Beton_armat_si_beton_precomprimat_DS.pdf
of 436
Transcript of Beton_armat_si_beton_precomprimat_DS.pdf
-
UNIVERSITATEA TEHNIC A MOLDOVEI
Facultatea Cadastru, Geodezie i Construcii
Catedra Construcii i Mecanica Structurilor
ION CIUPAC
doctor habilitat, profesor universitar
BETON ARMAT
I
BETON PRECOMPRIMAT
Manual Ediie suplimentar (Revzut i completat)
Editura Tehnica-UTM Chiinu, 2013
CZU 691.328(075.8)
C 55
-
2
ION CIUPAC. Beton armat i beton precomprimat. Manual.
Editura Tehnica-UTM, Chiinu, 2013 436 p.
Manualul este destinat studenilor, masteranzilor, doctoranzilor,
profesorilor i specialitilor in domeniul construciilor din beton armat i
beton precomprimat.
Autorul exprim profunde mulumiri urmtoarelor persoane:
- Academicianului, rectorului Universitii Tehnice a Moldovei Ion BOSTAN pentru susinera pregtirii i editrii manualului
- Confereniarului, doctorului n tiine tehnice Mihai POTRC pentru recenzie, redactarea tehnic, observaiile i propunerile
la manual
- Doamnei Liubovi USTUROI pentru culegerea i redactatrea parial a manualului
- Fiului Andrei CIUPAC pentru perfectarea figurilor i machetarea manualului
- Doamnelor Eugenia BALAN i Elvira GHEORGHITEANU
pentru redactarea general a manualului
Descrierea CIP a Camerei Naionale a Crii
Ciupac Ion
Beton armat i beton precomprimat: manual / Ion Ciupac; Universitatea Tehnic a Moldovei, Facultatea de Cadastru, Geodezie i
Conctrucii, Catedra de Construcii i Mecanica Structurilor Chiinu:
Tehnica-UTM, 2013 436 p. 260 ex.
ISBN 978-9975-45-268-7
691.328(075.8)
C 55
ISBN 978-9975-45-268-7 Ion Ciupac, 2013
Editarea i multiplicarea Manualului fr permisiunea autorului este
interzis. De adresat la adresa [email protected].
-
3
C U P R I N S U L
PREFAT .................................................................................................11
1. INFORMAIE GENERAL ......................................................................13
1.1. Noiuni generale despre betonul armat ..............................................13
1.2. Factorii principali care asigur lucrul n comun al armturii cu
betonul ...............................................................................................14
1.3. Noiuni generale despre elementele din beton armat precomprimat .......15
1.4. Avantagele i dezavantagele construciilor din beton armat .............20
1.5. Domeniile de aplicare a construciilor din beton armat ....................23
1.6. Schi istoric despre apariia i evoluia construciilor din beton
armat, beton precomprimat i a metodelor de calcul ........................25
2. PROPRIETILE FIZICO-MECANICE ALE BETONULUI ....................30
2.1. Betonurile pentru construcii din beton armat i clasificarea lor ......30
2.2. Structura betonului ............................................................................31
2.3. Bazele rezistenei betonului ...............................................................32
2.4. Rezistena betonului la diferite solicitri ...........................................34
2.4.1. Rezistena cubic i cilindric a betonului ................................34
2.4.2. Rezistena prismatic a betonului .............................................39
2.4.3. Rezistena betonului la ntindere ...............................................41
2.4.4. Rezistena betonului la forfecare i la despicare .......................45
2.4.5. Rezistena betonului la comprimare local (la strivire) ............47
2.4.6. Rezistena betonului la sarcin de lung durat ........................48
2.4.7. Rezistena betonului la sarcini repetate .....................................49
2.5. Influena timpului i a condiiilor de ntrire asupra rezistenei
betonului ............................................................................................50
2.6. Clasele i mrcile betonului ...............................................................52
2.7. Deformabilitatea betonului ................................................................59
2.7.1. Deformaiile betonului la sarcin de scurt durat ...................60
2.7.2. Deformaiile betonului la sarcin de lung durat. Curgerea
lent i relaxarea tensiunilor n beton .......................................63
2.7.3. Deformaiile betonului la sarcini repetate (ciclice)...................68
2.7.4. Deformaiile transversale ale betonului ....................................69
2.7.5. Contraca i umflarea betonului ................................................69
2.7.6. Deformaiile termice ale betonului ...........................................71
2.7.7. Deformaiile limit ale betonului ..............................................72
-
4
2.7.8. Determinarea deformaiilor de curgere lent i de contracie
ale betonului ..............................................................................73
2.7.9. Modulul de deformaie al betonului ..........................................75
2.8. Durabilitatea betonului ......................................................................81
3. ARMTURA PENTRU CONSTRUCII DIN BETON ARMAT I
BETON PRECOMPRIMAT ......................................................................87
3.1. Rolul i tipurile armturii ..................................................................87
3.2. Proprietile mecanice ale armturii ..................................................89
3.2.1. Deformaiile limit ale armturii ...............................................91
3.2.2. Proprietile plastice ale armturii ............................................92
3.2.3. Ductilitatea armturii ................................................................93
3.2.4. Modulul de elasticitate al armturii ..........................................94
3.3. Clasele armturii ................................................................................95
3.4. Proprietile fizice ale armturii ........................................................98
3.5. Proprietile tehnologice ale armturii ..............................................98
3.5.1. Aderena armturii cu betonul ...................................................98
3.5.2. Sudabilitatea armturii ........................................................... 102
3.5.3. Capacitatea de ndoire a armturii ......................................... 102
3.6. Articole din armtur ...................................................................... 104
3.6.1. Plase ........................................................................................ 104
3.6.2. Carcase ................................................................................... 106
3.6.3. Articole din srm ................................................................... 107
3.7. mbinarea armturii ........................................................................ 109
3.7.1. mbinarea armturii nepretensionate ...................................... 109
3.7.2. mbinarea armturii pretensionate ......................................... 118
3.8. Ancorarea armturii ........................................................................ 119
3.8.1. Ancorarea armturii nepretensionate ..................................... 119
3.8.2. Ancorarea armturii pretensionate ......................................... 122
3.9. Stratul de acoperire al armturii cu beton ...................................... 129
4. BAZELE EXPERIMENTALE ALE TEORIEI REZISTENEI CONSTRUCIILOR DIN BETON ARMAT I EVOLUIA
METODELOR DE CALCUL ................................................................... 131
4.1. Stadiile de lucru ale elementelor din beton armat .......................... 131
4.2. Evoluia metodelor de calcul ale elementelor din beton armat ...... 135
4.2.1. Metoda de calcul a elementelor din beton armat la tensiunile
admisibile ............................................................................... 137
-
5
4.2.2. Metoda de calcul a elementelor din beton armat la eforturile
de rupere ................................................................................. 140
4.2.3. Metoda de calcul a elementelor din beton armat la stri
limit ultime i la stri limit de serviciu ............................... 143
4.3. Rezistenele de calcul ale betonului ............................................... 146
4.4. Rezistenele de calcul ale armturii ................................................ 148
4.5. Recomandaii la alegerea armturii i a betonului pentru elemente
i construcii din beton armat i beton precomprimat .................... 150
4.5.1. Betonul ................................................................................... 151
4.5.2. Armtura ................................................................................. 153
4.6. Sarcinile i clasificarea acestora ..................................................... 154
4.6.1. Combinri de sarcini .............................................................. 158
4.7. Gradul de importan al cldirilor i edificiilor .............................. 162
5. DATE SUPLIMENTARE PENTRU CALCULUL ELEMENTELOR
DIN BETON PRECOMPRIMAT ............................................................. 164
5.1. Valorile iniiale ale tensiunilor n armtura pretensionat i in beton . 164
5.2. Pierderile de tensiuni n armtura pretensionat ............................ 167
5.3. Gruparea pierderilor de tensiuni ..................................................... 173
5.4. Efortul de precomprimare a betonului i excentrcitatea lui ........... 175
5.5. Caracteristicile geometrice ale seciunii ideale (reduse) a
elementului din beton armat ........................................................... 177
5.6. Tensiunile n beton de la efortul de precomprimare ...................... 179
5.7. Valoarea de calcul a tensiunilor n armtura pretensionata din
zona comprimata n elementele din beton precomprimat .............. 183
6. METODA GENERAL DE CALCUL LA REZISTEN (STAREA LIMIT ULTIM) N SECIUNI NORMALE ALE ELEMENTELOR
DIN BETON ARMAT I BETON PRECOMPRIMAT CU SECIUNEA
DE ORICE PROFIL SIMETRIC ............................................................. 185
6.1. Noiuni generale .............................................................................. 185
6.2. Diagrama tensiunilor n betonul din zona comprimat i
nalimea de calcul a ei ................................................................... 187
6.3. nlimea limit a zonei comprimate i procentul maximal de
armare ............................................................................................. 193
6.4. Metoda generala de calcul la rezistent n seciuni
normale (SLU) ................................................................................ 197
-
6
7. ELEMENTE NCOVOIATE ................................................................... 203
7.1. Elemente ncovoiate i alcatuirea lor .............................................. 203
7.2. Noiuni generale pivind calculul la stri limit ultime ale
elementelor/constructiilor ncovoiate din beton armat ................... 212
7.3. Calculul la starea limit ultim (la rezisten) n seciuni normale
ale elementelor ncovoiate cu forma seciunii de orice profil
simetric ............................................................................................ 214
7.3.1. Elemente armate simplu cu seciune dreptunghiular ........... 218
7.3.2. Elemente armate dublu cu seciune dreptunghiular ............. 223
7.3.3. Elemente cu seciunea in form de T, T-dublu i alte
sectiuni .................................................................................... 227
7.3.4. Recomandaii pentru calculul elementelor ncovoiate din
beton precomprimat................................................................ 235
7.4. Calculul elementelor ncovoiate la staria limit ultim in seciuni
nclinate ........................................................................................... 236
7.4.1. Schemele de rupere ale elementelor ncovoiate n seciuni
nclinate .................................................................................. 236
7.4.2. Verificarea la rezisten a unei fii comprimate de beton
ntre dou fisuri nclinate ....................................................... 239
7.4.3. Calculul la rezisten a elementelor ncovoiate din beton
armat la aciunea forei tietoare. Cazul general .................... 240
7.4.4. Determinarea poziiei de calcul a seciunii nclinate ............. 245
7.4.5. Metoda practic de calcul a etrierelor .................................... 246
7.4.6. Calculul la rezisten n seciuni nclinate ale elementelor
fr armtur transversal ...................................................... 250
7.4.7. Calculul la rezisten n seciuni nclinate la aciunea
momentului ncovoietor ......................................................... 252
7.4.8. Calculul la rezisten n seciuni nclinate ale elementelor
cu nalimea variabil a seciunii ............................................ 257
7.5. Calculul i alctuirea consolelor ..................................................... 259
7.6. Elemente ncovoiate cu torsiune ..................................................... 264
7.6.1. Noiuni generale ..................................................................... 264
7.6.2. Schemele de rupere n seciuni spaiale ................................. 265
7.6.3. Metoda general de calcul la rezisten n seciuni spaiale .. 265
7.6.4. Calculul elementelor cu seciune dreptunghiular ................. 268
7.6.5. Calculul elementelor cu seciunea n form de T sau T-dublu ..... 270
-
7
8. ELEMENTE COMPRIMATE ................................................................. 273
8.1. Elemente comprimate i alctuirea lor ........................................... 273
8.2. Calculul elementelor comprimate cu excentricitate accidental .... 277
8.3. Calculul la rezisten n seciuni normale ale elementelor
comprimate excentric cu forma seciunii de orice profil simetric . 281
8.4. Evaluarea influenei flambajului i duratei de aciune a sarcinii
asupra rezisentei elementelor comprimate excentric .................... 285
8.5. Calculul elementelor comprimate excentric cu seciune
dreptunghiular ............................................................................... 288
8.5.1. Elemente cu excentricitate mare ............................................ 288
8.5.2. Elemente cu excentricitate mic ............................................ 292
8.5.3. Elemente cu armtur simetric ............................................. 295
8.6. Calculul elementelor comprimate excentric cu seciunea n
form de T sau T- dublu ................................................................. 297
8.7. Elemente comprimate cu seciunea transversal rotund .............. 301
8.8. Calculul la rezisten al elementelor comprimate excentric la
aciunea forei tietoare .................................................................. 305
8.9. Calculul elementelor din beton armat la comprimare local ......... 305
8.10. Strpungere ................................................................................... 311
8.10.1. Noiuni generale ................................................................... 311
8.10.2. Scheme de aciune a sarcinii locale i determinarea
perimetrului mediu de calcul ................................................ 312
8.10.3. Calculul la strpungere a elementelor fr armtur
transversal ........................................................................... 315
8.10.4. Calculul la strpungere a elementelor cu armtur
transversal ........................................................................... 317
8.10.5. Calculul plcii la forfecare pe perimetrul stlpului .............. 319
9. ELEMENTE NTINSE ............................................................................ 321
9.1. Elemente ntinse i alctuirea lor .................................................... 321
9.2. Calculul elementelor ntinse centric ............................................... 322
9.3. Calculul elementelor ntinse excentric cu seciune de orice
profil simetric .................................................................................. 324
9.4. Elemente ntinse excentric cu seciune dreptunghiular ................ 328
9.4.1. Elemente cu excentricitate mic ............................................ 328
9.4.2. Elemente cu excentricitate mare ............................................ 330
9.5. Calculul elementelor ntinse excentric la rezisten n seciuni
nclinate ........................................................................................... 334
-
8
10. CALCULUL ELEMENTELOR DIN BETON ARMAT I BETON
PRECOMPRIMAT LA STRI LIMIT DE SERVICIU (SLS) ............... 335
10.1. Stare lumit de fisurare ................................................................. 335
10.2. Cerintele la fisurare a elementelor din beton armat i beton
precomprimat ................................................................................ 336
10.3. Calculul elementelor din beton armat i beton precomprimat la
apariia fisurilor n seciuni normale ............................................ 337
10.3.1. Elemente ntinse centric ....................................................... 339
10.3.2. Elemente ncovoiate, comprimate i ntinse excentric.
Metoda de calcul cu momentul ncovoietor de nucleu
(smbure) .............................................................................. 340
10.4. Tensiunile n armtur i n beton n stadiul II de lucru al
elementelor din beton armat i beton precomprimat .................... 345
10.5. Determinarea deschiderii fisurilor n seciuni normale ................ 350
10.5.1. Calculul deschiderii fisurilor ................................................ 350
10.5.2. Verificarea deschiderii fisurilor fr calcul ......................... 358
10.6. Calculul la fisurare n seciuni nclinate ....................................... 360
10.6.1. Calculul la apariia fisurilor nclinate .................................. 360
10.6.2. Calculul la deschiderea fisurilor nclinate............................ 364
10.7. Verificarea nchiderii fisurilor ...................................................... 366
10.7.1. nchidera fisurilor n seciuni normale ................................. 366
10.7.2. nchidera fisurilor n seciuni nclinate ................................ 368
10.8. Stare limit la deformaii .............................................................. 369
10.8.1. Noiuni generale ................................................................... 369
10.9. Determinarea rigiditii i a sgeii elementelor fr fisuri n
zona intins ................................................................................... 371
10.10. Determinarea rigiditii i a sgeii elementelor cu fisuri n
zona intins ................................................................................. 373
10.11. Determinarea sgeii de la fora tietoare ................................... 378
10.12. Determinarea sgeii totale de calcul i verificarea elementelor
la starea limit de deformaii ...................................................... 380
10.13. Verificarea valorii sgeii fr calcul ......................................... 381
10.14. Unele recomandaii la stabilirea rigiditii seciunilor
elementelor pentru determinarea eforturilor n structuri ............ 383
11. ELEMENTE DIN BETON ARMAT CU ARMTUR RIGID ............. 385
11.1. Noiuni generale ........................................................................... 385
11.2. Materiale pentru construcii din beton armat cu armtur rigid ....... 388
11.3. Alctuirea elementelor din beton armat cu armtur rigid ......... 389
-
9
11.4. Calculul la stri limit ultime (SLU) ............................................ 391
11.5. Elemente ncovoiate ..................................................................... 391
11.5.1. Calculul la rezisten n seciuni normale ale elementelor
dreptunghiulare ..................................................................... 392
11.5.2. Calculul la rezisten n seciuni normale ale elementelor
n form de T ........................................................................ 395
11.5.3. Calculul la rezisten n seciuni nclinate ........................... 397
11.6. Elemente comprimate ................................................................... 399
11.6.1. Elemente comprimate cu excentricitate accidental ............ 399
11.7. Elemente comprimate excentric ................................................... 401
11.7.1. Elemente comprimate cu excentricitate mare ...................... 401
11.7.2. Elemente comprimate cu excentricitate mic ...................... 404
Normativele i documentele tehnice folosite la elaborarea manualului .............. 408
ANEXE
1. Coeficientul de variaie a rezistenei betonului la compresiune ........... 410
2. Corelaia ntre clasele actuale i mrcile anterioare ale betonului la
rezisten la compresiune ..................................................................... 411
3. Valorile coeficienilor ki si mi pentru determinarea msurii limit a
curgerii lente C(, t0) i a deformaiilor de contracie ale betonului . 413 4. Rezistenele de calcul i modulul de elasticitate ale betonului ............. 417
5. Clasificarea cldirilor i edificiilor in funcie de gradul lor
de importan ......................................................................................... 418
6. Valorile coeficientului de siguran n n funcie de gradul de importan al cldirii (vezi anexa 5) ................................................. 419
7. Coeficienii condiiilor de lucru ale betonului pentru calculul elementelor
i construciilor din beton, beton armat i beton precomprimat ........... 420
8. Coeficientul condiiilor de lucru ale betonului pentru sarcin
ciclic c6 = c,fat .................................................................................. 422 9. Coeficientul condiiilor de lucru ale betonului la inghe i dezghe
periodic c7 ........................................................................................... 422 10. Rezistenele de calcul ale armturii pentru stri limit de serviciu i
stri limit ultime ................................................................................ 423
11. Valorile caracteristice ale unor sarcini temporare uniform distribuite
din SNiP 2.01.07-85* .......................................................................... 424
-
10
12. Valorile limit ale inlimii relative a zonei comprimate a betonului
cu pentru calculul elementelor ncovoiate, comprimate i intinse excentric cu excentricitate mare ......................................................... 427
13. Valorile coeficienilor c , i pentru calculul la rezisten n seciuni normale ale elementelor ncovoiate cu seciune
dreptunghiular, armate simplu .......................................................... 428
14. Ariile seciunilor armturii i masa acesteia ....................................... 429
15. Valorile coeficienilor c i sc pentru calculul elementelor comprimate centric ............................................................................. 430
16. Clasele condiiilor de lucru ale elementelor din beton armat i beton
precomprimat n funcie de starea mediului ambiant n conformitate
cu normele europene EN 206-1 ......................................................... 431
17. Valorile limit ale raportului ap/ciment (W/C), clasei betonului i
cantitaii de ciment ale betonului n funcie de clasele de expunere
ale construciilor conform normelor europene EN 206-1 .................. 434
18. Valorile coeficientului s pentru calculul sgeii ................................ 435
-
11
PREFA
Acest manual expune calculul elementelor din beton armat i beton
precomprimat la stri limit ultime i de serviciu. Este elaborat n baza
metodelor de calcul i de alctuire a elementelor din beton armat i beton
precomprimat, care se folosesc n Republica Moldova n ultimii 50 de ani
cu unele perfectri i precizri n lumina normelor RM NCM F.02.02-
2006. n lucrare se folosesc noiuni, ipoteze i condiii din cursurile:
Materiale de construcii, Tehnologia materialelor, Mecanica teoretic,
Rezistena materialelor, Mecanica structurilor, Teoria elasticitii i
plasticitii, Teoria probabilitilor i altele.
Cursul este destinat studenilor de la specialitile de constructii si
corespunde programei de studii pentru specialitatea Construcii civile,
industriale i agricole. Totodat sunt incluse i materiale adugtoare la
programa de studii utile pentru masteranzi, doctoranzi, asisteni,
proiectani, experi i ali specialiti n domeniul construciilor din beton
armat. Sunt incluse i unele materiale care au lipsit n Normele ex-
sovietice i lipsesc i n normele Republicii Moldova cum ar fi:
durabilitatea betonului, ductilitatea armturii, sudabilitatea armturii,
coeficientul formei suprafeei exterioare a armturii, compartimentul
Elemente din beton armat cu armtur rigid, corelaia dintre clasele
actuale i mrcile anterioare ale betonului la compresiune i altele.
Pentru familiarizarea studenlor i specialitilor cu normele europene,
n lucrare sunt folosite pe larg materiale din aceste norme: EN 1990:2002
(Eurocod 0), EN 1991-1-1:2002 (Eurocod 1), EN 1992-1-1:2004 (Eurocod
2), EN 1994-1-1:2004 (Eurocod 4), EN 2006-1, ISO 3898:1997 i altele.
n compartimentele n care este examinat calculul construciilor din
beton armat i beton precomprimat la stri limit ultime (SLU) deseori se
menioneaz c la baza metodei de calcul stau binecunoscutele condiii de
echilibru din static: suma momentelor ncovoietoare i proieciilor tuturor
aciunilor exterioare i eforturilor interioare, cu scopul de a nelege i a
nsui mai bine metoda de calcul. Uneori s-ar prea c autorul descrie prea detaliat unele noiuni, care sunt cunoscute din alte cursuri. Aceasta se face intenionat pentru ca s se neleag
mai bine sensul i metoda de calcul a construciilor din beton armat i de ctre
persoane mai puin pregtite.
n capitolul 1 sunt prezentate noiuni generale despre betonul armat
i betonul precomprimat i factorii de baz care asigur lucrul n comun al
-
12
armturii cu betonul. Sunt descrise avantajele i dezavantajele
construciilor din beton armat, domeniile de aplicare i o schi istoric.
n capitolele 2 i 3 sunt expuse proprietile fizico-mecanice ale
betonului i armturii.
n capitolul 4 sunt descrise stadiile de lucru ale elementelor din beton
armat i evoluia metodelor de calcul. Sunt date relaii pentru determinarea
valorilor de calcul ale rezistenelor betonului i ale armturii. Este
prezentat o informaie ampl despre sarcini i aciuni, despre clasificarea
lor i combinrile (gruprile) de sarcini. Toat aceast informaie
corespunde recomandrilor din normele europene EN 1990:2002, EN
1991-1-1:2002 i EN 1992-1-1:2004.
Capitolul 5 cuprinde informaie suplimentar privind calculul
elementelor din beton precomprimat.
n capitolul 6 este prezentat metoda general de calcul la rezisten
(la stri limit ultime) n seciuni normale. Este argumentat ipoteza
privind forma diagramei tensiunilor n betonul din zona comprimat a
elementelor ncovoiate, comprimate i ntinse excentric cu excentricitate
mare i este propus relaia pentru determinarea nlimii limit a ei.
n capitolele 79 este dat metoda general de calcul la starea limit
ultim (SLU) n seciuni normale i nclinate ale elementelor ncovoiate,
comprimate i ntinse centric i excentric.
n capitolul 10 este descris metoda de calcul a elementelor din beton
armat i precomprimat la stri limit de serviciu (SLU). Sunt formulate
cerine noi privind fisurarea elementelor. Sunt date recomandaii privind
limitarea deschiderii fisurilor i a sgeii fr calcul, recomandaii privind
stabilirea rigiditaii seciunilor elementelor din beton armat pentru
determinarea eforturilor n structuri (pentru calculul static).
n capitolul 11 este examinat metoda de calcul i alctuirea
elementelor din beton armat cu armtur rigid.
Acest capitol este inclus n lucrare n afara programei de studii pentru
a familiariza studenii i specialitii n domeniul construciilor cu
elementele din beton armat cu armtur rigid. Cu regret, n ultimii 2530 de ani aceste construcii au disprut din manuale i documentele tehnice, de aceea absolvenii din ultimii ani cunosc
puin despre existena acestor elemente, care pot fi folosite n construcii. n
general, ele sunt recomandate pentru cldiri multietajate din beton monolit, dar
pot fi folosite i pentru cldirile cu mai puine etaje, cnd este necesar a micora
termenul de construire a cldirii i pentru reabilitarea construciilor.
n unele cazuri, aceste elemente pot fi economic mai avantajoase dect
construciile obinuite.
-
13
1. INFORMAIE GENERAL
1.1. Noiuni generale despre betonul armat
Betonul armat reprezint un material de construcie complex n form
de cuplare raional a dou materiale diferite dup proprietile lor
mecanice: armtura de oel i betonul pentru lucrul lor n comun ca un
monolit unic.
Betonul, ca i alt material de piatr, lucreaz bine la compresiune i
mai ru la ntindere. Rezistena lui la ntindere este aproximativ de 1020
ori mai mic dect la compresiune. Rezistena armturii de oel este destul
de mare; aceeai la compresiune i la ntindere.
De aceea, ideea principal a formrii betonului armat const n
folosirea betonului la compresiune, iar a armturii - la ntindere.
Pentru exemplificarea importanei armturii de oel ntr-o construcie
de beton, vom examina lucrul a dou grinzi rezemate simplu pe dou
suporturi la aciunea unei sarcini uniform distribiute: una din beton fr
armtur i a doua cu armtur n zona ntins (fig.1.1).
Figura 1.1. Caracterul de rupere a unei grinzi din beton
(fr armtur) - a) i din beton armat - b): 1 - zona comprimat; 2 - zona ntins; 3 - axa neutr; 4 - armtura din zona ntins.
-
14
Dup cum se tie din cursul Rezistena materialelor, la ncrcarea
grinzii, n fibrele situate mai sus de axa (stratul) neutr apar tensiuni de
comprimare (zona comprimat), iar n fibrele inferioare - tensiuni de
ntindere. n momentul cnd tensiunile n betonul din zona ntins ating
valoarea limit a rezistenei betonului la ntindere, n beton apar fisuri i
grinda fr armtur se rupe, iar grinda cu armtur, n zona ntins,
prelungete s lucreze. De aici se vede, c capacitatea portant (rezistena)
a grinzii de beton depinde de rezistena betonului la ntindere i, n acelai
timp, rezistena lui la compresiune rmne parial nefolosit.
Experienele au demonstrat c la momentul ruperii grinzii de beton
fr armtur din cauza cedrii betonului din zona ntins, rezistena
betonului la compresiune se folosete numai la nivelul de 10...15 %.
Dac n zona ntins a grinzii de beton se instaleaz armtur (o bar
sau mai multe, fig.1.1,b), atunci dup apariia fisurilor n betonul din zona
ntins la majorarea ncrcturii tensiunile de ntindere sunt preluate de
armtur i grinda continu s lucreze normal (nu cedeaz). Datorit
acestui fapt, capacitatea portant a grinzii din beton armat se majoreaz
aproximativ de 10...15 ori. n aa mod, armtura instalat n zona ntins
permite s fie folosit mai efectiv rezistena betonului la compresiune.
Ruperea grinzii din beton armat are loc n momentul cnd tensiunile
din armtura ntins ating limita de curgere a oelului sau tensiunile n
betonul din zona comprimat ating rezistena limit a betonului la
compresiune.
Deoarece oelul are rezisten mare la ntindere i la comprimare,
instalarea n elementele de beton a unei cantiti mici de armtur (1...2 %)
duce la majorarea considerabil a capacitii portante i a elementelor
comprimate centric, comprimate sau ntinse excentric i altele.
n prezent, n calitate de armtur, n majoritatea cazurilor se folosete
armtur din oel, dar poate fi folosit i armtur din alte materiale: fibre
din sticl sau din materiale sintetice. ns comportarea ultimelor tipuri de
armturi nu este studiat pe deplin.
1.2. Factorii principali care asigur lucrul n comun al armturii cu
betonul
Armtura i betonul n elementele de beton armat la aciunea
ncrcturilor i a altor factori se deformeaz mpreun. La baza lucrului n
comun al acestor materiale att de diferite dup proprietile fizico-
mecanice stau urmtorii factori:
-
15
1) aderena armturii cu betonul;
2) dilatarea termic a armturii i a betonului;
3) protecia armturii de ctre beton.
1. n procesul ntririi, betonul se lipete (se ncleie) foarte bine de
armtur i ntre armtur i beton se formeaz fore considerabile de
aderen, de aceea la ncrcarea elementelor de beton armat ambele
materiale se deformeaz mpreun la ntindere i la comprimare.
2. Armtura de oel i betonul au aproximativ aceiai coeficieni de
dilatare termic liniar la temperaturile de la - 40 C pn la +100 C, de
aceea la variaia temperaturii n aceste limite n beton i armtur nu apar
tensiuni eseniale i nu se observ alunecarea armturii n beton.
Pentru armtura de oel coeficientul de dilatare termic este egal
aproximativ cu 12x10-6
, iar pentru beton variaz n limitele de la 7x10-6
pn la 15x10-6
.
3. Betonul este un material compact i protejeaz armtura foarte bine
la aciunea factorilor agresivi (care pot duce la coroziunea ei) i la aciunea
direct a focului.
1.3. Noiuni generale despre elementele din beton armat
precomprimat
Elemente precomprimate* se numesc elementele din beton armat, n
care preventiv, n procesul de fabricare a lor (pn la punerea n
exploatare), n mod artificial se formeaz tensiuni iniiale n armtur i
beton. Astfel, n elementele precomprimate o parte din armtur este
preventiv ntins i se numete armtur pretensionat, iar betonul este
comprimat de efortul din aceast armtur. n majoritatea cazurilor,
tensiunile de comprimare se formeaz n betonul din zona ntins i foarte
rar n zona comprimat.
Not: Denumirea complet a acestor elemente este elemente din beton armat precomprimat. n literatura tehnic i n uzul cotidian deseori ele sunt
numite prescurtat elemente precomprimate sau beton precomprimat.
Aceste denumiri vor fi folosite deseori i n cadrul prezentei lucrri.
Denumirile de zon ntins i zon comprimat ale betonului se
folosesc aici conform poziiei lor n seciunea elementului la etapa de
exploatare a construciei de la ncrcturile exterioare (fig.1.1). La etapa de
fabricare a elementului (la momentul de transfer al efortului de
-
16
precomprimare pe beton), el lucreaz ca un element comprimat excentric
(fig.1.2, a).
Figura 1.2. Starea de tensiuni n betonul unui element precomprimat: a) etapa de precomprimare; b) toat seciunea elementului este comprimat;
c) tensiuni de comprimare i tensiuni de ntindere; d) tensiuni mari de ntindere
i n beton apar fisuri; 1- diagrama tensiunilor in beton de la efortul de
precomprimare P.
De aceea, n zona ntins se formeaz tensiuni de comprimare, iar n
zona comprimat pot fi tensiuni de comprimare (fig. 1.2, b) sau de
ntindere. Tensiunile de ntindere pot fi mai mici sau mai mari dect
rezistena betonului la ntindere (fig.1.2, c) i d). Atunci cnd tensiunile de
ntindere din zona comprimat vor depi rezistena betonului la ntindere,
n beton vor aprea fisuri (fig.1.2, d). n astfel de cazuri este necesar s se
instaleze armtur pretensionat i n zona comprimat.
Armtura pretensionat majoreaz considerabil momentul de apariie a
fisurilor n zona ntins a elementului, majoreaz rigiditatea elementului,
micoreaz deschiderea fisurilor i este cea mai efectiv metod de a
obine construcii fr fisuri. Precomprimarea elementelor din beton armat,
practic, nu influeneaz asupra capacitii portante a acestora n perioada
de exploatare.
-
17
Precomprimarea se folosete mai des n elementele din beton armat, n
care la etapa de exploatare apar tensiuni de ntindere: elementele ntinse
centric sau excentric, ncovoiate, comprimate excentric i, numai n unele
cazuri, n elementele comprimate (stlpi cu seciunea mic, piloi lungi i
altele) pentru a majora rigiditatea lor i a exclude apariia fisurilor n
perioada transportrii i montrii lor.
Precomprimarea se folosete, de asemenea, i cu scopul majorrii
durabilitii construciilor la aciunea ncrcturilor repetate i seismice.
Elementele precomprimate, care au o rezisten nalt la fisurare, se
folosesc pe larg la construcia rezervoarelor cilindrice, evilor pentru
presiune, turnurilor nalte, acoperiurilor subiri etc.
Totodat, folosirea elementelor din beton precomprimat permite
soluionrea unui ir de probleme tehnice:
- realizarea construciilor cu deschideri mari (100 m i mai mult); - folosirea armturii i betonului cu rezistena nalt care duce la
micorarea consumului de oel (de 22,5 ori) i al betonului;
- micorarea esenial a dimensiunilor seciunilor i greutii elementelor;
- confecionarea elementelor cu rezistena nalt la fisurare etc. Pentru confecionarea elementelor din beton precomprimat se folosesc
dou procedee tehnice (fig.1.3):
1- precomprimare cu armtura prentins;
2- precomprimare cu armtura postntins.
Noiunile de armtur prentins i postntins sunt formate fiecare de
la dou cuvinte: prentins - preventiv ntins i postntins - apoi ntins.
Ele explic procedeul i consecutivitatea de precomprimare a elementului
n procesul fabricrii.
Precomprimarea cu armtura prentins se efectueaz n modul
urmtor.
La uzin, la antier sau n alt parte avem dou suporturi rigide i ntre
ele este instalat cofrajul pentru betonarea elementului (fig.1.3, a), b) i c).
Iniial, un capt al armturii se fixeaz pe un suport, apoi armtura se
instaleaz n cofraj, se trece prin al doilea suport, se ntinde pn la
tensiunile iniiale recomandate n proiect i se fixeaz pe al doilea suport
(fig.1.3, a). Apoi, elementul se betoneaz (fig.1.3, b) i, dup ntrirea
betonului pn la o rezisten recomandat n proiect, armtura
pretensionat se elibereaz de pe suporturi (fig. 1.3, c).
-
18
Figura 1.3. Procedeele de fabricare a elementelor din beton armat
precomprimat: a), b) i c) procedeul cu armtura prentins; d), e) i f) procedeul cu armtura
postntins; 1 - suport; 2 - cofraj; 3 - armtura pretensionat; 4 - cric sau pomp
hidraulic; 5 - elementul de beton; 6 - ancore; 7 - canal interior; 8 - canal lateral
deschis.
n acest moment, armtura ntins tinde s revin n poziia iniial
(pn la ntindere), ns, datorit unei aderene bune cu betonul ntrit,
aceasta nu poate s-i revin i comprim elementul; n beton se formeaz
tensiuni de comprimare. Astfel, elementul precomprimat cu armtura
prentins este gata.
Pentru pretensionarea armturii mai frecvent se folosesc trei metode:
mecanic, electrotermic i, foarte rar, metoda chimic.
n cazul aplicrii metodei mecanice pentru ntinderea armturii se
folosesc diverse cricuri i pompe hidraulice; la utilizarea metodei
-
19
electrotermice - armtura se nclzete pn la temperatura de 300...400 C cu
ajutorul curentului electric i, n starea nclzit (alungit), ea se fixeaz
pe suporturi. Dup ntrirea betonului, armtura se elibereaz de pe
suporturi i, ca i n cazul metodei mecanice, comprim elementul.
Metoda electromecanic mai frecvent se folosete pentru elementele
armate cu armtur pretensionat n bare.
Precomprimarea cu armtura postntins se efectueaz n modul
urmtor.
Iniial se betoneaz elementul (sau construcia) n care se las un canal
special (sau mai multe canale) n zona ntins (fig.1.3, d). Canalul se
formeaz cu ajutorul unei funii din cauciuc sau cu o eav de mas
plastic, care se scot din element la etapa iniial de ntrire a betonului.
Pentru a le scoate (trage) mai uor din beton, ele se ung cu ulei tehnic
nainte de instalarea lor n cofraj. n unele cazuri, pentru formarea
canalului se folosesc i evi metalice cu pereii subiri care rmn n
element i n acestea se instaleaz armtura pretensionat.
n majoritatea cazurilor, canalul se afl n interiorul elementului, dar
poate s fie plasat i pe o parte lateral (fig.1.3, d).
Dup ntrirea betonului pn la o rezistena indicat n proiect (vezi
pct. 5.1), prin canal se trage armtura. La un capt ea are o ancor special
(vezi pct. 3.10.2), care se sprijin pe element, iar al doilea capt se
folosete pentru ntinderea armturii (fig.1.3, e). Armtura se ntinde cu un
cric hidraulic special, care se sprijin pe element. Dup ntinderea
armturii pn la o tensiune indicat n proiect (vezi pct. 5.1), ea se fixeaz
cu o ancor special.
Pentru protejarea armturii pretensionate de la coroziune i aciunea
altor factori agresivi, spaiul gol dintre armtur i pereii canalului se
injecteaz (umple) cu mortar. n unele construcii speciale (corpul
centralelor atomice, turnurile de televiziune i altele) canalele se injecteaz
cu solidol pentru a avea posibilitate de postntindere a armturii n
perioada de exploatare a construciilor n legtur cu micorarea
tensiunilor iniiale n armtura pretensionat de la aciunea diferitor factori
(vezi pct. 5.2). n aa mod, elementul precomprimat cu armtura
postntins este gata.
Aadar, rezumm:
- la elementele precomprimate cu armtura prentins iniial se ntinde armtura, apoi se betoneaz elementul;
- la elementele precomprimate cu armtura postntins, iniial se betoneaz elementul, apoi se ntinde armtura.
-
20
Denumirea elementelor din beton precomprimat depinde de momentul
de pretensionare a armturii:
- pn la betonarea elementului - precomprimare cu armtura prentins;
- dup betonarea elementului - precomprimare cu armtura postntins.
Menionam c n toate elementele i construciile din beton
precomprimat pe lng armtura pretensionat se instaleaz i armtur
obinuit (nepretensionat). Aceast armtur se instaleaz n cofraj
nainte de betonarea elementului pentru ambele procedee de
precomprimare. Aria armturii nepretensionate se determin din calcul sau
se admite din condiii constructive (vezi pct. 7.2.4).
n prezent, pentru fabricarea elementelor precomprimate mai frecvent
se folosete prima metod (procedeu) precomprimare cu armtura
prentins. Precomprimarea cu armtura postntins se folosete mai des
pentru confecionarea construciilor cu deschideri i dimensiuni mari,
alctuite din mai multe elemente (grinzi ale podurilor cu deschideri mari,
ferme, arcuri i altele). Aceste construcii se asambleaz la antier.
1.4. Avantajele i dezavantajele construciilor din beton armat
Principalele avantaje ale construciilor din beton armat sunt
urmtoarele:
1. Rezisten mecanic nalt Betonul armat are o rezisten nalt i capacitatea de absorbire a
loviturilor de oc. Rezistena betonului armat la solicitrile mecanice i
dinamice depete de cteva ori rezistena betonului fr armtur.
2. Rezisten nalt la aciunea focului
Construciile din beton armat nu ard i au un grad nalt de rezisten la
aciunea focului n timpul incendiilor, pe cnd construciile din metal
cedeaz la aciunea focului, pentru c la temperaturile de 600...700 C
metalul i pierde circa 70 % din rezistena mecanic, iar n construciile
din beton armat betonul rezist bine la nclzirea rapid.
Numeroase rezultate experimentale au artat c la temperaturile de
1000...1100 C (temperatura incendiului) n construciile din beton armat
cu un strat de protecie de 25 mm peste o or armtura se nclzete numai
pn la 550 C, care nu influeneaz considerabil asupra proprietilor ei
mecanice. Numai n cazul incendiilor de lung durat, cnd temperatura
armturii atinge 900 C, construcia din beton armat cedeaz.
3. Durabilitate nalt
Betonul armat este un material destul de durabil. La respectarea
-
21
condiiilor de confecionare i de exploatare rezistena betonului continu
s creasc timp ndelungat, iar armtura este bine protejat contra
coroziunii. Procesul de coroziune al armturii se intensific la exploatarea
construciilor ntr-un mediu agresiv lichid sau gazos, care poate duce la
micorarea durabilitii lor.
Principalele msuri de protecie a armturii contra coroziunii sunt
urmtoarele: limitarea gradului de agresivitate a mediului ambiant,
folosirea betonului compact din ciment special (sulfatorezistent), tencuial
rezistent la aciunea acizilor, finisare cu ceramic etc.
4. Rezisten nalt la aciunea sarcinii seismice Betonul armat este un material destul de rezistent la cutremurele de
pmnt datorit caracterului lui de monolit i rigiditii nalte. La o
intensitate mare a cutremurului de pmnt construciile din beton armat,
executate conform cerinelor normelor, rezist destul de bine.
5. Grad nalt de prefabricare Construirea cldirilor din beton armat prefabricat considerabil depete
viteza de executare a construciilor din metal n legtur cu micorarea
numrului de mbinri de montaj.
6. Cheltuieli mici n perioada de exploatare
La ndeplinirea calitativ a lucrrilor de construcii i la o exploatare
normal, nu sunt necesare reparaiile capitale timp ndelungat. Reparaiile
curente, de obicei, se limiteaz la astuparea microfisurilor i a defectelor
de pe suprafaa construciilor. Multe elemente din beton armat la cldirile
industriale i civile, la poduri i multe altele sunt exploatate timp
ndelungat fr a fi vopsite sau vruite i nu-i pierd aspectul estetic.
7. Plasticitatea amestecului de beton
Datorit plasticitii nalte a amestecului de beton, avem posibilitate s
confecionm elemente din beton de orice form complicat. Aceasta
permite s ndeplinim cerinele de arhitectur, care, de obicei, se nainteaz
ctre cldirile i edificiile moderne.
8. Igien nalt
Datorit faptului c n elementele din beton armat avem comparativ
puine mbinri, goluri i fisuri mari i pe suprafaa lor nu se dezvolt
procese biologice, ele sunt mai igienice dect construciile din oel, piatr
i lemn.
9. Posibilitatea de utilizare a materialelor locale
n general, n toate zonele rii avem ntr-o cantitate suficient
agregatele principale pentru producerea betonului (piatr spart, pietri,
nisip). Furnizarea cimentului i a armturii nu solicit cheltuieli mari.
-
22
Principalele dezavantaje ale construciilor din beton armat sunt
urmtoarele:
1. Greutatea proprie mare
Greutatea proprie a betonului armat este destul de mare i limiteaz
posibilitatea de utilizare a elementelor voluminoase, care complic
procesele de montare, de transportare i altele. De aceea, pentru
diminuarea acestor probleme, n construcii se folosesc pe larg elemente
precomprimate, betonuri uoare, armocimentul, elemente uoare cu pereii
subiri etc.
2. Conductibilitatea termic i acustic nalt
La folosirea betonului armat pentru pereii exteriori, despritori,
planee i acoperiuri deseori este necesar instalarea suplimentar a unei
izolaii speciale pentru micorarea zgomotului n interiorul cldirii i
mbuntirea proprietilor termice ale acestor elemente. Aceasta, la
rndul su, duce la majorarea costului construciilor.
3. Formarea fisurilor
n elementele i construciile din beton armat pot aprea fisuri n urma
diferitelor aciuni: cu for i fr for.
La aciunile fr for se refer condiiile de ntrire a betonului,
deformaiile termice, coroziunea armturii, betonarea necalitativ etc., iar
la aciunile cu for - tasarea pmntului sub fundaii, ncrcturile de
exploatare, fora seismic, alunecri de teren etc.
Fisurile formate n urma aciunilor fr for n majoritatea cazurilor
apar pe suprafaa elementului sau a construciei i nu sunt periculoase
pentru construcii n general.
Fisurile formate n urma aciunilor cu for apar mai des n zonele
ntinse ale elementelor i cu mult mai rar n zonele comprimate (la
precomprimare, transportare i montarea elementelor).
Primele fisuri invizibile n zona ntins a elementelor apar la tensiunile
n armtura ntins n jurul valorii de 3040 MPa. La aciunea
ncrcturilor de exploatare (de serviciu) deschiderea fisurilor poate fi de
0,2...0,3 mm. Din practica de lung durat de exploatare a construciilor
din beton armat s-a stabilit c aceste fisuri n majoritatea cazurilor nu sunt
periculoase i puin influeneaz asupra caracterului general de lucru al
betonului armat ca material monolit.
Atunci cnd la exploatarea construciilor nu se permit fisuri sau
deschiderea lor depete limita stabilit de norme, se folosete
-
23
precomprimarea betonului, care este una din cele mai efective metode de
prevenire a formrii i deschiderii fisurilor.
4. Consumuri suplimentare de materiale pentru cofraj, schele etc.
Toate elementele i construciile din beton armat se confecioneaz n
cofraj de metal sau de lemn, ceea ce duce la consumuri suplimentare de
materiale destul de scumpe aa cum sunt metalul i lemnul, iar pentru
constructiile din beton monolit, confectionate la antier, se consum i
materiale pentru schele, proptele etc.
5. Cheltuieli suplimentare la executarea lucrrilor n timp de iarn
La betonarea construciilor n timp de iarn (la temperaturi negative)
apare necesitatea consumului majorat de materiale, energie i cldur
pentru a preveni nghearea betonului. nghearea betonului duce la
stoparea procesului de ntrire a acestuia, iar dup dezgheare, n
majoritatea cazurilor, rezistena lui nu mai crete (vezi pct.2.5).
6. Complicaii la consolidare
n elementele din beton i beton armat este foarte complicat a perfora
i a sfredeli guri; este imposibil a tia betonul i al mbina prin cuie. De
aceea, metodele de consolidare i de reparaii ale acestor elemente sunt cu
mult mai complicate n comparaie cu alte materiale.
i totui, n pofida celor menionate, avantajele elementelor i
construciilor din beton armat sunt cu mult mai importante dect
dezavantajele lor, de aceea betonul armat se folosete pe larg n toate
domeniile de construcii i n altele.
1.5. Domeniile de aplicare a construciilor din beton armat
n prezent, betonul i betonul armat se folosesc pe larg n toate
domeniile de construcii din diferite ramuri ale economiei naionale. Acest
fapt se explic prin durabilitatea lor, posibilitatea de a folosi pe larg
materiale de construcii locale i utilizarea construciilor cu consum mic de
metal.
n construciile civile, elementele din beton i beton armat se folosesc
pentru construirea caselor de locuit, obiectelor cu destinaie social i
cultural. Pe larg se folosesc elementele din beton armat i la construirea
obiectelor industriale. n acest caz, betonul armat se folosete nu numai
pentru elementele portante aparte (fundaii, stlpi, grinzi, panouri de perei
i de acoperi etc.), dar i pentru construcii i cldiri speciale cum sunt
buncrele, estacadele, galeriile etc.
-
24
n construciile civile i industriale elementele din beton armat se
folosesc pe larg la construirea cldirilor i edificiilor de aprovizionare cu
ap i canalizare: staii de pompare, apeducte, colectoare, bazine, rezervoare
etc.
Elementele din beton armat se mai folosesc i n construciile
energetice, de transport, agricole i militare.
n construciile energetice elementele din beton armat se folosesc la
construirea termoelectrocentralelor, hidroelectrocentralelor, centralelor
atomice i a pilonilor pentru linii electrice.
n transportul feroviar, n afar de cldiri cu destinaii speciale, din
beton armat se construiesc poduri, estacade, apeducte, tunele, piloni pentru
reelele de contact ale cilor ferate, traverse etc.
La construirea drumurilor auto betonul armat se folosete n calitate
de mbrcminte rutier, la construcia podurilor, la stlpii pentru diverse
indicatoare etc.
n transportul naval din beton armat se construiesc pereii
debarcaderelor, estacade, supape pentru circulaia corbiilor, baraje pentru
corbii i bazine.
n transportul aerian betonul se folosete ca mbrcminte pentru
pistele de zbor i de aterizare, n construciile hambarelor, atelierelor,
aerogrilor etc.
n ultimii ani construciile din beton armat se folosesc pe larg i n
transportul prin conducte la distane mari a petrolului i produselor
petroliere, gazelor, apei etc.
Pe larg se folosesc elementele din beton armat i n construciile
agricole i rurale. n afar de folosirea betonului armat la construcia
caselor de locuit, obiectelor cu destinaie cultural i social, atelierelor i
altor ncperi de producie, elementele din beton armat se folosesc pentru
construcia cldirilor zootehnice, depozitelor pentru cereale, elevatoarelor
i construciilor speciale pentru irigaie i ameliorare.
Pe larg se folosete betonul armat i n construciile militare pentru
aprare de lung durat, n fortificaiile de cmp, pentru protecie
antiaerian i multe altele.
n ultimii ani, betonul armat a nceput s ptrund i n domeniul
construciilor de maini. Din beton armat se confecioneaz plci i
blocuri pentru montarea utilajului, matrice, carcasele mainilor cu
dimensiuni mari i unele piese ale utilajelor.
-
25
1.6. Schi istoric despre apariia i evoluia construciilor din
beton armat, beton precomprimat i a metodelor de calcul
Se consider c betonul ca material de construcie a aprut cu mai
mult de 2000 ani n urm, nc n epoca romanilor. Romanii au folosit
betonul pentru renumitul apeduct, instalat pe cel mai lung i mai nalt pod
din lume n acea perioad (275 m lungime i 49 m nlme). Pe atunci nc
nu exista cimentul n forma de astzi i ei amestecau o cenu vulcanic cu
mortar de var i umplutur din piatr.
Cimentul folosit astzi a fost inventat aproximativ n aceeai
perioad de francezul Louis Vicat (1812...1813) i de englezul John
Aspdin (1824) prin arderea unui amestec de calcar i argil. Englezul
J.Aspdin a numit cimentul Portland dup denumirea pietrei de pe insula
Portland din sudul Angliei.
Betonul armat, n comparaie cu alte materiale de construcii (piatra,
lemnul, metalul), este destul de tnr i are puin mai mult de 160 ani.
Apariia i dezvoltarea construciilor din beton armat este legat de
dezvoltarea intens a industriei, transportului i a comerului din a doua
jumtate a secolului XIX, cnd a aprut necesitatea de a construi fbrici
noi, uzine, poduri, porturi maritime, fortificaii militare i multe alte
edificii. n acea etap era deja bine dezvoltat industria cimentului i cea
metalurgic.
Anul apariiei primelor construcii din beton armat nu se tie precis.
Primele ncercri de a mbina betonul cu metalul ntr-o construcie constau
n instalarea n masive de beton a unor articole din metal (srm, bare,
fii, profiluri laminate etc.) fr a nelege clar lucrul lor n comun.
Primele construcii (sau, mai corect, primele articole) din beton
armat, conform noiunilor actuale, au aprut n anii 50...60 ai secolului
XIX, aproape n aceeai perioad i independent una fa de alta n diferite ri.
n anul 1849, francezul Joseph-Louis Lambot a construit o barc din
beton armat, care n 1855 a fost demonstrat la expoziia mondial din
Paris i a produs o senzaie adevrat. Corpul brcii era mpletit din bare
ptrate metalice, apoi tencuite cu mortar din ambele pri.
n aceeai perioad, alt francez, grdinarul Jozeph Monier, a folosit
independent aceeai idee de mbinare a betonului cu srm de metal la
fabricarea vaselor (czilor) pentru flori i transportarea puieilor de
palmieri n Anglia, pentru care n anul 1867 a obinut primul patent din
lume pe beton armat. J.Monier fabrica vasele n modul urmtor. Iniial
instala ntr-un butoi de lemn alt butoi cu diametrul mai mic, iar n spaiul
-
26
dintre ele instala o carcas din bare metalice, apoi turna beton. n baza
inveniei sale, J. Monier a nceput s produc diferite elemente din beton
armat: piloi, plci, perei despritori i piloni pentru poduri. n urmtorii
ani el a obinut cteva patente: n 1877 - traverse de ci ferate, n anii
18801883 - planee din beton armat, grinzi, boli i poduri, n 1885 -
evi pentru conducte de ap i altele.
Primele edificii mai voluminoase, construite conform sistemului lui
Monier, au fost: rezervoarele pentru ap cu volumul de 250 m3, un pod cu
lungimea de 16 m i lmea carosabil de 4 m i multe altele.
n anul 1861, francezul Francois Coignet a publicat o brour n care
a descris construciile sale: planee, cupole, evi etc.
n legtur cu participarea activ la elaborarea diferitor elemente i
construcii din beton armat, francezul Joseph Monier mult timp s-a
considerat ca inventatorul betonului armat. ns n anul 1949, cnd
francezii au srbtorit jubileul de 100 ani de la naterea betonului armat,
au atenionat c inventatorul betonului armat a fost Joseph Lambot.
La etapa iniial de apariie a construciilor din beton armat armtura
se instala n mijlocul seciunii. Unul dintre primii, care a instalat armtura
n zona ntins (la elementele ncovoiate), a fost tencuitorul englez
William Wilkinson. n patentul su din anul 1854 el a propus (pentru
majorarea rezistenei planeelor din beton armat) instalarea unor fii
metalice n zona de jos - n cmp (n mijlocul deschiderii) i n zona de sus
- la reazeme. n baza acestui patent, n oraul Newcastle (Anglia), n 1865
a fost construit o cas din beton armat. n anul 1955, cnd aceast cas a
fost demolat, specialitii englezi au fost mirai de corectitudinea instalrii
armturii n elementele ei.
n anul 1885, inginerul german M. Koenen, n baza rezultatelor
experimentale, a confirmat ideea lui Wilkinson despre instalarea armturii
n zona ntins a construciilor din beton armat, iar n anul 1886 a propus
prima metod de calcul a plcilor din beton armat.
n perioada anilor 1860...1900, n Frana, Germania, Anglia, Austria,
SUA i alte ri au fost fondate numeroase ntreprinderi care produceau i
foloseau n construcii betonul armat.
n Rusia, primul care a popularizat i a implementat construciile din
beton armat a fost profesorul Institutului de ingineri ai cilor de transport
din Sankt- Petersburg N.A. Beleliubski.
La nceputul secolului XX au fost elaborate primele norme
(prescripii) de calcul ale construciilor din beton armat n diferite ri:
-
27
1903 - Normele provizorii pentru calculul betonului armat,
Elveia;
1904 - Prima circular prusian, Germania;
1906 - Circulara francez, Frana;
1908 - Condiii tehnice pentru construcii din beton armat, Rusia;
1911 - Circulara englez, Marea Britanie.
n toate normele a fost adoptat metoda de calcul la tensiunile
admisibile, care n unele ri a fost folosit pn n anul 1950.
O etap important n dezvoltarea construciilor din beton armat a
fost invenia betonului armat precomprimat de inginerul francez Emile
Freyssinet n anul 1928. nsa, menionm c ideea de precomprimare a
aprut mult mai devreme. n literatura rus de specialitate se releveaz c
pentru prima dat ideea precomprimrii elementelor care lucreaz la
ntindere a fost materializat n anul 1861 de inginerul artilerist rus A.V.
Gadolin la fabricarea evilor tunurilor de artilerie. Sensul inveniei consta
n aceea c pe eava tunului se instalau cercuri de metal inclzite
(aproximativ pn la 800...900 0C), care la rcire o comprimau i astfel se
majora rezistena evii la presiunea interioar.
Considerm c ideea de precomprimare a fost aplicat n practic nc cu
cteva secole naintea lui A.V. Gadolin la confecionarea roilor i
butoaelor din lemn, la care se foloseau i se folosesc i n prezent aceleai
cercuri din metal. Aceast idee a fost aplicat pe larg din vechime i n
Moldova.
Ideea de folosire a armturii pretensionate n elementele din beton
armat a fost expus n anul 1886 de americanul Gexon, apoi n 1888 - de
germanul Dering, n 1896 - de austriacul Mondlen i n 1903 - de
renumitul savant i inginer francez Emile Freyssinet, care primul a aplicat
aceast idee n construciile din beton armat n anul 1928.
Construciile din beton armat precomprimat au permis a majora
esenial deschiderile elementelor fr micorarea rezistenei acestora,
precum i dimensiunile seciunilor.
n secolul XX, betonul, betonul armat i betonul precomprimat au
fost i au rmas i n secolul XXI cele mai importante materiale de
construcie. Au fost construite numeroase obiecte unicale i de mare
importan, ns, din lips de spaiu este imposibil a enumera importana
acestor obiecte. Multe ri au istoria sa de dezvoltare a construciilor din
beton armat precum i un ir ntreg de cldiri i edificii construite din
beton armat i beton precomprimat n secolul XX.
-
28
Un aport important n dezvoltarea construciilor din beton armat i
beton precomprimat i n elaborarea metodelor de calcul l-au avut
numeroi savani din diferite ri cum ar fi:
Anglia - P.V. Abelis, Anon, Decons, Taylor H.P.J.;
Austria - Zaliger, Mandell;
Frana - Iu. Cristoph, Considere, E. Freyssinet, Francois
Hennebique,Yves Guyon i alii;
Germania - Bach, Dishinger, M. Coenen, F. Leondardt, Morsch,
Rusch;
Romnia - R. Agent, C. Avram, D. Dumitrescu, I. Filimon,
S. Hangan, T. Postelnicu, I. Tertea .a.;
Rusia - .V. Alexandrovski, N.H. Arutiunian, V.N. Baicov, N.A.
Beleliubski, A.A. Gvozdev, S.M. Crlov, A.F. Loleit, V.V.
Mihailov, Muraev, N.Ia. Panarin, P.L. Pasternac, N.E.
Procopovici, Ia.V. Stoliarov, N.I. Uliki, A.P. Vasiliev, A.S.
Zalesov .a.;
SUA - Abrams, Gexon, T.I. Lin, A.N. Nilison, Shteiner, F. Taylor.
n anul 1932, pentru prima dat n lume, savantul sovietic A.F. Loleit
a propus o metod nou de calcul a elementelor din beton armat la
eforturile de rupere, care dup o verificare experimental multilateral i
unele perfectri (efectuate sub conducera profesorului A.A. Gvozdev) n
anul 1938 a fost inclus n normele sovietice OST 90003-38.
n anul 1955, n normele sovietice NiTU 123-55 a fost inclus
metoda de calcul la stri limit ultime (SLU), care se folosete i n prezent
i cu unele perfecionri este inclus i n normele europene EN 1992-1-
1:2004, Eurocod 2.
O informaie ampl privind metodele de calcul este prezentat n
punctul 4.2.
La descrierea istoriei utilizrii i dezvoltrii construciilor din beton
armat n Republica Moldova, de multe ori vom folosi expresia ,,cu
regret, deoarece n literatura de specialitate editat n RM n ultimii 70 de
ani nu gsim o astfel de informaie (practic lipsete). Numai dup relatrile
unor ingineri i arhiteci (E.G. Juravlev, P.I. Copievski, I.A. Rogacevski, V.P. Mednec, V.F. Smirnov i alii), care au participat activ la expertizarea,
proiectarea i restaurarea oraului Chiinu dup anul 1945, avem posibilitatea
s constatm c n R. Moldova betonul armat a fost folosit i nainte de 1940. Ei
au gsit rmie de fundaii i de planee din beton armat monolit, dar, cu
regret, nimeni n-a stabilit cnd i cine a folosit betonul armat.
Din aceste considerente ncercm s aternem pe hrtie toat informaia de care
-
29
dispunem.
Folosirea betonului armat mai intensiv a nceput n Moldova dup anul
1945. n anii 1947...1957 au fost construite: centrala electrotermic din
Chiinu (n prezent CET 1), uzinele de beton armat nr. 1, 2, 3 i 4 (din
Chiinu), uzina de ciment de la Rbnia, hidrocentrala de la Dubsari, podul de
pe Nistru de la Dubsari i altele. n anii 1958...1975 au fost construite un ir
de fabrici de conserve, de vin i de zahr, uzina de tractoare, uzina ,,Mezon,
,,Hidromaina, uzina de frigidere, uzina de ciment de la Rezina, uzina
metalurgic de la Rbnia, electrocentrala de la Cuciurgan, 2 poduri peste Nistru
(la Vadul lui Vod i Gura Bcului), a nceput construcia cartierului Botanica
etc. Dup anul 1975, cele mai importante construcii au fost: combinatul de
beton armat pentru construcia caselor de locuit, numeroase case de locuit n
Chiinu, Bli, Tighina, Tiraspol i altele. Au fost construite case de locuit
multietajate din beton armat monolit. A nceput constructia a dou cartiere noi
n Chiinu (Buiucani i Ciocana).
Mentionm, cu regret, c dup destrmarea Uniunii Sovietice, n anii
1990...2000 construcia, practic, a stopat i s-a ameliorat dup anii 2000.
n ar nu este i nici n-a existat un centru de cercetri tiinifice n
domeniul construciilor din beton armat, dar nici n celelalte domenii ale
construciilor (construcii metalice, de lemn i de zidrie). N-a existat vre-o
sectie de construcii nici n cadrul Academiei de tiine a RM. Unicul centru
tiinific n domeniul construciilor din beton armat a fost i este Catedra
Construcii i Mecanica Structurilor n cadrul Universitii Tehnice a Moldovei,
fondat n anul 1966 de doctorul habilitat, profesorul universitar E.Livovschi,
fiind condus de d-lui mai mult de 20 ani.
Primul material didactic n limba romn pentru studenii de la
specialitile de construcii a fost ciclul de prelegeri ,,Beton armat i beton
precomprimat (n 5 pri, autorii I. Ciupac, S. Coreiba i A. Zolotcov), editat n
anul 1991. n anul 2000 apare manualul Construcii din beton armat sub
redacia profesorului E Livovschi (autori E. Livovschi, I. Ciupac, M.Potrc,
A. Scripnic i G. Bordeianu).
n anul 2006 a fost editat primul normativ n acest domeniu ,,Calculul,
proiectarea i alctuirea elementelor de construcii din beton armat i beton
precomprimat NCM F.02.02-2006, iar n anul 2010 apare manualul ,,Beton
armat i beton precomprimat (autori E. Livovschi, A. Zolotcov, T. Srbu i
T. Axenti) n care a fost inclus circa 87 % de material din normativul NCM
F:02.02-2006.
n anii 1977...1990 civa membri ai catedrei Elemente de construcii
(profesorii E. Livovschi, I. Ciupac i confereniarii M. Potrc, T. Srbu,
A. Scripnic) au participat la elaborarea unei teme tiinifice de o valoare major
(unional) n ex-URSS ,,Elaborarea construciei unei centrale atomice cu vasul
de presiune din beton precomprimat.
-
30
2. PROPRIETILE FIZICO - MECANICE ALE BETONULUI
2.1. Betonurile pentru construcii din beton armat i clasificarea lor
Betonul ca material pentru elementele i construciile din beton armat
trebuie s posede unele proprieti fizico-mecanice bine determinate din
timp: rezisten mecanic, aderen bun cu armtura, densitate bun
pentru protecia armturii de la coroziune, rezisten suficient la nghe-
dezghe, rezisten la aciunea temperaturilor nalte etc.
Betonurile se clasific dup un ir de particulariti:
- n funcie de destinaie - beton pentru construcii i beton special. La
betonurile pentru construcii se refer betonurile pentru construcii portante
i de ngrdire ale cldirilor i edificiilor, fa de care sunt naintate cerine
privind proprietile lor mecanice. La betonurile speciale se refer
betonurile cu proprieti speciale n funcie de condiiile concrete de
exploatare a construciilor: betonuri rezistente la temperaturi negative i
nalte, la aciuni chimice, termoizolante etc.;
- dup tipul lianilor - din ciment, din calcar de zgur, din ghips i din
ali liani speciali;
- dup tipul agregailor - agregai compaci, poroi i speciali;
- dup structur - compact, poroas, celular sau macroporoas. La
betonurile cu structura compact se refer betonurile la care tot spaiul
dintre granulele agregailor este completat cu liant ntrit i de pori de aer.
La betonurile cu structura macroporoas se refer betonurile la care spaiul
dintre agregaii poroi nu este ocupat complet cu agregai mruni i liant
ntrit;
- dup compoziia granulometric - deosebim betonuri macrogranulate
cu agregai mcai i microgranulate - numai cu agregai mruni;
- dup condiiile de ntrire - betonuri cu ntrire natural, tratate
termic la presiune atmosferic sau la presiune ridicat (autoclave);
- dup densitate (masa volumic) - deosebim beton greu, normal i
uor (conform normelor europene EN 206-1).
La betonul greu se refer betonul cu masa volumic mai mare de
2600 kg/m3, care se foloseste n construcii speciale - centrale atomice i
altele. La betonul normal se refer betonul cu masa volumic mai mare de
2000 kg/m3 pna la 2600 kg/m
3 i se folosete pentru confecionarea tuturor
elementelor i construciilor din beton, beton armat i beton precomprimat.
La betonul uor se refer betonul cu densitatea de la 800 pn la
2000 kg/m3. La rndul su, acest beton este divizat n betonuri uoare i
foarte uoare. Betonurile uoare cu densitatea de 1800...2000 kg/m3 se
-
31
folosesc pentru elemente portante (de rezisten), iar cu densitatea de
800...1700 kg/m3 - n calitate de termoizolaie i izolaie contra zgomotului.
Densitatea betonului se determin conform standardului GOST
12730.1-78 sau standardului european EN 206-1.
Betonurile uoare sunt divizate pe grupe de densitate, care se noteaz
cu litera D (vezi tab. 2.1). n literatura tehnic mai veche, pentru betonurile uoare, n funcie de
densitatea lor, erau stabilite aa-numitele mrci de densitate (D)
asemntoare cu grupele din tabelul 2.1. n calitate de marc se admite
valoarea medie a densitii betonului concret (n kg/m3).
Tabelul 2.1
Clasificarea betonurilor uoare pe grupe de densitate
Grupa de
densitate
Densitatea
betonului la
vrsta de 28
zile, kg/m3
Grupa de
densitate
Densitatea
betonului la
vrsta de 28
zile, kg/m3
D800 751 ... 850 D1500 1451 ... 1550
D900 851 ... 950 D1600 1551 ... 1650
D1000 951 ... 1050 D1700 1651 ... 1750
D1100 1051 ... 1150 D1800 1751 ... 1850
D1200 1151 ... 1250 D1900 1861 ... 1950
D1300 1251 ... 1350 D2000 1951 ... 2050
D1400 1351 ... 1450
2.2. Structura betonului
Structura betonului n mare msur influeneaz asupra rezistenei i
deformabilitii lui. Ea se formeaz n timpul malaxrii (amestecrii),
turnrii i vibrrii betonului, apoi se modific n decursul perioadei
ndelungate de ntrire a acestuia.
La adugarea apei n amestecul din ciment i agregai ncepe o reacie
chimic de cuplare a cimentului cu apa, n urma creia se formeaz o mas
gelatinoas, numit gel. n procesul malaxrii betonului, gelul acoper
granulele agregailor i treptat, ntrindu-se, se transform ntr-o piatr de
ciment, consolidnd granulele agregailor mcai i mruni ntr-un
material monolit i solid - betonul. Formarea structurii monolite a
betonului are loc treptat. n legtur cu aceasta, se observ o cretere
succesiv a rezistenei pietrei de ciment i schimbarea porozitii
betonului.
-
32
O importan deosebit n procesul de formare a structurii betonului
are cantitatea de ap folosit pentru pregtirea amestecului de beton, care
este caracterizat de raportul ap/ciment (W/C).
Dup cum este tiut din cursul Materiale de construcii, pentru
hidratarea cimentului este necesar ca raportul ap/ciment (W/C) s fie nu
mai mic de 0,2. ns pentru mbuntirea conditiilor de turnare a
amestecului de beton, raportul W/C se majoreaz pn la 0,5...0,6.
n procesul ntririi betonului surplusul de ap se evaporeaz i, ca
urmare, n elementul din beton ntrit se formeaz numeroi pori i
capilare. n aa mod, structura betonului este destul de neomogen i ia
forma unei reele spaiale, care const din piatr de ciment mplut cu
granule de nisip i pietri de diferite dimensiuni i forme. Aceast reea
spaial este alctuit de un numr mare de micropori i capilare, care
conin ap necuplat chimic, vapori de ap i aer. De aceea, din punct de
vedere fizic, betonul reprezint un material capilar-poros n care este
nclcat compactivitatea masei i exist n trei faze: solid, lichid i
gazoas.
n baza rezultatelor experimentale s-a stabilit c n condiii normale de
ntrire piatra de ciment conine circa 25...40 % de pori.
S-a stabilit c odat cu micorarea raportului ap/ciment (W/C),
porozitatea pietrei de ciment se micoreaz, iar rezistena betonului crete.
De aceea, la uzinele pentru fabricarea elementelor din beton armat mai des
se utilizeaz amestecuri de beton mai vrtoase cu raportul W/C 0,3...0,4.
n aa caz, betonul are o rezisten mai mare i se consum mai puin
ciment. ns pentru turnarea n cofraj i vibrarea acestui beton crete
volumul de munc.
2.3. Bazele rezistenei betonului
n calitate de rezisten a unui corp solid se admite capacitatea acestuia
de a se opune la aciunea sarcinilor exterioare fr a se distruge (rupe),
adic fr a se frma n pri aparte.
Deoarece betonul este un material neomogen, la aciunea
ncrcturilor exterioare, n acesta se formeaz o stare complicat de
tensiuni care evolueaz diferit.
Structura capilar-poroas a betonului permite s considerm schema
lui de lucru ca i pentru un material cu guri (goluri) cu neomogenitate
variabil.
-
33
Din Teoria elasticitii se tie c la comprimarea materialului n
jurul gurii se formeaz o concentraie de tensiuni de comprimare i de
ntindere (fig. 2.1, a).
Lund n consideraie faptul c n elementele de beton sunt muli pori
i goluri, tensiunile de ntindere n jurul unei guri sau por se suprapun cu
cele nvecinate. Ca rezultat, n epruveta comprimat apar tensiuni
longitudinale de comprimare i transversale de ntindere (cmp secundar
de tensiuni). Avnd n vedere c rezistena betonului la ntindere este cu
mult mai mic dect la comprimare, epruveta comprimat din beton cedeaz de la ruperea betonului la ntidere n direcia transversal (fig. 2.1, b).
La nceputul ncrcrii epruvetei de beton, pe toate suprafeele ei
Figura 2.1. Starea de tensiuni la comprimarea unei epruvete de beton
laterale apar fisuri microscopice, care, pe msura creterii ncrcturii
exterioare, treptat se unesc i formeaz fisuri vizibile, orientate paralel
sau cu o mic nclinaie n raport cu direcia aciunii ncrcturii.
Repartizarea neuniform a agregailor i a porilor n betonul ntrit
duce la o deviere substanial a tensiunilor interioare n elementele
fabricate din aceeai compoziie de beton.
Rezistena betonului depinde de un numr mare de factori, i anume:
factorii tehnologici, raportul ap-ciment W/C, tipul i cantitatea de ciment,
tipul i rezistena agregatului mcat, condiiile de priz (ntrire) i altele.
-
34
2.4. Rezistena betonului la diferite solicitri
2.4.1. Rezistena cubic i cilindric a betonului
n construciile din beton armat betonul este utilizat pentru preluarea
tensiunilor de comprimare. De aceea, n calitate de rezisten de baz a
betonului este admis rezistena lui la compresiune centric. Aceasta se
mai explic i prin faptul c din toate caracteristicile de rezisten ale
betonului, rezistena lui la compresiune se determin cel mai simplu,
obinnd rezultate mai omogene.
n calitate de caracteristic de baz a rezistenei betonului la
compresiune este admis aa-numita rezisten cubic (Rc,cub) a
betonului, care reprezint rezistena de rupere la comprimare a cubului din
beton, ncercat la vrsta de 28 zile la temperatura de 205 C dup pstrarea
lui n condiii normale (temperatura 205 C i umiditatea aerului nu mai
mic de 95 %). Recomandaii concrete despre pstrarea i ncercarea
cuburilor sunt prezentate n GOST 10180-90, validat de ctre
Moldovastandard. Dac lucrrile de construcii se ndeplinesc de ctre o
ar din Uniunea European, atunci se pot folosi normele europene EN 206 -1.
Cercetrile experimentale au demonstrat c, cubul din beton ncercat la
comprimare centric se rupe dup fisuri nclinate n urma ruperii betonului
la ntindere n direcia transversal (fig. 2.2, a).
nclinarea fisurilor de rupere a cubului se explic prin influena
forelor de frecare dintre plcile metalice ale presei hidraulice i
suprafeele cubului. Aceste fore de frecare sunt orientate spre interiorul
cubului i mpiedic dezvoltarea liber a deformaiilor transversale ale
betonului.
Acest efect de meninere a deformaiilor transversale ale cubului de
beton n zonele de contact dintre plcile presei i beton este asemntor cu
efectul unui cerc de metal, daca ar fi instalat n aceste zone, de aceea este
numit efect de cerc sau ,,efectul de fret. Acest efect este mai
pronunat n zonele mai apropiate de suprafeele de contact ale cubului cu
plcile presei, iar n zonele mai ndeprtate (spre mijlocul cubului) efectul
este mai puin pronunat. De aceea, la ruperea cubului de beton se
formeaz dou trunchiuri de piramid unite la vrfuri (fig. 2.2, a).
Dac nlturm forele de frecare dintre plcile presei i epruvet prin
ungerea plcilor cu parafin, ulei, grafit sau alt material glisant, atunci
epruveta de beton se va deforma liber i uniform n direcia transversal
-
35
Figura 2.2. Modul de rupere a epruvetelor cubice de beton: a) cu fore de frecare ntre epruvet i plcile metalice ale presei;
b) fr fore de frecare.
pe toat nlimea ei (deoarece lipsete efectul de fret) i cubul se va rupe
dup fisuri verticale paralele axei de aciune a forei de comprimare (fig.
2.2, b) de la tensiunile de ntindere.
n aa caz, rezistena cubic a betonului se micoreaz esenial (cu
25...40 %) i, practic, nu depinde de dimensiunile cubului. Aceasta se
explic prin lipsa efectului de fret (ca i n primul caz), care duce la
creterea rezistenei betonului.
Conform standardului, pentru determinarea rezistenei cubice a
betonului, plcile presei trebuie s fie ntotdeauna uscate.
Rezultatele experimentale au demonstrat c rezistena betonului din
una i aceeai componen depinde de dimensiunile geometrice ale
cubului. Cuburile cu dimensiunile mai mici au o rezisten mai mare i invers (fig. 2.3).
Aceasta se explic prin faptul c la cubul cu dimensiunile mai mici
efectul de fret cuprinde, practic, tot volumul lui, iar la cubul cu
dimensiunile mai mari sunt i zone fr efectul de fret (fig. 2.4).
n zonele cu efectul mic de fret betonul se deformeaz mai liber n
direcia transversal, iar cubul se rupe ca i n cazul cnd lipsesc forele de
frecare (fig.2.2, b).
Bineneles c n construciile i elementele reale betonul are o
rezisten concret, care nu depinde de dimensiunile lor. Acest efect de
fret l observm doar la ncercarea epruvetelor pentru determinarea
rezistenei betonului i aceasta trebuie s fie tiut.
-
36
n prezent, n calitate de epruvet-standard (de baz) este admis cubul
cu dimensiunile 150x150x150 mm. Standardul (GOST 10180-90) permite
a ncerca i cuburi nestandarde: 100x100x100 mm, 200x200x200 mm i
300x300x300 mm.
Figura 2.3.
Dependena rezistenei betonului de
dimensiunile cubului
Figura 2.4. Zonele de influen ale efectului de fret
la cuburi cu diferite dimensiuni: a) 100x100x100 mm; b) 150x150x150 mm; c) 200x200x200 mm; 1 - zonele cu
efectul de fret; 2 - zonele n care lipsete efectul de fret.
n aceste cazuri, pentru determinarea rezistenei cubului-standard,
rezultatele obinute se nmulesc cu un coeficient de scar:
Rc,15= kc,cub Rc,a , (2.1)
n care: Rc,15 este rezistena cubic a epruvetei-standard;
Rc,a rezistena cubic determinat pe epruveta nestandard cu
dimensiunile a;
-
37
kc.cub - coeficientul de scar care se admite egal cu: 0,95 - pentru cubul 100x100x100 mm;
1,05 - la fel, 200x200x200 mm;
1,10 - la fel, 300x300x300 mm.
Menionm c n prezent, n unele ri, rezistena betonului i a armturii
este notat prin litera R cu diferii indici. Considerm c aceasta este
corect, deoarece se folosete prima liter a cuvntului latin rezisten.
ns, n unele ri i n normele europene (Eurocod 1992-2:2004) rezistena
este notat prin litera f la fel cu diferii indici. Cu regret, n literatura
tehnic european nu exist vreo explicaie privind utilizarea acestei
notaii. La cele menionate atenionm despre existena diferitor notaii.
Dimensiunile cubului pentru determinarea rezistenei betonului se
admit n funcie de dimensiunile agregatului mcat al betonului (piatra
spart sau pietriul) din tabelul 2.2.
Tabelul 2.2
Corelaia recomandat dintre dimensiunile agregatului mcat
i ale cubului
Dimensiunile agregatului
mcat ale betonului, mm
Dimensiunile
cubului, mm
20 100x100x100
40 150x150x150
70 200x200x200
100 300x300x300
Nerespectarea recomandrilor din tabelul 2.2 va duce la obinerea unor
rezultate incorecte.
De exemplu: dac pentru agregatul mcat cu dimensiunile de 70 mm
vom ncerca cubul cu dimensiunile 100x100x100 mm, atunci sunt posibile
dou variante:
1 - cubul va conine o singur piatr i mortar i atunci vom determina
rezistena pietrei;
2 - cubul nu va conine nici o piatr i atunci vom determina rezistena
mortarului.
Pentru determinarea rezistenei betonului, standardul permite s fie
ncercate i epruvete n form de cilindru cu diametrul dcyl = 100 mm;
150 mm; 200 mm; 300 mm i nlimea hcyl = 2dcyl. Rezistena betonului, determinat pe cilindru este numit - rezisten
cilindric.
-
38
n scopul aprecierii corespunderii calitii (rezistenei) betonului cu
cea prevzut n proiect, la fabricarea construciilor i elementelor din
beton armat n condiii tehnologice de uzin sau de antier se recomand
ca n momentul betonrii lor s fie betonate cel puin trei cuburi (sau trei
cilindre) din acelai amestec de beton, conform recomandrilor din tabelul
2.2. Aceste epruvete se pstreaz 28 zile n conformitate cu recomandrile
din GOST 10180-90 sau ale eurocodului EN-206-1, apoi se ncearc ntr-
un laborator acreditat.
Rezistena betonului pentru fiecare cub Rc,cub,i se determin cu
urmtoarea formul:
,,,
ci
uiicubc A
FR
(2.2)
n care: Fui este fora de rupere a fiecrui cub, N;
Aci - aria seciunii fiecrui cub, cm2.
Apoi se determin valoarea medie a rezistenei cubice:
,3
3,2,1,,
cubccubccubccubcm
RRRR
(2.3)
n care; Rc,cub1, Rc,cub2 i Rc,cub3 sunt rezistenele betonului la fiecare cub. Dac valoarea rezistenei betonului la un cub difer de valoarea medie
Rcm,cub mai mult de 13,5 %, atunci acest rezultat se exclude i media se
determin dup dou cuburi.
La ncercarea cubului acesta trebuie s fie pus pe placa presei
hidraulice n poziia n care partea lui de sus la betonare s fie lateral,
adic direcia forei de comprimare a cubului trebuie s fie paralel cu
straturile de betonare.
Menionm c rezistena cubic a betonului nu se folosete nemijlocit
la calculul elementelor din beton armat, dar pentru determinarea clasei
betonului (vezi pct. 2.6) i pentru verificarea corespunderii rezistenei
betonului din element cu a celei prevzute n proiect.
n cazul cnd se ncearc epruvete n form de cilindru i este necesar
s transformm aceste rezultate la rezistena cubului standard
