a) fisurarea internă a betonului

compresiuni radiale asupra armăturii

forţa de frecare forţa exercitată de nervură asupra betonului

Fig. 4.2 Modelul aderenţei dintre beton şi armătura cu profil periodic

4.1.2 Repartiţia eforturilor unitare de aderenţă Repartiţia eforturilor unitare de aderenţă transmise de la armătură la beton este neuniformă în

masa acestuia, atât în sens transversal, cât şi în sens longitudinal. Acest aspect poate fi urmărit prin încercarea de smulgere a unei bare din oţel dintr-o probă din beton (fig.4.3a).

4.1.2.1 Repartiţia eforturilor unitare de aderenţă în sens transversal armăturii

La încercarea de smulgere a unei bare de oţel, betonul înconjurător se deformează pe o anumită porţiune de rază r, denumită zonă de influenţă (fig. 4.3b). Se constată că betonul este puternic antrenat în deformaţie în imediata vecinătate a armăturii, însă deformaţia scade odată cu creşterea distanţei; la o anumită depărtare de armătură betonul nu se mai deformează, oricare ar fi valoarea efortului unitar din armătură.

Cunoaşterea zonei de influenţă este necesară pentru o poziţionare cât mai raţională a armăturii în secţiunea transversală a elementului, atunci când acest lucru este posibil. Condiţiile cele mai bune de transmitere a eforturilor de la armătură la beton au loc atunci când zonele de influenţă sunt tangente exterioare, deci nu se suprapun.



La grinzi sau stâlpi, este necesar să fie dispuse multe bare pe o lăţime relativ redusă, astfel încât se produce suprapunerea zonelor de influenţă; pentru alcătuirea elementelor, se vor respecta distanţele minime dintre bare, date la punctul 4.1.3.

← măsurarea deplasărilor

lb

starea de tensiunemodelul experimental

φ

a. Determinarea efortului unitar mediu de aderenţă

P

lb

fb max fb med

distribuţia reală variaţie dreptunghiulară

variaţie triunghiulară

φ As

c. Repartiţia în lungul barei

armături

Zona de influenţă

r r

φ

deformarea locală a

betonului

beton

b. Repartiţia transversală

bmedfFig. 4.3 Determinarea şi repartiţia efortului unitar de aderenţă

fisură

lb lb

fb

fb

φs

armătura As

deschiderea fisurii, w

Fig. 4.4 Distribuţia eforturilor unitare de aderenţă lângă o fisură

4.1.2.2 Distribuţia eforturilor unitare de aderenţă în lungul armăturilor

Pentru o bară înglobată în beton pe lungimea , diagrama reală de distribuţie a eforturilor unitare de aderenţă are forma din figura 4.3 c sau 4.4. Se observă că distribuţia este neuniformă, valoarea

bl

bf



maximă a efortului unitar se atinge aproape de capătul tras al armăturii, unde efortul este maxim. În cazul în care bara se află în zona întinsă a unei grinzi, unde a apărut o fisură, efortul este transmis la beton prin activarea aderenţei, conform figurii 4.4. Pentru cazurile practice se admit diagrame simplificate, mai des folosite fiind diagrama dreptunghiulară şi cea triunghiulară (fig.4.3.c).

bf sσ

Forţa P la care se produce distrugerea aderenţei se poate determina din testul de smulgere a barei dintr-un cub de beton (fig.4.3a). Admiţând distribuţia dreptunghiulară pe lungimea de înglobare a armăturii , rezultă valoarea medie a eforturilor unitare de aderenţă, : bl medbf

bmedb

Pfl ⋅φ⋅π

= (4.1)

Lungimea necesară de ancorare se poate determina din condiţia ca distrugerea aderenţei să se producă simultan cu curgerea armăturii. În cazul distribuţiei dreptunghiulare cu , rezultă:

bl

medbb ff =

l medbby

2ff

4⋅= ⋅φ⋅π

φ⋅π

l

medb

yb f4

f

⋅=

⋅φ (4.2)

Determinarea valorii de calcul a lungimii de ancorare conform normelor este prezentată în detaliu la punctul 4.1.4.

4.1.2.3 Factorii care influenţează aderenţa

Calitatea betonului are efect direct asupra aderenţei: valoarea efortului unitar de aderenţă este proporţională cu rezistenţa la întindere. Grosimea stratului de acoperire cu beton de bună calitate trebuie să fie suficient de mare pentru ca în zona de transmitere a efortului de întindere, tensiunile transversale din jurul armăturilor să nu producă ruperea betonului de la suprafaţa elementului. La punctul 4.3.3 este prezentat modul de determinare a grosimii nominale de acoperire cu beton. Conturul exterior al oţelului ; barele profilate prezintă o aderenţă superioară faţă de barele netede, din cauza antrenării unui volum mai mare de beton prin încleştarea în jurul armăturii. Diametrul şi numărul barelor. Efortul unitar de aderenţă acţionează pe suprafaţa laterală a

armăturilor, deci forţa capabilă pe care o poate prelua armătura fără să lunece în beton este cu atât mai mare cu cât suprafaţa laterală a barelor este mai mare. Aderenţa creşte dacă, pentru a obţine o arie dată de armătură de rezistenţă, se folosesc mai multe bare cu diametru mai mic decât bare mai puţine cu diametru mai mare.

bf

Poziţia armăturii faţă de direcţia de betonare poate influenţa aderenţa prin efectele ce însoţesc turnarea şi compactarea mecanică a betonului:

- armăturile aşezate vertical la turnare au aderenţa mai bună decât cele orizontale, deoarece suprafaţa de contact dintre bare şi oţel se poate reduce prin formarea unor pungi de aer şi apă sub armăturile orizontale;

- armăturile aşezate la partea inferioară (grinzi, plăci) au aderenţă mai bună decât cele aşezate la partea superioară, unde tasarea plastică a betonului proaspăt este mai mare.

Prezenţa armăturilor transversale sub formă de etrieri, frete sau bare sudate, în zona de ancorare a barelor în special, are un efect favorabil asupra aderenţei, prin împiedicarea sau reducerea fenomenelor de încleştare ce apar în special la barele profilate.

4.1.3 Distanţa minimă între armături Distanţa liberă dintre armături trebuie să permită punerea în operă a betonului şi compactarea prin

vibrare a acestuia, astfel încât să se asigure dezvoltarea unei aderenţe bune. Respectarea distanţei minime dintre armături este importantă deoarece transmiterea eforturilor de întindere de la bare la beton prin aderenţă necesită un strat suficient de gros de beton, pentru a nu se produce despicarea



betonului în lungul armăturilor. Prevederile normelor referitoare la distanţa minimă dintre armături sunt date în continuare.

Distanţa minimă liberă dintre armăturile longitudinale , atât pe orizontală, cât şi pe verticală, trebuie să fie cea mai mare dintre valorile (fig. 4.5):

ls

( ) ( ){ } ( ){ }mm20;mm5d;maxmm20;kd;kmaxs g2g1 +φ=+φ⋅=l (4.3) unde:

φ este diametrul barei, mm; d - dimensiunea maximă a agregatului folosit; g

, k – valori date în anexa naţională: k 1k1 = mm5k2 = şi . 1 2

slslsl sl

slsl

slsl

sl

sl

a) bare independente grupuri de 2 bare c) grupuri de 3 bare

nd φ=φ 3n =

b) grupuri de 2 bare suprapuse

Fig. 4.5 Distanţa minimă între armături

În cazul aşezării barelor pe mai multe rânduri de armături paralele, barele trebuie poziţionate pe aceeaşi verticală; nu este permisă intercalarea lor, deoarece împiedică pătrunderea betonului. Dacă barele sunt înnădite prin suprapunere, (fig. 4.5b), ele pot fi aşezate în contact pe lungimea de suprapunere. Dacă se armează cu bare grupate, se consideră o bară înlocuitoare, care are aceeaşi secţiune şi centru de greutate ca şi grupul de bare; diametrul echivalent al grupului este nd φ=φ , unde n este numărul de bare (fig. 4.5 c). Distanţa minimă între grupuri este:

( ){ }mm20;mm5d;maxs gd +φ=l (4.3a)

4.1.4 Ancorarea armăturilor longitudinale 4.1.4.1 Forme de ancorare ale armăturilor longitudinale

Ancorarea armăturilor − bare, sârme sau plase sudate − trebuie să fie astfel realizată, încât să se asigure o transmitere bună a forţelor de aderenţă la beton, evitând fisurarea longitudinală, paralel cu armătura şi desprinderea betonului. aderenţă Ancorarea se realizează prin:

aderenţă, ancorarea barelor la capetele lor prin diferite forme, conform cu tipul armăturilor, dispunerea unor bare transversale nesudate sau sudate, dacă este necesar.

Aderenţa şi cerinţele pentru realizarea unei aderenţe bune au fost tratate anterior. În zonele de ancorare ale armăturilor longitudinale, acestea pot fi prevăzute cu următoarele forme, prezentate în figura 4.6: • capete drepte, fig. 4.6.(1) – ancorare prin aderenţă; • capete îndoite, formând ciocuri (cârlige) sau bucle, fig. 4.6.(2); • capete drepte ancorate prin sudarea unor bare transversale, fig. 4.6.(3). • capete cu ancore speciale, fig. 4.7.



lb,eq

≥5φ

α

α = 90

lb,eq

a. lungime de ancorare de referinţă, rqd,bl măsurată în lungul axei, pentru orice formă

lungime de ancorare echivalentă: rqd,b1eq,b ll α=

b. capăt îndoit la 90° c. capăt îndoit la 90 ≤α<150 d. buclă

lungime de ancorare echivalentă: rqd,b4eq,b ll α=

≥5φ φt ≥0,6φ

lb,eq

lb,eq1. Ancorarea barelor cu capăt drept

2. Ancorarea armăturilor cu capăt îndoit

3. Ancorarea armăturilor cu bară transversală sudată

≥5φ

≥150

lb,eq

lb,rqd

lbd φ

Observaţie: ciocurile (cârligele) nu contribuie la ancorarea barelor comprimate. Fig. 4.6 Forme de ancorare pentru barele longitudinale

În cazul capetelor îndoite, diametrul dornurilor de îndoire trebuie să fie suficient de mare, astfel încât să nu se producă fisurarea armăturii din îndoire sau zdrobirea betonului din interiorul ciocului.

4.1.4.2 Valoarea de calcul a efortului unitar de aderenţă bdf Efortul unitar de aderenţă în lungul armăturii trebuie să fie suficient de mare pentru a respecta cerinţa ca aderenţa să nu cedeze. Pentru armăturile profilate, valoarea de calcul al efortului unitar de aderenţă, se determină cu relaţia:

bdf

ctd21bd f25,2f ηη= (4.4) în care:

ctdf este rezistenţa de calcul a betonului la întindere, limitată la valoarea corespunzătoare clasei de beton C60/75:

0,1ct =αc05,0ctkctctd /ff γα= , cu valoarea

1η − coeficient legat de condiţiile de aderenţă şi poziţia barei în timpul betonării (fig. 4.8): 0,11 =η pentru condiţii bune de aderenţă (4.5) 7,01 =η pentru alte cazuri (condiţii slabe de aderenţă) (4.6)



2η − coeficient legat de diametrul barei: 0,12 =η pentru φ ≤ 32mm (4.7)

( ) 100/1322 φ−=η pentru φ > 32mm (4.8)

Fig. 4.7 Ancorare cu piese speciale

α

h

h ≤ 250 b)

a) 45°≤ α ≤ 90°

h

h > 250

h > 600

c)

d)

250

300

Direcţia de betonare

a), b) - condiţii bune de aderenţă pentru toate barele

c), d) - condiţii bune de aderenţă pentru barele inferioare - condiţii slabe de aderenţă pentru barele superioare

1ηFig. 4.8 Condiţii de aderenţă (pentru coeficientul )



4.1.4.3 Lungimea de ancorare de referinţă, rqd,bl

Lungimea de ancorare de referinţă, este lungimea necesară pentru ancorarea forţei rqd,bl sdsA σ

din armătura dreaptă, de diametru φ, acceptând o distribuţie constantă a efortului unitar de aderenţă. Plecând de la relaţia de calcul (4.2), rezultă:

l

bd

sdrqd,b f4 ⋅

=σ⋅φ

(4.9)

în care sdσ este efortul unitar de calcul în armătură, în secţiunea de la care se măsoară lungimea de

ancorare (este acoperitor să se considere ydsd f=σ )

bdf - efortul unitar de aderenţă care se determină cu relaţia (4.4)

φ - diametrul barei drepte ancorate; în cazul plaselor sudate din sârme sau bare, se utilizează diametrul echivalent nominal:

2n φ=φ (4.10)

4.1.4.4 Lungimea de ancorare de calcul, bdl

Lungimea de ancorare de calcul, se determină cu relaţia: bdl

(4.11) min,brqd,b54321bd lll ≥ααααα=

în care coeficienţii , daţi în tabelul 4.1, iau în considerare factorii care influenţează aderenţa:

54321 ,,,, ααααα

1α depinde de forma de ancorare a barei, în cazul unei acoperiri corespunzătoare;

2α − este pentru efectul acoperirii minime cu beton (fig. 4.9);

3α − pentru efectul confinării cu armătură transversală nesudată (fig. 4.10); φ≥φ 6,0t4α − pentru influenţa barelor sudate transversal pe bară ( ), pe lungimea de ancorare

(vezi şi pct. 4.1.6); bdl

5α − pentru efectul presiunii perpendiculare pe planul de despicare, pe lungimea . bdl

Condiţie: (4.12) 7,0532 ≥ααα

rqd,bl − lungimea de ancorare de referinţă, conform relaţiei (4.9);

min,bl − este lungimea de ancorare minimă, care în absenţa oricărei alte limitări se ia:

{ }mm100;10;l3,0maxl req,bmin,b φ≥ - ancorarea barelor în zone întinse (4.13)

{ }mm100;10;l6,0maxl req,bmin,b φ≥ - ancorarea barelor în zone comprimate (4.14)

Lungimea de ancorare de referinţă şi lungimea de ancorare de calcul ale barelor îndoite se măsoară în lungul axei, indiferent care este forma barei (fig. 4.6.(2) a).

rqd,bl bdl

Simplificat, pentru ancorarea barelor întinse având formele din figura 4.6, se poate utiliza şi o lungime de ancorare echivalentă , conform relaţiilor: eq,bl - pentru barele cu capătul îndoit (fig. 4.6.2) (4.15) rqd,b1eq,b ll α=

- pentru barele cu armătură transversală sudată (fig. 4.6.3) (4.16) rqd,b4eq,b ll α= Armăturile întinse terminate drept se ancorează prin prelungirea barei cu lungimea de ancorare echivalentă, , de la secţiunea de calcul al efortului de întindere din armătură (fig. 4.6.1). eq,bl



Tabelul 4.1 Valori ale coeficienţilor α1, α2, α3, α4, α5

Armătură de beton armat Factor de influenţă Tip de ancorare

în zonă întinsă în zonă comprimată

Capăt drept α1 = 1,0

Forma barei Alte tipuri: fig. 4.6 b,c,d

α1 = 0,7 dacă cd>3φ

altfel: α1 = 1,0 α1 = 1,0

Capăt drept α2 = 1 - 0,15(cd - φ)/φ

dar 0,7 ≤ α2 ≤ 1,0 Acoperire cu beton

Alte tipuri: fig. 4.6 b,c,d

α2 = 1 - 0,15(cd - 3φ)/φ

dar 0,7 ≤ α2 ≤ 1,0

α2 = 1,0

Confinare prin armături transversale nesudate

de armăturile principale Toate tipurile α3 = 1 - Kλ

dar 0,7 ≤ α3 ≤ 1,0 α3 = 1,0

Confinare prin armături transversale sudate*

Toate tipurile din fig. 4.6 α4 = 0,7

Confinare prin presiune transversală Toate tipurile

α5 = 1 – 0,04 p

dar 0,7 ≤ α5 ≤ 1,0 -

λ = (ΣAst - ΣAst,min)/As

ΣAst aria secţiunii armăturii transversale pe lungimea de ancorare de calcul lbd

ΣAst,min aria minimă a secţiunii armăturii transversale pe lungimea de ancorare de calcul lbd= 0,25 As pentru grinzi şi 0 pentru plăci

As aria secţiunii unei bare ancorate individual (având diametrul maxim) cd valori în fig. 4.9 K valori în fig. 4.10 p presiunea transversală la starea limită ultimă de-a lungul lbd, în MPa

*A se vedea punctul 4.1.6: în cazul unui reazem direct, lbd poate fi mai mic decât lb,min , cu condiţia ca cel puţin o sârmă transversală sudată să fie în interiorul reazemului. Această sârmă se recomandă să fie la cel puţin 15 mm de marginea reazemului.



c1

c1

cc

a a

a) bare drepte b) bare terminate cu un cioc

c) bare terminate prin buclă

( )c;c;2/aminc 1d = ( )1d c;2/aminc = ccd =

Fig. 4.9 Valorile pentru influenţa acoperirii cu beton la grinzi şi plăci dc

2α , tabelul 4.1) (coeficientul

K = 0,1

Ast, φt

As As Ast, φt

K = 0,05

Ast, φt

K = 0

As

As – armătură principală Ast - armătură transversală

Fig. 4.10 Valori K pentru efectul confinării prin armături transversale nesudate, pentru grinzi şi plăci

(coeficientul 3α , tab.4.1)

4.1.5 Ancorarea armăturilor transversale – etrieri sau alte armături de tăiere Ancorarea se realizează în mod obişnuit prin ciocuri, prevăzându-se o bară în interiorul acestora (fig. 4.11 a şi b) sau prin armături transversale sudate, conform figurii 4.11 c şi d. Îndoirea capetelor barelor se face ca în figura 4.6. În cazul ancorării prin armături transversale sudate, figura 4.11c şi d, acoperirea cu beton trebuie să fie mai mare decât 3φ sau 50 mm.

φ

≥10mm

10φ, dar ≥70mm 5φ, dar ≥50mm

φ

≥10φ; ≥20 mm ≤50 mm

≥0,7φ ≥10mm

φ

≥1,4φ

φ

a. b. c. d. Fig. 4.11 Ancorarea armăturilor transversale

4.1.6 Ancorarea armăturilor cu ajutorul barelor sudate Ancorarea armăturilor longitudinale se poate realiza şi cu ajutorul barelor transversale sudate de ele (fig. 4.12). Capacitatea de ancorare a unei bare transversale având diametrul între 14mm şi 32mm, sudată pe partea interioară a barei ancorate, este F . Efortul unitar de calcul din armătură (σ din relaţia 4.9), poate fi redus prin factorul , unde este secţiunea transversală a armăturii care se ancorează.

btd sd

sbtd A/F sA



cmσ Bară longitudinală ancorată

φs

cnom

φt Bară transversală de ancorare, sudată

≥3φs

a. b. c.

Fig. 4.12 Bară transversală sudată, cu rol în ancorare

Capacitatea de ancorare a unei bare transversale sudate este dată în anexa naţională; având valoarea:

btdF

(4.17) wdtdttdbtd FF ≤σφ= lîn care:

wdF este rezistenţa de calcul a îmbinării sudate, determinată ca o fracţiune din ; obişnuit

se ia valoarea: ; ydsfA

ydsfA5,0

tφ − diametrul barei transversale de ancorare;

tdl − lungimea de calcul a barei transversale:

( ) t5,0

tdydttd f16,1 ll ≤σφ= (4.18)

tl este lungimea barei transversale, dar nu mai mare decât distanţa dintre barele care se ancorează;

tdσ − efortul unitar în beton, calculat cu relaţia: ( ) cdcmctdtd f3yf ≤σ+=σ (4.19)

cmσ este valoarea medie a efortului unitar de compresiune (pozitivă în relaţie), din rezemarea directă, acţionând perpendicular pe armătura ancorată şi pe cea sudată (fig. 4.12 a);

; ( )x18,0e14,0015,0y −+= ( ) 1c2x t +φ= , c fiind acoperirea cu beton (4.20, 4.21) • din relaţia (4.17) poate fi multiplicată cu factorul 2,00, dacă două bare având acelaşi

diametru sunt sudate de părţi opuse ale barei ancorate (fig. 4.12b) şi este asigurată acoperirea necesară cu beton şi pentru bara plasată spre exterior;

btdF

• poate fi multiplicată cu factorul 1,41 dacă două bare sunt sudate de aceeaşi parte a barei ancorate, la o distanţă de cel puţin

btdF

s3φ (fig. 4.12c). Capacitatea de ancorare a unei bare transversale având diametrul ≤ 12mm Dacă diametrele nominale ale barelor nu depăşesc 12mm, capacitatea de ancorare a barei de ancorare sudate se limitează la :

btdF

wdF (4.22) lφφ≤= /fA16FF tcdswdbtd

în care (≤ 12mm) este diametrul barei ancorate, iar lφ tφ (≤ 12mm) diametrul barei tranversale de ancorare.



tφ În cazul a două bare transversale sudate la o distanţă de cel puţin , capacitatea de ancorare dată de relaţia (4.22) poate fi multiplicată cu factorul 1,41. btdF

4.2 STADIILE DE LUCRU ALE ELEMENTELOR DIN BETON ARMAT SUB ACŢIUNEA ÎNCĂRCĂRILOR EXTERIOARE

Betonul şi armătura au proprietăţi fizico-mecanice diferite, puse în evidenţă de curbele caracteristice ale celor două materiale. Spre deosebire de armătură, betonul se caracterizează şi prin variaţia în timp a proprietăţilor sale fizico-mecanice. Supus încărcărilor exterioare, betonul armat are un comportament ce nu coincide cu acela al betonului sau al armăturii.

Sub acţiunea încărcărilor exterioare, monoton crescătoare, în elementele din beton armat se produc modificări cantitative (ale eforturilor) şi calitative (ale comportării materialelor), ceea ce permite delimitarea unor etape, denumite stadii de lucru. Modificările calitative sunt puse în evidenţă prin trecerea de la un comportament elastic la unul plastic sau de rupere.

Comportarea elementelor din beton armat este influenţată şi de natura eforturilor secţionale - forţă axială de compresiune/întindere, moment încovoietor, forţă tăietoare, moment de torsiune - precum şi de interacţiunea acestor eforturi. În cazul interacţiunii forţei axiale şi a momentului încovoietor se pot distinge următoarele situaţii, prin prisma poziţiei axei neutre:

• axa neutră este în secţiune − solicitările de încovoiere cu forţă axială de compresiune/întindere, cu moment predominant;

• axa neutră este în afara secţiunii − solicitările de încovoiere cu forţă axială predominantă. De asemenea, comportarea elementelor din beton armat este influenţată şi de cantitatea de

armătură dispusă în element, exprimată prin procentul de armare cs A/A100p = . Din acest punct de vedere există:

• betonul simplu cu armătură de siguranţă, • betonul slab armat, realizat cu procente de armare foarte reduse, (cu precădere în construcţii

hidrotehnice masive); %)0,4...1,0p( ≅• betonul armat, realizat cu procente mici şi mijlocii de armare ; (domeniul

construcţiilor civile, industriale şi al podurilor); • betonul supraarmat, realizat cu procente mari de armare; această situaţie este în general

evitată. Sub efectul încărcărilor statice de scurtă durată, monoton crescătoare, se evidenţiază trei stadii

principale de lucru: stadiul I, nefisurat (elastic); stadiul II, fisurat (elastico-plastic); stadiul III, de rupere (plastic).

4.2.1 Stadiile de lucru ale elementelor din beton armat cu axa neutră în secţiune Pentru descrierea stadiilor de lucru s-a ales o grindă din beton armat, simplu rezemată, cu secţiune

dreptunghiulară simplu armată (cu procent relativ mic de armare), urmărind zona dintre forţele concentrate, zonă supusă la încovoiere pură (fig. 4.14). Armătura este din oţel cu limită de curgere aparentă.

Rezistenţa grinzii este dată de momentul încovoietor capabil pe care o dezvoltă grinda, având în vedere procesul de cedare treptată a materialelor componente: fisurarea betonului întins (se atinge rezistenţa la întindere ), curgerea armăturii întinse (se atinge limita de elasticitate ) şi zdrobirea

betonului comprimat (se atinge rezistenţa la compresiune ). Această succesiune este observată la betonul armat cu procente mici şi mijlocii de armare, denumite procente uzuale.

ctf yf

cf

Stadiul I corespunde comportării de material elastic, deoarece betonul este nefisurat la încărcări exterioare mici. În consecinţă:

• întreaga secţiune transversală din beton armat este activă;



• deformaţiile specifice sunt preponderent elastice, diagramele de eforturi unitare fiind practic triunghiulare;

• axa neutră este situată sub axa mediană, pentru că aria de armătură deplasează în jos centrul de greutate al secţiunii neomogene (fig. 4.13 b);

sA

• rigiditatea la încovoiere a secţiunii este maximă (fig. 4.14). I)EI(Stadiul I este un stadiu stabil, depăşit însă rapid din cauza valorilor mici ale încărcărilor.

cσ ctσ şi Pe măsura creşterii încărcării exterioare, eforturile unitare cresc proporţional, până când efortul unitar de întindere devine egal cu rezistenţa la întindere , când deformaţia specifică din fibra de beton cea mai întinsă atinge deformaţia specifică ultimă

ctf

ctuε ; diagrama de eforturi unitare din zona întinsă se apropie de un dreptunghi, din cauza deformaţiilor plastice preponderente.

Plasticizarea betonului întins este prima modificare calitativă în comportamentul elementului încovoiat (fig. 4.13 c).

Efortul unitar în armătura întinsă, la limita stadiului I, are valoarea:

y2

stusss fN/mm5,31...21210000100015,0...1,0EE <<==≅= εεσ

rezultând că armătura nu este folosită în mod eficient la încărcări mici. Limita stadiului I este o stare instabilă, pentru că la o uşoară creştere a încărcărilor, se produce o

fisură normală pe axa elementului.. În momentul fisurării, armătura întinsă suferă o mică deplasare şi preia întreg efortul de întindere din secţiune. Rigiditatea elementului scade, iar axa neutră are tendinţa de urcare, rămânând însă sub axa mediană. Momentul încovoietor exterior M este egal cu momentul încovoietor de fisurare fM . Fisurarea betonului întins este a doua modificare calitativă în comportamentul elementului, care trece în stadiul II.

Stadiul II, betonul fisurat, corespunde unui nivel de solicitare produs în construcţii de încărcările de funcţionare normală, motiv pentru care se consideră că este stadiul de serviciu. Odată cu creşterea încărcării, în secţiunile învecinate celei cu fisură se atinge rezistenţa la întindere şi apar noi fisuri normale. Datorită aderenţei, dacă alcătuirea este corectă, deschiderea fisurilor rămâne la o valoare acceptabilă.

ctf

Stadiul II are următoarele caracteristici: • elementul lucrează cu zona întinsă fisurată, astfel secţiunea activă de calcul este formată din

betonul comprimat şi armătura întinsă; de fapt, betonul întins dintre fisuri participă în ansamblul elementului la preluarea eforturilor, dar aportul lui este neglijat (fig. 4.15);

• după fisurare, eforturile unitare în betonul comprimat şi în armătura întinsă cresc brusc (fig. 4.13d), dar uzual nu se depăşeşte comportarea elastică, deformaţiile plastice fiind neglijabile:

; , c0c f5.0f ≅≤σ ys f)8,0...7,0(≅σîn consecinţă, diagrama eforturilor unitare de compresiune este foarte apropiată de un triunghi;

• axa neutră se deplasează în sus, deasupra axei mediane a secţiunii; • rigiditatea secţiunii scade, ca o consecinţă a fisurării (fig. 4.14). II)EI(

Stadiul III este stadiul de rupere, modul de rupere fiind condiţionat de cantitatea de armătură exprimată prin procentul de armare.

Începutul procesului de rupere Sporirea încărcărilor conduce la creşterea în continuare a deformaţiilor specifice şi a eforturilor unitare. În cazul procentelor mici sau mijlocii de armare, armătura din zona întinsă ajunge la curgere, adică (fig. 4.13e), iar din cauza alungirii mari a armăturii, fisurile pot să ajungă la deschideri foarte mari. Consecinţa curgerii armăturii întinse sub încărcare constantă este rotaţia progresivă a secţiunii; betonul comprimat se deformează din ce în ce mai mult, ajungând la deformaţii plastice în

ys f=σ



cc0 ff <σ<urma depăşirii rezistenţei de microfisurare, şi diagrama de eforturi unitare se curbează puternic.

fct

σc << fc

εs << εy

σc << fc εc << εcu

εct < εctu

εc << εcu

Mf

εctu

σs << fy σs<< fy εs << εy

M

As h d

d1

b

axa neutră a. n.

c) Fisurarea betonului

S T A D I U L I

axa mediană

a) b)σct < fct

σc < fc εc < εcu

εs < εy

fct

σs < fy

εctu

a. n. axa mediană

MS

S T A D I U L II

d) STADIUL DE SERVICIU

σc < fc fcεc < εcu

εy < εs < εu

S T A D I U L III

εs = εy

εcu

fy MR

fct εctua. n.

Mp fy

fct εctu

e) Începutul curgerii oţelului

f) Zdrobirea betonului comprimat

i t

R U P E R E A

Fig. 4.13 Stadiile de lucru ale unui element din beton armat, supus la încovoiere

Curgerea armăturii este cea de a treia modificare calitativă în comportamentul elementului din beton armat. Se consideră că în secţiunea în care s-a ajuns la curgerea armăturii s-a format o articulaţie plastică. Tipul de articulaţie astfel creat este caracterizat prin prezenţa în secţiunea respectivă a unui moment încovoietor constant, denumit moment încovoietor de plasticizare : pM

dfA9,0zfAM ysysp ≈=Ca o consecinţă a rotirii continue a secţiunii în care s-a format articulaţia plastică, • betonul comprimat este din ce în ce mai solicitat; • axa neutră este situată cel mai sus posibil; • rigiditatea la încovoiere a secţiunii este minimă (fig. 4.14), săgeata grinzii este foarte mare.



Ruperea În final se produce zdrobirea betonului comprimat (fig. 4.13 f) şi elementul nu mai este capabil

să preia încărcări. Momentul încovoietor corespunzător acestei situaţii este denumit moment încovoietor de rupere sau capacitate portantă la încovoiere, . RM

Ruperea are un caracter ductil, deoarece deformaţiile elementului sunt foarte mari înainte de cedare.

1,2 0,8 1,2

fS 0,01 0,02 0,03 0,04 fR

f (m) săgeata

20

40

60

80

100

120 140

160

Mf

Mp MR

MS

Rotaţie în articulaţia plastică

Fisurarea betonului întins

Curgerea armăturii

Stadiul III

(EI)I

(EI)II Stadiul II

Stadiul I

Stadiul I

40

20 (cm) SECT. TRANSV.

3φ20

Arm. montaj

Ruperea Curgerea armăturii

Fig. 4.14 Evoluţia rigidităţii elementelor din beton armat

Ruperea pentru alte procente de armare decât mici sau mijlocii În cazul elementelor de beton simplu cu armătură de siguranţă efortul unitar din armătura întinsă

parcurge rapid palierul de curgere şi porţiunea de consolidare, ajungând la limita de rupere, . În acest caz, armătura are rolul de a reduce în oarecare măsură fragilitatea betonului simplu.

tf

La betonul slab armat, ruperea începe prin intrarea armăturii întinse în curgere, fiind chiar posibilă depăşirea acestei limite tsy ff <σ< . Ruperea se produce fie prin zdrobirea betonului comprimat, fie prin deformaţii excesive ale armăturii.

În cazul betonului supraarmat ruperea se produce prin zdrobirea betonului, fără ca armătura întinsă să ajungă la limita de curgere ys f<σ , din acest motiv ruperea este însoţită de deformaţii mici şi are un caracter casant. Această variantă de armare este o soluţie neeconomică, deoarece armătura nu este folosită la capacitate maximă.

Concluzii Asupra modului de comportare a elementelor din beton armat cu procente de armare mici şi

mijlocii , supuse la moment încovoietor predominant şi forţă axială, având axa neutră în secţiune, se pot face următoarele aprecieri cu caracter general:

%)0,4...3,0p( =

• pe măsura creşterii încărcării se disting două momente importante – fisurarea betonului întins şi formarea articulaţiei plastice prin curgerea armăturii întinse; • rigiditatea elementului se reduce o dată cu creşterea încărcării, fenomen redat de diagrama moment încovoietor-săgeată din figura 4.14, diagramă obţinută prin analiza pe calculator a comportării elementului reprezentat în aceeaşi figură; • ruperea elementelor din beton armat cu procente de armare uzuale (mici şi mijlocii) începe prin curgerea armăturii întinse şi se termină prin zdrobirea betonului comprimat



(stadiul III); acest mod de cedare are un caracter ductil datorită deformaţiilor plastice mari produse înainte de rupere; • în lungul unui element se pot întâlni toate stadiile de lucru, în funcţie de solicitarea acestuia; se poate constata că elementul lucrează ca un arc de beton cu tirant de oţel (fig. 4.15), această formă fiind un model posibil de proiectare în secţiuni normale pe axa grinzii; • în structurile static nedeterminate, apariţia unei articulaţii plastice nu înseamnă ruperea structurii, ci numai reducerea gradului de nedeterminare statică şi redistribuirea eforturilor secţionale către alte zone mai puţin solicitate; această situaţie este întâlnită în cazul acţiunii seismice, când structura din beton armat disipează energia seismică prin încursiuni în domeniul postelasic de deformare.

fct

St. I Fisurarea betonului St. II St. III

fy

ARC (beton comprimat)

Beton întins nefisurat TIRANT (armătura)

Beton întins fisurat

fc

σs < fy

Fig. 4.15 Element încovoiat din beton armat

4.2.2 Stadiile de lucru ale elementelor cu axa neutră în afara secţiunii Elemente supuse la întindere

Forţa de întindere se află între armături, datorită valorii reduse a momentului încovoietor. Starea de eforturi unitare este asemănătoare cu cea din zona întinsă a unui element încovoiat, de aceea se remarcă aceleaşi stadii de lucru ca şi în cazul elementelor cu axa neutră în secţiune. Singura deosebire constă în faptul că începutul curgerii armăturii înseamnă în acelaşi timp epuizarea capacităţii portante a elementului. Secţiunea activă este dată de aria armăturilor întinse, betonul fiind total fisurat şi scos din lucru.

Elemente supuse la compresiune

Stadiul I corespunde încărcărilor sub care efortul unitar în beton nu depăşeşte rezistenţa la microfisurare, deformaţiile betonului fiind elastice. Eforturile unitare în beton şi în armătură sunt proporţionale cu deformaţiile specifice.

Stadiul II se atinge atunci când efortul unitar depăşeşte valoarea rezistenţei la microfisurare . 0fStadiul III se atinge prin zdrobirea betonului comprimat. Armătura ajunge la limita de curgere

înainte sau simultan cu zdrobirea betonului comprimat, astfel încât în momentul ruperii elementului ambele materiale şi-au epuizat capacitatea portantă.



4.3 DURABILITATEA BETONULUI ARMAT 4.3.1 Consideraţii generale Durabilitatea unei construcţii este aptitudinea ei de a menţine caracteristici corespunzătoare de rezistenţă, stabilitate şi de funcţionalitate pe durata de viaţă proiectată, fără cheltuieli excesive de întreţinere, altele decât cele uzuale. Măsurile pentru asigurarea duratei de viaţă depind de condiţiile de mediu şi de importanţa construcţiei. În general, durata de viaţă proiectată se consideră conform tabelului 4.2.

Tabelul 4.2 Durata de viaţă a construcţiilor Tipul construcţiei Durata minimă estimată de viaţă

Constructii provizorii 10 ani Structuri tranzitorii, care se pot schimba pe durata de viaţă 10...25 de ani

Construcţii de importanţă redusă 15...30 de ani Construcţii obişnuite 50 de ani Construcţii foarte importante Poduri 100 de ani

În mod tradiţional, betonul armat a fost considerat un material care după punerea în operă nu mai necesita întreţinere; atenţia acordată în prescripţiile de proiectare şi alcătuire aspectelor legate de durabilitate este de dată mai recentă. Cauzele deteriorării structurilor din beton sunt inseparabile de condiţiile produse de mediul înconjurător şi de proprietăţile materialelor componente, ele fiind: − cauze externe, de natură fizică, chimică, biochimică sau mecanică, cum ar fi acţiunea

electrolitică, atacul unor substanţe agresive care pătrund în beton sub forma soluţiilor, atacul unor gaze naturale sau industriale, temperaturile extreme, abraziunea mecanică etc.; − cauze interne, cum este permeabilitatea betonului, dimensiunea porilor (la porozitate egală, dar dimensiuni mici ale porilor, scade circulaţia agenţilor), microfisurile provocate de contracţie.

Pentru a asigura durabilitatea corespunzătoare se pot urma două căi: • evitarea reacţiilor de degradare, prin: ─ „ schimbarea mediului” aplicarea pe elemente a unor membrane, pelicule de protecţie, drenarea apei sau micşorarea agresivităţii apei etc.; ─ alegerea unor materiale nereactive: oţel inoxidabil, oţel peliculizat, agregate nereactive, cimenturi rezistente la sulfaţi; ─ inhibarea reacţiilor prin protecţie catodică, utilizarea antrenorilor de aer pentru sporirea rezistenţei la îngheţ-dezgheţ. • alegerea corespunzătoare a materiilor prime care intră în compoziţia betonului şi a detaliilor

constructive potrivite pentru a rezista reacţiilor de degradare: ─ compoziţia adecvată a betonului; ─ grosimi de acoperire cu beton a armăturilor suficient de mare, corelate cu condiţiile de mediu; ─ aplicarea unei tehnologii adecvate de compactare a betonului; ─ sporirea secţiunii elementelor faţă de cele rezultate din calcul, dacă este necesar.

Coroziunea betonului

Coroziunea chimică a betonului se produce prin coroziunea pietrei de ciment şi are ca rezultat un schimb de masă între beton şi mediul înconjurător, ceea ce produce degradarea betonului. Cel mai obişnuit tip de coroziune se produce prin decalcifierea şi transformarea constituenţilor mineralogici ai cimentului într-un amestec de geluri de consistenţă moale, care poate fi dislocat prin acţiune mecanică (mişcarea apei). Agenţii agresivi sunt apele cu conţinut de dioxid de carbon (CO2), apele dulci (lipsite de duritate), soluţiile de acizi care dau săruri solubile de calciu etc. Dioxidul de carbon se găseşte şi în apele minerale sau în zonele de descompunere a substanţelor organice.



Deasemenea, apele curgătoare curate, formate din topirea gheţii sau prin condensare, conţin o cantitate mică de CO . 2

acţionează asupra hidroxidului de calciu Ca(OH) Dioxidul de carbon CO2 2 din masa betonului şi produce carbonatarea betonului, rezultând carbonatul de calciu CaCO : 3

Ca (OH) + CO → CaCO + H O 2 2 3 2) În prezenţa apei, carbonatul de calciu este transformat în bicarbonat de calciu solubil Ca(HCO3 2,

după reacţia: CaCO + H O + CO → Ca(HCO )3 2 2 3 2 După epuizarea Ca(OH)2 liber, începe procesul de decalcifiere a hidro-silicaţilor şi hidro-aluminaţilor de calciu.

Coroziunea armăturii

În condiţii obişnuite de exploatare, armătura este bine protejată în mediul alcalin al betonului, dat de prezenţa hidroxidului de calciu Ca(OH)2; armătura este pasivată datorită formării pe suprafaţa ei a unui strat microscopic de oxid. Acest strat constituie un film pasiv care împiedică dizolvarea fierului şi de aceea coroziunea armăturii nu poate avea loc, chiar dacă alte condiţii sunt îndeplinite (în principal prezenţa umidităţii şi a oxigenului). Coroziunea armăturii poate începe când, datorită carbonatării, pH-ul betonului scade de la valoarea curentă (≅13), la valori mai mici (sub 9). Carbonatarea este un proces de durată, pătrunzând spre interiorul betonului după un front, conform schemei din figura 4.16a . Adâncimea de carbonatare, adică nivelul mediu până la care s-a produs avansarea frontului după un anumit timp t de expunere, depinde în principal de calitatea betonului (prin rezistenţa la compresiune, compactitate, tipul de ciment utilizat), de concentraţia de CO2 a mediului şi de grosimea stratului de acoperire cu beton de bună calitate. În urma carbonatării stratului de acoperire, în lungul armăturii se creează un potenţial electric diferenţiat. Acest proces constituie premisa coroziunii electrochimice a barelor de oţel, în prezenţa oxigenului şi a apei. Oxigenul ajunge la armătură prin difuzie prin stratul de acoperire, apa fiind necesară numai ca soluţie de electrolit. Deci într-un beton saturat cu apă sau într-un beton uscat, rugina nu se poate produce, în primul caz lipsind oxigenul, iar în al doilea, soluţia de electrolit. Pe armătură, în urma unei serii de reacţii, se produce în final rugina (oxi-hidroxidul feric): ( ) ( )2

2FFe 2 OH e OH−+ + →

( ) ( )2 2212Fe OH O 2Fe O OH H O2

+ → +

Aceasta este perioada de propagare a coroziunii armăturii (fig. 4.16b). Producerea ruginii este un fenomen expansiv; din aceasta cauză, în beton pot să apară fisuri paralele cu armătura, iar dacă stratul de acoperire este subţire, se poate produce chiar desprinderea acestuia, ceea ce accelerează corodarea armăturii. Secţiunea de armătură se reduce, fenomenul fiind cu atât mai periculos, cu cât diametrul barelor este mai mic. Armăturile de înaltă rezistenţă, utilizate în general la elementele din beton precomprimat, sunt mai sensibile la coroziune decât armăturile din oţel obişnuit; de multe ori aceste armături au secţiunea redusă, deci pierderile de rezistenţă prin ruginire sunt procentual mai semnificative. Viteza de corodare a armăturii depinde de mediul ambiant. În general, în mediile obişnuite din interiorul clădirilor civile nu apar fenomene de coroziune; în partea exterioară a clădirilor corodarea este moderată, dacă nu există agenţi agresivi şi umezeală care să favorizeze transportul acestora în masa betonului. În medii industriale, corodarea se accelerează în funcţie de tipul de agresivitate a mediului, de concentraţia şi caracterul agenţilor agresivi, de condiţiile de umiditate. În ceea ce priveşte starea de fisurare produsă de acţiuni directe sau indirecte (contracţie, variaţii de temperatura), se consideră că fisurile fine şi dese, transversale pe armătură, nu conduc la accelerarea corodării. Atacul ionilor de clor se produce cel mai des datorită utilizării sărurilor de degivraj, a agregatelor din zonele marine contaminate cu ioni de clor sau a apei de mare; ionii de clor pătrund prin difuzie în



porii betonului umpluţi parţial sau total cu apă. În armăturile din oţel se produce o coroziune locală puternică sub formă de “ciupituri”, deoarece depasivarea are loc pe suprafeţe mici; în plus, ionii de clor acţionează ca şi catalizatori în coroziunea electrochimică a oţelului.

x - adâncime de carbonatare zonă exfoliată

beton alcalin

b) perioada de iniţiere şi propagare a coroziunii armăturii

a) perioada de carbonatare a betonului x

fisuri paralele cu armătura

x

beton carbonatat front de

carbonatare

rugină secţ. redusă

x

Fig. 4.16 Mecanismul de coroziune a armăturii

4.3.2 Clasele de expunere ale elementelor din beton armat la acţiunea mediului înconjurător Condiţiile de mediu reprezintă toate acţiunile chimice, fizice şi biochimice la care construcţiile sunt expuse după darea în exploatare şi care nu sunt luate în considerare în proiectare ca acţiuni. Se pot defini, pe lângă condiţiile de macroclimat în care se află întreaga construcţie şi condiţiile de microclimat, din imediata vecinătate a suprafeţei elementului considerat. Poziţia elementelor în structură (verticală sau orizontală, supra- sau subterană), expunerea la soare, vânt şi ploaie, pot determina condiţii de microclimat mult diferite. Betonul nu este caracterizat încă, în mod direct, prin clase de durabilitate. Asigurarea durabilităţii se face în funcţie de clasele de expunere a betonului, pentru care se vor respecta cerinţele impuse privind: clasele minime de beton ce pot fi utilizate, compoziţia betonului, tipul de ciment, dozajul minim de ciment, raportul A/C; gradul de impermeabilitate; gradul de gelivitate; tipul aditivului şi adaosurilor minerale; grosimea stratului de acoperire cu beton a armăturilor sau a pieselor metalice înglobate etc. Compoziţia betonului este un factor hotărâtor pentru asigurarea protecţiei armăturilor şi a rezistenţei betonului la atacuri rezultate din condiţiile de mediu. Clasele de expunere, date în tabelul 4.3, se stabilesc pe baza condiţiilor chimice şi fizice la care sunt expuse structurile din beton, fiind definite în funcţie de mecanismele de degradare ale betonului. Dacă un element structural este caracterizat de clase de expunere diferite, de exemplu are o parte imersată complet în mare, o parte cu nivel variabil de apă şi o parte în aer, se ia în considerare pentru alegerea clasei de beton şi a acoperirii cu beton cea mai defavorabilă clasă de expunere. NOTAŢIA CLASELOR DE EXPUNERE se face cu două litere şi o cifră; prima literă este X de la engl. eXposure = eXpunere, a doua literă arată mecanismele de degradare, iar cifra se referă în general la condiţiile de umiditate a mediului ambiant:

• 0 engl. Zero Risk = Risc Zero • C engl. Carbonation = Carbonatare



• D engl. Deicing salt = Sare pentru dezgheţ • S engl. Seawater = Apă de mare • F engl. Frost = Îngheţ • A engl. Agressive environment = Agresivitate chimică • M engl. Mechanical abrasion = Uzură mecanică.

Din tabelul 4.3 se observă că mediile X0, XC, XD şi XS pot avea efecte asupra armăturilor, iar mediile XF, XA şi XM, efecte asupra betonului. Tabelul 4.3 Clasele de expunere la acţiunea mediului înconjurător Denumirea

clasei Descrierea mediului

înconjurător Exemple informative de apariţie a clasei

de expunere Clasa

minimă1

1. Nici un risc de coroziune sau de atac Beton simplu fără piese metalice înglobate. C8/10

X0 X0 Toate expunerile, fără îngheţ-dezgheţ, abraziune, atac chimic Beton armat – foarte uscat

Umpluturi Egalizări Interiorul clădirilor cu umiditate a aerului foarte redusă

C12/15

2. Coroziune indusă de carbonatare

XC1 Uscat, sau permanent umed Interiorul clădirilor cu umiditate a aerului redusă (inclusiv bucătării, băi în clădirile de locuit); Beton imersat permanent în apă

C16/20

XC2 Umed, rareori uscat Suprafeţele de beton în contact cu apa pe termen lung (rezervoare de apă) Un număr mare de fundaţii

C16/20

XC3 Umiditate moderată Interiorul clădirilor unde umiditatea aerului ambiant este medie sau ridicată Betonul exterior ferit de ploi

C20/25

XC

XC4 Alternanţă a umidităţii şi uscării Suprafeţe de beton expuse contactului cu apa, dar care nu intră în clasa XC2 C25/30

3. Coroziunea datorată clorurilor (de altă origine decât cele din apa sau atmosfera marină)

XD1 Umiditate moderată Suprafeţele de beton expuse clorurilor transportate pe cale aeriană C30/37

XD2 Umed, rareori uscat Beton expus apelor industriale ce conţin cloruri; Piscine, rezervoare C35/45 XD

XD3 Alternanţa umidităţii şi a uscării Elemente de poduri, ziduri de sprijin udate şi stropite cu ape ce conţin cloruri Şosele. Dale de parcare vehicule

C35/45

1 Conform Anexei Naţionale SR EN 1992-1-1:2004/NB: 2008



Tabelul 4.3 Continuare 4. Coroziunea datorată clorurilor prezente în apa de mare

XS1 Expunere la aerul sărat marin, fără contact direct cu apa de mare

Structuri pe litoral sau în apropierea litoralului (cca. 5km de ţărm) C30/37

XS2 Imersare în permanenţă Elemente ale structurilor marine C35/45 XS

XS3 Zone de marnaj, zone expuse proiectării (izbirii) valurilor sau udării (stropirii)

Elemente ale structurilor marine C35/45

5. Atacul datorat fenomenului de îngheţ-dezgheţ

XF1 Saturaţie moderată în apă, fără agenţi de dezgheţare

Suprafeţe verticale de beton expuse ploii şi îngheţului C25/30

XF2 Saturaţie moderată în apă, cu agenţi de dezgheţare

Suprafeţe verticale la lucrările rutiere expuse îngheţului şi aerului ce vehiculează agenţi de dezgheţare

C35/452

XF3 Saturaţie puternică în apă, fără agenţi de dezgheţare

Suprafeţele orizontale de beton expuse la ploaie şi îngheţ C35/452

XF

XF4 Saturaţie puternică în apă, cu agenţi de dezgheţare sau apă de mare

Şosele şi tabliere de pod Suprafeţe verticale de beton expuse direct Structuri marine supuse la stropire şi îngheţ

C30/373

6. Agresivitatea chimică XA1 Agresivitate chimică slabă Soluri naturale şi apă în sol C25/30 XA2 Agresivitate chimică moderată Soluri naturale şi apă în sol C35/45 XA XA3 Agresivitate chimică intensă Soluri naturale şi apă în sol C35/45

7. Solicitarea mecanică a betonului prin uzură

XM1 Solicitare moderată de uzură Elemente din incinte industriale supuse la circulaţia vehiculelor echipate cu anvelope C30/37

XM2 Solicitare intensă de uzură Elemente din incinte industriale supuse la circulaţia stivuitoarelor echipate cu anvelope / bandaje de cauciuc

C35/454XM

XM3 Solicitare foarte intensă de uzură Elemente din incinte industriale supuse la circulaţia stivuitoarelor echipate cu bandaje de elastomeri /metalice sau maşini cu şenile

C35/45

Observaţie: Condiţiile de umiditate specificate în tabel sunt cele la care este expus betonul din stratul de acoperire al armăturilor şi a pieselor metalice înglobate. În situaţia în care există o barieră între beton şi mediul înconjurător, acesta este considerat protejat împotriva umidităţii. Nota 2: C25/30 dacă este beton preparat cu aer antrenat Nota 3: beton preparat cu aer antrenat Nota 4: dacă suprafaţa betonului este tratată, de exemplu prin vacuumare

În figura 4.17 este exemplificată situaţia în care părţi diferite a unei clădiri de locuit pot să fie expuse la condiţii diferite, sau la clase de expunere combinate.



XC1

XC1

XC4+XF1

XC4+XF1XC4+XF3

umplutură

interior

exterior

XD2

piscină protejată cu peliculă

balcon

X0 XC2

Fig. 4.17 Clase de expunere combinate

În tabelul 4.4 sunt date situaţii în care elementele structurale sunt caracterizate prin combinaţii de clase de expunere.

Tabelul 4.4 Combinaţii de clase de expunere Mediu de expunere Combinaţii de clase de expunere

Descriere Exemple Beton Beton nearmat armat/precomprimat

Interiorul clădirilor cu destinaţie La interior X0 XC1 de locuit sau birouri La exterior Fără îngheţ Fundaţii sub nivelul de îngheţ X0 XC2 Cu îngheţ, dar Garaje deschise acoperite, fără contact cu XF1 XC3+XF1 pasaje etc. ploaia Îngheţ şi contact Elemente exterioare expuse la XF1 XC4+XF1 cu ploaia ploaie

Elemente ale infrastructurii rutiere orizontale XM2+XF4 XM2+XD3+XF4+(XC4) Îngheţ-dezgheţ cu

agenţi de dezgheţare Verticale (în zona de stropire) XF4 XF4+XD3+XC4 Mediu marin Fără contact cu apa de mare (aerul marin până la 5km de coastă)

Elemente exterioare ale Cu îngheţ construcţiilor expuse ploii în XF2 XC4+XS1+XF2

zonele litorale În contact cu apa de mare Imersate Elemente structurale sub apă XA1 (XA2) XC1+XS2+XA1 (XA2) Elemente supuse stropirii Pereţii cheiurilor (cheurilor) XF4-XA2 XC4+XS3+XF4+XA2

(XA1) (XA1)

4.3.3 Stratul de acoperire cu beton Stratul de acoperire cu beton are rolul principal în asigurarea protecţiei la coroziune a oţelului. Capacitatea corespunzătoare de protecţie a stratului de acoperire cu beton depinde de compactitatea, calitatea şi grosimea acestuia. Compactitatea şi calitatea betonului sunt obţinute prin reducerea raportului apă/ciment şi respectarea dozajului minim de ciment. Grosimea minimă a stratului de acoperire cu beton depinde de clasa structurală şi de clasa de expunere (tabelul 4.6).



Acoperirea cu beton este distanţa între suprafaţa armăturii (incluzând etrierii sau agrafele şi, dacă este cazul, armătura de suprafaţă) cea mai apropiată de suprafaţa betonului şi aceasta din urmă. Acoperirea cu beton luată în considerare trebuie specificată în planurile de armare a elementelor structurale.

Valoarea nominală a acoperirii, este definită ca valoarea minimă a acoperirii , la care se adaugă o abatere de execuţie, (fig. 4.18):

nomc minc

devcΔ

devminnom ccc Δ+= (4.23) Acoperirea minimă trebuie să asigure transmiterea forţelor de aderenţă, protecţia oţelului împotriva coroziunii şi o rezistenţă adecvată la foc (ultimul aspect nu este tratat în acest capitol).

minc

Se alege pentru valoarea cea mai mare dintre cele ce satisfac cerinţele privind condiţiile de durabilitate şi de aderenţă:

minc

(4.24) ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

= mm10;c;cmaxctedurabilita

,durmin

aderenta

bmin,min 43421321

unde: bmin,c este acoperirea minimă de beton din condiţii de aderenţă;

durmin,c − acoperirea minimă de beton din condiţii de mediu, pentru un beton de masă volumică normală.

execuţie

proiect

Δcdev

cnom,w

cnom,w

φl – diametrul armăturii longitudinale φw – diametrul armăturii transversale

φl

cnom,l

φw

cnom,l ≥ cnom,w + φw

cnom,l

a. b.

cmin

Fig. 4.18 Acoperirea cu beton a armăturilor betonului armat

Din condiţii de aderenţă, acoperirea minimă de beton trebuie considerată cel puţin egală cu diametrul nominal al barei:

bmin,c

φ≥bmin,c , bare individuale (4.25)

mm55n bn ≤φ=φnbmin,c φ≥ , bare grupate, cu diametrul nominal (4.26) Acoperirea minimă de beton se majorează după cum urmează: a. ( ), dacă dimensiunea minimă a agregatului depăşeşte 31 mm sau dacă suprafaţa betonului este neregulată (de exemplu, agregate expuse);

mm5c bmin, +

b. ( ), dacă betonul este expus abraziunii, clasa XM (4.27) 1bmin, kc + unde

• pentru clasa de expunere XM1; mm5k1 =• pentru clasa de expunere XM2; mm10k 2 =• pentru clasa de expunere XM3. mm15k3 =



Din condiţii de durabilitate, acoperirea minimă de beton într-un beton de densitate normală, pentru oţel carbon obişnuit se stabileşte ţinând seama de clasa de expunere şi de clasa structurală; valorile recomandate pentru sunt date în tabelul 4.6.

durmin,c

durmin,cValoarea poate fi corectată conform relaţiei: durmin,c

add,durst,dur,dur,durmin cccc Δ−Δ−Δ+ γ (4.28) unde:

γΔ ,durc − marjă de siguranţă;

stmin,cΔ − reducerea grosimii minime în cazul utilizării oţelului inoxidabil;

addmin,cΔ − reducerea grosimii minime în cazul unei protecţii adiţionale.

Pentru corecţiile , , γΔ ,durc st,durcΔ add,durcΔ valoarea recomandată este 0 (zero) pentru fiecare caz în parte.

Clasa structurală de referinţă este S4, definită printr-o durată de viaţă de 50 de ani, corespunzătoare utilizării betoanelor în structuri încadrate în clasele de expunere din tabelul 4.3. Modificările recomandate ale clasei structurale sunt date în tabelul 4.5; clasa structurală minimă recomandată este S1.

Tabelul 4.5 Clasificarea structurală recomandată

Clasa de expunere conform tabelului 4.3

Criteriul X0 XC1 XC2/ XC3 XC4 XD1

XD3 XD2/ XS2 XS1 XS3 Durata de viaţă 100 de ani Se majorează clasa cu 2 trepte

C30/37 ≥ ≥C35/45 C40/50 ≥C45/55 ≥Clasa de rezistenţă Se reduce clasa cu 1 treaptă Elemente plane (plăci necirculabile în timpul Se reduce clasa cu 1 treaptă execuţiei) Elemente la care este asigurat Se reduce clasa cu 1 treaptă un control de calitate special Notă: Clasa de rezistenţă poate fi redusă cu o treaptă dacă se foloseşte antrenor de aer mai mult decât 4%.

devcΔ Abaterile de execuţie a acoperirii, Abaterea de execuţie pentru acoperirea cu beton este: (4.29) mm10cdev =Δcu excepţia plăcilor, pentru care se admite, conform Anexei Naţionale: (4.30) mm5cdev =Δ

devcΔ În unele situaţii, este permisă reducerea , recomandându-se valorile: 1. , dacă este asigurată calitatea execuţiei, acoperirea cu beton

verificându-se prin măsurători; mm5cmm10 dev ≥Δ≥

2. , dacă se utilizează aparate de măsură exacte pentru verificarea acoperirii cu beton (elemente prefabricate).

mm0cmm10 dev ≥Δ≥

La betonul turnat pe o suprafaţă neregulată, acoperirea minimă trebuie majorată la cel puţin: • 40 mm pentru betonare pe suprafeţe pregătite, de exemplu beton de egalizare pe sol; • 75 mm pentru betonare direct pe sol.



Tabelul 4.6 Valorile acoperirii minime durmin,c

Clasa de expunere conform tabelului 4.2 Clasa structurală X0 XC1 XC2

XC3 XC4 XD1 XS1

XD2 XD3 XS2 XS3

S1 10 10 10 15 20 25 30 S2 10 10 15 20 25 30 35 S3 10 10 20 25 30 35 40 S4 10 15 25 30 35 40 45 S5 15 20 30 35 40 45 50 S6 20 25 35 40 45 50 55

4_BETONUL.pdf

Documents

Transcript of 4_BETONUL.pdf