II. COFRAJE PENTRU BETOANE II.1. GENERALITĂŢI

Cofrajele sunt construcţii auxiliare, specifice şi provizorii care servesc la obţinerea formei, dimensiunilor şi poziţionării elementelor de beton, beton armat şi beton precomprimat (cu armătură postîntinsă) în structurile monolite, precum şi la susţinerea acestora până când betonul atinge un grad de maturizare minim pentru decofrare.

Operaţia de cofrare constă în efectuarea operaţiilor de asamblare a componentelor cofrajului, cu scopul realizării unui element sau a unei structuri monolite.

Cofrajele ocupă un rol foarte important în realizarea structurilor de beton, beton armat şi beton precomprimat atât sub aspectul calităţii acestora, cât şi din punct de vedere economic.

Funcţie de tipul construcţiei şi a cofrajului folosit, lucrările de cofrare pot reprezenta între 15% şi 30% din costul elementului de beton armat monolit. De aceea se caută realizarea unor sisteme industrializate de cofrare moderne, mereu perfecţionate, care să conducă la creşterea productivităţii şi la reducerea costurilor.

Industrializarea lucrărilor de cofrare se realizează prin următoarele căi : tipizarea şi modularea sistemelor de cofrare ; mecanizarea principalelor activităţi ale lucrărilor de cofrare ; extinderea aplicării sistemelor perfecţionate de cofrare şi introducerea unor

sisteme noi ; utilizarea modulului de bază în construcţii 30 (cm) ; submoduli: 5 (cm), 10 (cm) ; II.1.1. Clasificări ale cofrajelor

Ţinând seama de diversitatea sistemelor de alcătuire şi a utilizării lor,

clasificarea cofrajelor se poate face în funcţie de următoarele criterii :

II.1.1.1. După modul de alcătuire şi utilizare, cofrajele se clasifică astfel : cofraje demontabile – alcătuite din panouri modulate şi tipizate, elemente de

susţinere, elemente de sprijinire, elemente auxiliare şi de asamblare. Principalele tipuri sunt: cofrajele de inventar din panouri demontabile modulate, cofrajele păşitoare, cofrajele căţărătoare etc. ;

cofraje nedemontabile – care se asamblează şi se demontează o singură dată, la începutul şi respectiv la terminarea realizării structurii. Aceste cofraje sunt echipate cu instalaţii sau dispozitive care permit deplasarea lor în întregime, sau sub forma de ansambluri ori subansambluri mari, utilizând macarale. Din această categorie fac parte: cofrajele glisante, cofrajele rulante, mesele cofrante, cofraje de tip tunel, panourile mari etc. ;

cofraje tradiţionale – folosite la elemente şi structuri cu caracter de unicat sau cu forme variabile şi complicate, (cupole, grinzi curbe), unde nu se pot adopta sisteme industrializate de cofrare. Se confecţionează pe şantier din material lemnos şi se folosesc o singură dată sau de un număr mic de ori (limitat) ;

cofraje pierdute – care îndeplinesc funcţiile normale ale unui cofraj, dar nu se recuperează, rămânând aderente la elementul format. Ele pot avea rol de rezistenţă (contându-se pe conlucrarea lor cu betonul), de izolator termic sau estetic. Se pot menţiona: predalele, panourile cu caracter arhitectural, casetele pentru planşeele casetate etc.

II.1.1.2. Din punct de vedere al destinaţiei, în raport cu elementele de construcţii la a căror executare se folosesc, cofrajele se clasifică în : cofraje pentru fundaţii ; cofraje pentru pereţi ; cofraje pentru stâlpi ; cofraje pentru grinzi ; cofraje pentru planşee ; cofraje pentru arce si bolţi ; cofraje pentru alte elemente de construcţie.

II.1.1.3. după materialele folosite pentru placa cofrantă, acestea sunt cofraje din : cherestea ; placaj rezistent la umiditate ; tablă de oţel ; profiluri din aliaje de aluminiu ; polimeri (armaţi sau nearmaţi cu fibre de sticlă sau carbon) ; cauciuc ; materiale combinate – placaj acoperit cu folie de aluminiu, tablă de oţel sau cu

polimeri. II.1.2. Condiţii de calitate

Calitatea cofrajelor este apreciată după gradul de îndeplinire a trei categorii de condiţii : tehnice, funcţionale şi economice.

Nerespectarea lor, indiferent care, influenţează negativ calitatea şi costul elementelor sau structurilor realizate. II.1.2.1. Condiţii tehnice să se asigure redarea corectă a formei, dimensiunilor şi poziţiei relative în

structura a elementelor ; suprafaţa plăcilor cofrante să fie riguros conformă cu calitatea cerută a suprafeţei

elementelor de beton ; să reziste, fără a se deforma peste limitele admise, la solicitările fizico-mecanice

la care sunt supuse ;

să fie etanşe, pentru evitarea pierderilor de apă şi de parte fină din amestec (ciment, nisip 0÷0.2mm etc.) ;

plăcile cofrante sa aibă o rezistenţă destul de mare la uzură pentru a nu fi uşor degradate, în timpul montării armăturii, turnării şi compactării betonului, curăţirii, circulaţiei etc. ;

starea suprafeţelor plăcilor cofrante să nu favorizeze aderenţa betonului la ea ; materialele din care se realizează placa cofrantă, să nu atace chimic şi să nu fie

atacate de beton. II.1.2.2. Condiţii funcţionale să aibă dimensiunile modulate ; sa permită o asamblare uşoară ; să permită o demontare rapidă şi ordinea cerută de decofrare; să asigure înlocuirea unor elemente componente uzate, cu un consum redus de

manoperă ; greutatea lor sa se încadreze în limita de 30÷40 (kg), pentru cele manipulate de

către un singur muncitor si de 60÷70 (kg), pentru cele manipulate de către doi muncitori;

să corespundă din punct de vedere al normelor de tehnica securităţii muncii. II.1.2.3. Condiţii economice realizarea cofrajelor să conducă la un consum cât mai redus de materiale,

energie şi manoperă şi la un cost cât mai mic ; să asigure un număr cât mai mare de refolosiri ; să necesite un consum de manoperă cât mai redus pentru montarea şi

demontarea lor ; să permită o curăţire, ungere, manipulare, depozitare şi reparare cât mai uşoară

şi la un preţ cât mai redus.

II.2. ELEMENTE DE CALCUL ALE COFRAJULUI

Calculul cofrajelor se face în domeniul elastic, la starea limită de exploatare normală.

Dimensionarea elementelor componente din structura cofrajelor se face astfel încât sub acţiunea încărcărilor maxime probabile şi al efectului lor combinat, rezistenţele de calcul ale materialelor din care acestea sunt confecţionate să nu fie depăşite, respectiv starea de deformaţii indusă să nu depăşească valorile admisibile. II.2.1. Încărcări, grupări de încărcări, caracteristici de materiale II.2.1.1. Clasificarea încărcărilor Încărcările considerate în calculul cofrajelor se clasifică astfel : a) După modul de producere : încărcări statice, uniform distribuite, sau/şi concentrate ; încărcări dinamice, uniform distribuite.

b) După direcţia de acţiune : pe direcţie verticală; pe direcţie orizontală.

c) După natura încărcărilor : greutatea proprie a cofrajelor ; greutatea betonului proaspăt si a armăturilor ; încărcarea tehnologică, provenită din oameni, căi de circulaţie, mijloace de

transport ale betonului (roabe, tomberoane, bene etc.). II.2.1.2. Încărcări pe direcţie verticală (ce acţionează asupra cofrajelor orizontale - pentru plăci si funduri de grinzi) a) Greutatea proprie a cofrajelor şi elementelor care susţin cofrajele, stabilită în

baza greutăţilor tehnice specifice, aferente materialelor ce le alcătuiesc : - Cherestea : foioase (fag, gorun, salcâm, stejar) :

uscat în aer (15% umiditate) : 8,0 (kN/m3) ; proaspăt tăiat sau umed : 10,0 (kN/m3) ;

răşinoase (brad, larice, molid, pin) :

uscat în aer (15% umiditate) : 6,0 (kN/m3) ; proaspăt tăiat sau umed : 8,0 (kN/m3) ;

- Placaj din lemn : placaj stratificat de tip TEGO : 8,5 (kN/m3) ; placaj de fag tip F sau S cu umiditatea de 12% : 8,0 (kN/m3) ; placaj de fag protejat cu ţesătură din fire de sticlă, gros de 15 (mm), cu

umiditatea de 6,5% : 7,7 (kN/m3) ; placaj de plop protejat cu ţesătură din fire de sticlă, gros de 15 (mm), cu

umiditatea de 6,5% : 4,8 (kN/m3) ;

- Elemente de prindere foaie cofrantă de ramă: cuie, holtzşuruburi etc. – conform greutăţilor tehnice ale materialelor din care

sunt realizate (oţel: 78,5 kN/m3).

b) Greutatea betonului proaspăt : beton – simplu 24 (kN/m3)

beton – armat 25 (kN/m3) beton uşor 1,10 x ρb beton greu 1,15 x ρb unde: ρb = densitatea betonului în stare întărită.

c) Încărcare tehnologică uniform distribuită pe suprafaţă, provenită din căile de circulaţie (podine de lucru) instalate pe cofraje şi din aglomerarea cu oameni : pentru calculul cofrajului – 2,5 (kN/m2) ; pentru calculul elementelor orizontale de susţinere a cofrajelor – 1,5 (kN/m2); pentru calculul elementelor verticale de susţinere a cofrajelor (popi, stâlpi, schele)

– 1,0 (kN/m2).

d) Încărcare concentrată, provenită din greutatea unui muncitor ce transportă o sarcină (materiale) sau din greutatea mijloacelor de transport încărcate, acţionând asupra cofrajului si elementelor orizontale de susţinere: pentru 1 muncitor ce transportă materiale – 1,3 (kN) ; pentru transport cu roaba (sub roată) – 1,7 (kN) ; pentru transport cu tomberonul de 0,175m3 (sub fiecare roată) – 2,8kN.

În cazul altor metode folosite pentru transportul betonului, sarcinile concentrate se vor determina conform situaţiei, fără însă a fi mai mici de 1,3 (kN).

e) Încărcare uniform distribuită pe suprafaţă, temporară, datorată vibrării betonului [această încărcare nu acţionează concomitent cu încărcările de tip c) şi d)]: – 1,2 (kN/m2).

II.2.1.3. Încărcări pe direcţie orizontală (ce acţionează asupra cofrajelor verticale - pentru stâlpi si pereţi) f) Încărcare orizontală statică, provenită din împingerea laterală a betonului (turnat şi apoi compactat prin vibrare) asupra pereţilor cofrajelor, ce se distribuie în funcţie de viteza de betonare vb, conform diagramelor din figura II.1. Viteza de betonare reprezintă raportul dintre înălţimea elementului ce trebuie turnat H, şi durata de timp apreciată pentru umplerea cofrajului cu beton pe înălţimea respectivă.

Fig. II.1: Împingerea laterală a betonului în funcţie de viteza de betonare: a) pentru vb≥10 m/oră; b) pentru 1 m/oră < vb < 10m/oră; c) pentru vb≤1 m/oră.

Se mai poate defini şi ca fiind raportul dintre debitul betonului pus în operă Q şi suprafaţa orizontală a cofrajului S. (vb=Q/S) - Poziţia presiunii maxime se determină cu relaţia : hp= λ1 ∙ H - Valoarea presiunii maxime se calculează cu relaţia : pmax=λ1 ∙ λ2 ∙ λ3 ∙ λ4 ∙ γb ∙ H

- Presiunea de la partea inferioară pinf se determină pe baza relaţiei : Pinf=α ∙ pmax unde :

λ1, α→ coeficienţi care ţin seama de viteza de betonare; λ2→ coeficient care depinde de lucrabilitatea betonului, exprimată prin tasare ; λ3→ coeficient care ţine seama de dimensiunea minimă a elementului; λ4→ coeficient care depinde de temperatura betonului proaspăt.

Caracteristici α λ1 λ2 λ3 λ4

Viteza de betonare (m/oră)

≤1 0 0,55 2 0,25 0,65 3 0,45 0,75 4 0,70 0,85 6 0,80 0,90 8 0,90 0,95

≥10 1,00 1,00

Lucrabilitatea betonului, exprimată prin tasare (cm)

≤1 0,85 1...4 0,95 5...9 1,00

10...15 1,05 ≥15 1,10

Dimensiunea minimă a secţiunii (cm)

≤15 0,90 16...54 0,95

≥55 1,00

Temperatura betonului proaspăt (ºC)

≤5 1,00 6...24 0,95 ≤25 0,90

g) Încărcare orizontală dinamică pe pereţii cofrajelor, provenită din şocuri ce se produc la descărcarea betonului, se va considera astfel: - benă cu capacitatea de cel mult 0,2m3 ....... → 2.0 (kN/m2) - benă cu capacitatea cuprinsă între 0,2÷0,7m3

….. → 4.0 (kN/m2)

- benă cu capacitatea de peste 0,7m3 .................. → 6.0 (kN/m2) - turnare cu jgheaburi şi pâlnii ................................ → 2.0 (kN/m2) - turnare cu pompa ................................................ → 6.0 (kN/m2) h) Încărcare dinamică datorată vântului, se va considera conform NP-082-04 (Cod de proiectare. Bazele proiectării şi acţiunilor în construcţii. Acţiunea vântului). De această încărcare se va ţine seama numai la calculul susţinerilor cofrajelor (cintre, eşafodaje etc.) mai înalte de 6m, precum şi la verificarea la răsturnare dată de presiunea vântului, pentru toate cofrajele de suprafaţă din panouri, care au o masă totală mai mare de 250kg. II.2.1.4. Gruparea încărcărilor

Denumirea elementelor

Gruparea încărcărilor

Starea limită de rezistenţă

Starea limită de deformaţie

Cofrajele plăcilor sau bolţilor, precum şi elementele de susţinere orizontale

ale cofrajelor (grinzi)

a + b + c + d sau

a + b + e a + b

Elementele de susţinere verticale ale cofrajelor (popi, schele, eşafodaje) a + b + c a + b

Fundurile cofrajelor la grinzi şi arce a + b + e a + b

Cintrele sau eşafodajele cu înălţimi de maximum 6 m

a + b + c sau

a + b + e a + b

Cintrele sau eşafodajele cu înălţimi mai mari de 6 m

a + b + c + h sau

a + b + e + h a + b

Părţile laterale ale cofrajelor grinzilor sau arcelor f f

Cofrajele stâlpilor cu laturi de maximum 30 cm, şi cofrajele pereţilor cu grosimea

de maximum 10 cm f + g f

Cofrajele stâlpilor cu laturi de peste 30cm, cofrajele pereţilor cu grosimea de

peste 10cm, precum şi cofrajele elementelor masive

f f

Stabilirea schemei statice de calcul se va face ţinând cont de materialul din care este realizat elementul, condiţiile de rezemare şi modul de concepţie şi realizare a acestuia.