Universitatea "POLITEHNICA" din TimisoaraFacultatea de Arhitectura

Curs -8– Proiectarea StructurilorAnul III, sem II, 2009-2010

Curs: Sl.dr.ing Mircea CristutiuSeminar: Sl.dr.ing Mircea Cristutiu, ing. Nicolae Muntean

Bibliografie: Furdui Cornel – Constructii din Lemn – Editura PolitehnicaC. Dalban – Constructii cu structura metalica – Editura didactica si pedagogica

Cap 4. MATERIALE UTILIZATE PENTRU STRUCTURI Otelul

4.1 Introducere

4.1.1 Generalitati

Are o răspândire largă, datorită caracteristicilor mecanice superioare si araportului rezistentă/greutate mare în comparaţie cu alte materiale (în principal cubetonul).

A fost folosit prima dată în a doua jumătate a secolului XVIII la căile ferate.

La începutul secolului al XIX-lea s-au construit structuri de construcţii de fontă

Fonta a fost utilizată înaintea otelului, pentru structurile staţiilor feroviare sub formă de elemente feroviare turnate – stâlpi; ferme.

Hamburg Hauptbahnhof-deschisa in 5 Mai 1842

Gara de Sud din Viena (Wien Südbahnhof -construita intre 1841–1846)

Wien Hauptbahnhof 2012

Gara din Leipzig (Leipzig Hauptbahnhof - deschisa in 1915)

Dezavantajele fontei:- Este casanta- nu se poate suda- îmbinările se realizează cu nituri

Obs: Otelul are o comportare ductila înaintea ruperii si se poate suda

Tipuri de otel utilizate:OL – otel laminat de uz general (cel mai utilizat)OL37 (S235)

rezistentă la întindere, în daN/mm2este cel mai utilizatare un palier ridicat de deformaţieconţinut mai ridicat de carbonse micşorează palierul de deformaţiesunt elemente de îmbinare – eclise

OL44; OL52 (S275,S355)este slab aliatconţine titan, aluminiu, siliciufolosit pentru elemente de reazem

GR 4.6, 5.6, 6.6, 8.8, 10.9folosit pentru şuruburi de înaltă rezistentă

Avantajele otelului:- un raport mare între rezistentă – masă (greutate)- comportare ductilă sub încărcări – nu cedează casant - se pot fabrica uzinal cu productivitate mare – se pot standardiza- există posibilitatea de refolosire, recuperare prin demontare- se poate realiza cu secţiuni reduse necesare din calcul

Dezavantajele otelului- are un preţ de cost ridicat, în comparaţie

cu betonul- rezistentă relativ scăzută la temperatură

- otelul se poate proteja la incendii- vopsire cu ajutorul unor vopsele ignifuge

termospumante- protejare a elementului de construcţii prin

- placarea structurii cu alte materiale rezistente, de ex.:

- rigips- înglobarea elementului de oțel în

beton, întârzie în caz de incendiu

- protejarea elementelor metalice cu beton cu eficiență de protecție cea mai ridicată

rigips

vopsele ignifuge termospumante Partial inglobate in beton inglobate in beton

Otelul se degradează în timp prin coroziune, care poate fi împiedicată:metalul poate fi protejat cu vopsele anticorozive (sub efectul umidităţii)prin zincareprin nichelare

Coroziunea poate fi:I – de suprafaţă (uniformă)II – de profunzime (neuniformă)III – dispersa (selectivă)

I II III

Obs: Coroziunea conduce la reducerea de calcul a secţiunii de otel, scădereacapacităţii portante a acestuia.

4.1.2 Tipuri de elemente de otel folosite in Constructii

4.1.2.1 Profile laminate prelucrate la cald

. profilul I (RO), IPE (EU), IPN(EU), HEA(EU), HEB(EU), HEM(EU)

Cu tălpi paralele IPE,HEA, HEB, HEM

Cu tălpi inegale I, IPN

h = 80 … 750 mm

b = 42 … 300 mm

Caracteristici sectionale

A = 2cm aria

I = 4cm moment de inerţie

xI yI

Obs: ar fi mai avantajos turnarea unor profile cu tălpi late xI yI

2. profilul U(RO), UPN(EN), UAP(EN)

Cu tălpi paralele UAP

Cu tălpi inegale, U, UPN

h = 50 … 400 mmb = 50 … 110 mm

3. profilul T

2T - 5T

h = a = 20 … 50 mm

4. profilul de tip ţeavă – e folosit unde este pericol de coroziune (TV100x100x4)

ţeavă pătrată b = h = 20 … 200 mm

ţeavă dreptunghiulară

b = 20 .. 200 mm

h = 30 … 400 mm

5. profilul L (cornier), L100x100x5; L100x80x3

- cu aripi egale a = 20 … 160 mm

- cu aripi inegale 100 – 150

6. profil de tip ţeavă circulară TVΦ120/5.0 = 42 … 385 mm

7. profil otel pătrat PL40x40a = 8 … 140 mm

. profil rotund plin Φ30 = 12 … 58 mm (OB = 3 … 32 mm)

9. otel lat PL8x150 b

a- bandă a = 20 … 50 mm

b = 1 … 5 mm- lat a = 12 … 150 mm

b = 5 … 50 mm- platbandă a = 160 … 600 mm

b = 6 … 40 mm- tablă groasă b = 5 … 150 mm

OBS: Elementele din otel laminat se obţin exclusiv prin prelucrare industrială lacald si nu prin turnare sau îndoire la rece.

4.1.2.1 Profile laminate sau prelucrate la rece t 6 mm

1. profile cu pereţi subţiri – se obţin prin îndoire la rece

Sectiuni simple deschise

Secþiuni formate la rece

2. secţiuni compuse

profile închise (cheson) confecţionate din profilecu pereţi subţiri

Secţiuni compuse deschise

3. tabla profilate si casetate (tablă subtire)

a. tabla ondulată - este folosită si pentru elemente de rezistentă- suprapunerea prin ondulare

b. tablă cutată

c. tablă striată - striurile măresc aderenta- la pardoseli în zona industrială

d. tablă amprentată

- se toarnă beton sau beton armat- rolul amprentelor este de a prelua

presupusele lunecări între beton si tablă

- măresc aderenta

4.1.3 Proprietatile otelului

4.1.3.1 Curba caracteristică (de comportare) a otelului - pentru OL37 sau OL 52

F

d

curba de incarcare

curba de descarcare

epruvete

I – zona de comportare elastică (la întindere)- în cazul descărcării elementului nu există deformaţii remanente

II - zona de comportare postelastică (palierul de curgere)- capacitatea de descărcare scade – deformaţia creste- zona de curgere

III - zona de ecruisarecreste capacitatea portanta

IV – zona de rupereepruveta are: o comportare de rezistentă un moment de întărire după care se rupe

moment de consolidare si cedare

Modulul de elasticitate - elastic E = tg - plastic E = tg

L

L

F

I

II

III IV

A=

L= Ll

f y

valoarea maxima

rupere

gatuire

F

F

efort unitar

alungirea

f u

Curba idealizata de comportare

RUPEREA EPRUVETEI

- În cadrul comportării elastice, deformaţia înseamnă o alungire concomitentă cu o slabă reducere a secţiunii în zona centrală – subţiere.

- În zona centrală se produc mici schimbări a structurii interne după care la cresterea încărcării se alungeşte si mai mult – în zona centrală apar microfisuri cu una principală. În final aceste microfisuri se unesc într-o fisură, care duce la cedarea elementului.

Rupere ductilă