3_armatura

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

NOTE DE CURS - BETON ARMAT 25

ARMĂTURA

3.1 ROLUL ARMĂTURII ÎN ELEMENTELE DIN BETON ARMAT Betonul armat este rezultatul conlucrării a două materiale cu proprietăţi diferite, betonul şi

armătura. Deoarece betonul are rezistenţă mică la întindere, armătura se dispune în primul rând în zonele în care încărcările exterioare produc întinderi, dar frecvent armăturile sunt plasate şi în zonele comprimate, pentru îmbunătăţirea comportării elementelor structurale.

Ca armături se utilizează: • armături flexibile, care sunt bare cu secţiune circulară, cunoscute în limbajul tehnic sub

denumirea generică de oţel beton, şi care constituie subiectul prezentului capitol, • profile laminate sau sudate pentru situaţii particulare (armături rigide), • diferite tipuri de fibre (armare dispersă).

Din punctul de vedere al rolului pe care îl au în elementul structural, armăturile flexibile sunt: ∗ armături de rezistenţă, care rezultă de regulă dintr-un calcul de dimensionare; ∗ armături constructive, care asigură: − asamblarea şi stabilitatea carcasei până la betonare, precum şi în timpul betonării; − preluarea unor eforturi de întindere accidentale sau neevaluate prin calcul.

Ansamblul de bare care formează armătura elementului se prezintă sub forma unei carcase plane sau spaţiale. Asamblarea carcasei se realizează pe şantier ori în fabrici specializate, prin legarea cu sârmă a armăturilor componente, prin sudarea barelor sau prin piese speciale (cuplori). Elementele structurale plane de tipul plăcilor sau pereţilor sunt armate mai ales cu carcase plane, iar elementele liniare de tipul grinzilor şi stâlpilor se armează cu carcase spaţiale. Armătura longitudinală de rezistenţă constituie armătura principală a unei carcase şi se dispune în zona întinsă, dar, în mod curent, şi în zona comprimată a elementului. De asemenea, elementele încovoiate pot fi prevăzute şi cu armături înclinate, obţinute prin ridicarea pe reazeme a armăturilor longitudinale, în vederea preluării forţei tăietoare.

Armătura transversală de rezistenţă pentru preluarea eforturilor rezultate din tăiere este prevăzută sub formă de etrieri în cazul grinzilor, stâlpilor şi al altor elemente liniare,. În acelaşi timp, etrierii fixează armăturile longitudinale în poziţia lor din proiect. Etrierii şi fretele (armături dispuse sub formă de spirală) îndeplinesc şi funcţia de armătură de confinare a betonului comprimat.

Armătura de montaj dispusă constructiv este întâlnită în special în cazul grinzilor din beton armat, având rolul de a fixa, în cadrul carcaselor spaţiale, armăturile longitudinale şi transversale de rezistenţă. În cazul plăcilor se prevede armătura de repartiţie, (sau secundară) care leagă armăturile de rezistenţă între ele, asigură o repartizare mai uniformă a forţelor aplicate pe placă şi preia o parte din întinderile produse de contracţia betonului.

3.2 PROPRIETĂŢILE OŢELULUI FOLOSIT PENTRU ARMĂTURI 3.2.1.Comportarea sub încărcări statice de scurtă durată

Oţelul folosit la realizarea armăturilor este un amestec de fier şi carbon (în jur de 0,2...0,3%), la care sunt adăugate şi alte elemente de aliere, care influenţează în mod semnificativ caracteristicile mecanice ale armăturilor.

Comportarea armăturilor sub încărcări este descrisă de curba ss ε−σ , denumită curbă caracteristică a oţelului sau curbă constitutivă, obţinută prin încercarea la tracţiune.

În funcţie de conţinutul de carbon şi de modul de prelucrare a oţelului, se disting două tipuri de curbe caracteristice ale produselor (fig. 3.1):



• curba cu palier de curgere , respectiv • curba fără palier.

σcurgere ⇒ yf

yf

εy

2…3%

εs

ft

σs

tg ϕ = Es

ϕ

An

a) oţel cu palier de curgere

2,0f

ϕ

ε0,2

εs

σs

b) oţel fără palier de curgere

ft σcurgere ⇒ 2,0f

εu Anεu

400

800

1200

1600σs (MPa)

10 20 30c) diagrame caracteristice pentru diferite

tipuri de oţel autohton

0

oţel dur trefilat pentru betonul precomprimat

oţel dur (PC60)

oţel moale (OB37)

εs (%)

Fig. 3.1 Tipuri de curbe caracteristice ss ε−σ ale oţelului

Elementele semnificative ale curbei sunt date mai jos cu două notaţii, deoarece pentru definirea nivelului de calitate în producţie sunt utilizate alte simboluri (cele din paranteze) decât în domeniul, mai restrâns, al armăturilor betonului armat sau precomprimat:

o limita de elasticitate (sau de curgere) − limita de curgere aparentă ( 1

yf eR ) (numită şi curgere naturală) în cazul oţelului cu palier (fig. 3.1.a), căreia îi corespunde o creştere a alungirii de circa 2...3%, fără mărirea încărcării; − limita de curgere convenţională ( ), pentru o alungire neproporţională de 0,2%

(fig. 3.1b); 2,0f 0,2R

o rezistenţa la rupere la întindere ( ), egală cu raportul dintre valoarea încărcării maxime şi aria nominală a secţiunii barei;

tf mR

o modulul de elasticitate ; sEo alungirea la forţa maximă ( ); uε gtA

1 În EN 10080 se face referinţă la o limită de elasticitate Re, legată de valori caracteristice minime şi maxime, pe baza nivelului de calitate pe termen lung a producţiei, în timp ce fyk se referă numai la armăturile utilizate în structură.



o alungirea la rupere, . nAOţelul moale este un oţel carbon cu palier de curgere, cu un conţinut de carbon de circa 0,2%,

fiind caracterizat printr-o comportare elastică, urmată de una pronunţat plastică. Comportarea elastică este definită de modulul de elasticitate ; comportarea plastică este redată de palierul de curgere, limita de curgere aparentă reprezentând o caracteristică importantă din punctul de vedere al calculului elementelor din beton armat.

sE

yf

Oţelul dur este un oţel slab aliat, obţinut prin creşterea conţinutului de carbon şi prezenţa altor elemente de aliere care determină creşterea rezistenţei la rupere, reducerea palierului de curgere, până la dispariţia acestuia şi reducerea alungirii la forţa maximă, respectiv a celei măsurate după rupere. În lipsa palierului de curgere, comportarea plastică este indicată de atingerea limitei de curgere convenţională . 2,0f Oţelul moale şi dur cu un conţinut de carbon mai mic de 0,3% este folosit ca armătură în betonul armat, în timp ce oţelul dur cu un conţinut de carbon de 0,6...0,9%, mangan 0,3...0,7% şi maximum 0,035% fosfor şi sulf este folosit la realizarea armăturilor pentru betonul precomprimat. Pentru comparaţie, în figura 3.1c se prezintă curbele caracteristice ale diferitelor tipuri de oţel autohton.

3.2.2 Comportarea în timp a oţelului Comportarea în timp depinde de proprietăţile reologice, de fenomenul de coroziune precum şi de

solicitările repetate care produc oboseala oţelului. Oboseala oţelului intervine în cazul încărcărilor şi descărcărilor repetate, în urma cărora se

produce o scădere a rezistenţei materialului; rezistenţa la oboseală a oţelului depinde de: • amplitudinea efortului unitar min smax s σ−σ=σΔ şi coeficientul de asimetrie

max smin s σσ=ρ a ciclurilor de oboseală; • calitatea oţelului; • starea de coroziune a armăturii în beton; • prezenţa sudurilor.

Valoarea maximă a efortului unitar pe care un material îl poate suporta prin repetare nelimitată este considerată drept rezistenţă la oboseală. În condiţii de laborator, atunci când nu depăşeşte o anumită valoare, denumită amplitudine limită sau limită de anduranţă, materialul va rezista nelimitat pe durata a N cicluri de încărcare-descărcare, această valoare fiind evidenţiată de curba lui Wöhler (fig. 3.2a).

σΔ

limită de anduranţă

Δσ

N log N

log N*

m = k1

m = k2

1

1

a) curba lui Wöhler b) curba S-N

log S ≡ log Δσ

Fig. 3.2 Comportarea la oboseală a oţelului

Rezistenţa la oboseală a oţelului moale corespunde la 1...1,5⋅106 cicluri, în timp ce pentru oţelurile dure această valoare creşte până la 2...5⋅106 cicluri, din punctul de vedere al calculului la oboseală acceptându-se valoarea de 2⋅106 cicluri.



Curba rezistenţei caracteristice la oboseală, denumită şi curba S-N (fig. 3.2b), este o curbă bilogaritmică de tip Wöhler modificată şi descrie variaţia acestei rezistenţe în funcţie de numărul N de cicluri, S reprezentând amplitudinea σΔ a efortului unitar. Curba S-N constă din două segmente caracterizate prin Parametrii care definesc această curbă reprezintă valori caracteristice, prevăzute în EC2.

( ) .constNm =⋅σΔ

Comportarea oţelului este puternic influenţată de coroziunea armăturii în beton. Coroziunea oţelului este un proces electro-chimic complex, care are loc numai în prezenţa simultană a umidităţii şi oxigenului, în urma căruia rezultă rugina (punctul 4.3.1). Rezistenţa la oboseală a armăturii înglobate în beton este mai mică cu 40...70% faţă de valoarea corespunzătoare materialului. Corodarea locală a armăturii generează o fisură în metal, care se dezvoltă în timp, până când aria de material rămas nu mai este capabilă să suporte încărcarea, în final producându-se ruperea.

3.2.3 Caracteristicile mecanice ale armăturilor din oţel Rezistenţa şi ductilitatea

Cerinţele obligatorii pentru produsele din oţelul pentru armături se referă la: • caracteristici mecanice: rezistenţă (curgere, rupere) şi deformaţie (alungirea la rupere) • aderenţă (factorul de profil).

Se pot utiliza ca armături pentru structuri din beton calculate la acţiuni seismice oţelurile care satisfac criteriile de performanţă autentificate prin EN 10080:2005.

Criteriile de rezistenţă se referă la: • limita de elasticitate caracteristică ( sau ) şi limita superioară reală de elasticitate

( ) , ykf k2,0f

ykmax,y f3,1f ≤

• rezistenţa caracteristică la întindere , rezistenţa la forfecare (minimum ,) şi rezistenţa sudurilor la plasele şi carcasele sudate,

tkf ykfA3,0

• domeniul efortului de oboseală cu limită superioară ykfβ , pentru . cicluri10x2N 6≥

Valoarea de referinţă pentru rezistenţa oţelului este rezistenţa caracteristică, (egală cu

valoarea limitei de elasticitate aparentă sau convenţională ). ykf

yf 2,0f

Criteriile de ductilitate se referă la: • valoarea caracteristică a raportului ( )

kyt ffk = ,

• valoarea caracteristică a deformaţiei specifice de alungire sub încărcare maximă, . ukε

De asemenea, trebuie respectate cerinţele privind: • aptitudinea de a rezista la îndoire – dezdoire şi sudabilitatea (în standardul de produs trebuie să fie

precizat modul de sudare specific produsului), • factorul de profil pentru aderenţa oţelurilor de înaltă aderenţă ( sdAf nomRR π= , unde este

proiecţia ariilor tuturor nervurilor transversale de pe lungimea s), RA

• dimensiunile secţiunii şi toleranţele prescrise. Calitatea armăturilor din oţel beton sunt definite prin clasele de oţel pe baza criteriilor de

rezistenţă şi criteriilor de ductilitate sau alte cerinţe specificate mai sus.

În tabelul 3.1 (după SR EN 1992-1-1:2004, Anexa C) sunt redate principalele proprietăţi ale armăturilor compatibile cu utilizarea standardului respectiv.



Tabelul 3.1 Proprietăţi ale armăturilor Forma produsului Bare şi sârme Plase sudate Clasa A B C A B C Limita de elasticitate caracteristică ( sau ) ykf k2,0f 400 până la 600 MPa

( ) ≥1,05 ≥1,08 ≥1,15 <1,35 ≥1,05 ≥1,08 ≥1,15

<1,35 kyt ffk =

ukε (%) ≥2,5 ≥5,0 ≥7,5 ≥2,5 ≥5,0 ≥7,5 Oboseală: amplitudinea pentru

610x2N ≥ cicluri; ef.max. ykf6,0 ≥150 MPa ≥100 MPa

Rezistenţa la forfecare - ,fA3,0 yk A este aria sârmei

Aptitudine la îndoire Încercare îndoire - dezdoire

Toleranţa maximă faţă de masa nominală – bare sau sârme

φnominal, mm ≤ 8 > 8

± 6,0 ± 4,5

Aderenţă:

φnominal, mm 5 - 6 6,5...12 > 12

0,035 0,040 0,056

min,Rf

Modulul de elasticitate Produsele utilizate ca armături pentru betonul armat trebuie să aibă asigurată valoarea caracteristică a modulului de elasticitate, după cum urmează:

Es = 210000 MPa pentru produsele laminate la cald; Es = 200000 MPa pentru produsele trefilate.

Masa volumică se ia 7850 kg/m3.

3.3 PRODUSE AUTOHTONE DIN OŢEL PENTRU ARMAREA BETONULUI 3.3.1 Oţelul beton laminat la cald

Caracteristicile geometrice şi tehnice pentru produsele indigene din oţel laminat la cald – OB37, PC52, PC60 – sunt prezentate în continuare. Produsul OB37 face parte din grupa de oţel carbon şi se laminează cu profil neted, în timp ce tipurile de produse PC52 şi PC60 fac parte din grupa oţelurilor slab aliate şi se produc cu profil periodic, fiind cu aderenţă înaltă.

Oţelul beton PC are două nervuri longitudinale diametral opuse, cu dimensiuni constante pe toată lungimea şi nervuri elicoidale situate la distanţe egale, înclinate cu 55...65° faţă de axa barei (fig. 3.3). Decalarea nervurilor pe cele două jumătăţi ale profilului este de 0,125...0,5 din distanţa dintre nervuri.

Nervurile elicoidale ale barelor din PC52 sunt orientate în aceeaşi direcţie pe ambele jumătăţi ale profilului, în timp ce la barele din PC60 aceste nervuri sunt dispuse în direcţii contrare.

Diametrele barelor sunt de la 6 mm la 40 mm. Armăturile de rezistenţă, longitudinale sau transversale, se execută din bare cu profil periodic;

barele netede OB37 pot fi folosite numai ca armături de rezistenţă transversale - etrieri, frete - sau ca armături constructive. Oţelul OB37 poate fi folosit şi la armăturile de rezistenţă a căror dimensionare



rezultă din respectarea condiţiilor de procent minim de armare: diametre minime, respectiv distanţe maxime dintre bare.

1

1

s d

1 – 1

55…60°

(0,125…0,5)s PC52

2

2

s d

2 – 2

55…60°

(0,125…0,5)s PC60

Fig. 3.3 Oţelul laminat la cald cu profil periodic

Caracteristicile mecanice ale acestor produse sunt date în tabelul 3.2 în funcţie de marca de oţel şi diametrul barei. Livrarea se poate face după cum urmează: − sub formă de colaci pentru diametrele de 6...12 mm; colacii pentru produsele din PC60 cu

diametre nominale de 10 şi 12 mm vor avea diametrul interior de minim 700 mm; − legături de bare pentru diametrele mai mari decât 14 mm; lungimea barelor este de 10...18 m

pentru diametrele până la 20 mm inclusiv, respectiv 8...18 m pentru diametrele mai mari decât 20 mm.

Tabelul 3.2 Caracteristicile mecanice ale armăturilor laminate la cald

Valori caracteristice minime

Denumire comercială

Marca de oţel

Diametrul nominal

(mm)

Limita de curgere

ykf

MPa

Rezistenţa la rupere

tkf MPa

Alungirea la rupere A5, %

S255 6...12 255 OB37 S235 14...40 235 360 25

S355 6...14 355 S345 16...28 345 PC52 S335 32...40 335

510 20

S420 6...12 420 S405 14...28 405 PC60 S395 32...40 395

590 16

Notă: pentru PC60 se acceptă scăderea rezistenţei la rupere până la minim 560 N/mm2 cu condiţia menţinerii limitei de curgere şi a creşterii alungirii la rupere la cel puţin 20%.

Diferenţierea produselor utilizate ca armături se poate face prin marca de oţel, notată litera S,

urmată de valoarea rezistenţei caracteristice , de exemplu S345 este marca de oţel pentru

produsul cu denumirea comercială PC52, având diametre 16...28 mm, cu . Notaţia

este în acord cu modul de notare al oţelurilor europene, permiţând identificarea claselor de oţel (tab. 3.2), nefiind însă reglementată.

ykf

MPa345ykf =

Se observă din tabelul 3.2 că oţelurile OB37 şi PC52 nu satisfac cerinţele de rezistenţă privind limita de curgere, ; cele două oţeluri se încadrează în clasa de ductilitate C . MPa400f yk <



Raportul ( )kyt ffk = are valorile situate între 1,4 şi 1,5, ceea ce poate fi prea mult pentru

structurile care se calculează la acţiuni seismice2.

3.3.2 Sârma rotundă trefilată

Sârma rotundă trefilată cu suprafaţă netedă pentru beton – STNB – este folosită pentru realizarea plaselor şi carcaselor sudate. Acest produs se obţine din OL34, OL37, OL42 şi OL44.

Caracteristicile mecanice ale produselor sunt date în tabelul 3.3, în funcţie de diametrul barei, care este cuprins între 3 mm şi 10 mm.

Tabelul 3.3 Caracteristicile mecanice ale sârmelor trefilate - STNB

Valoari caracteristice minime Diametrul

sârmei

mm

Limita de curgere ykf

MPa

Rezistenţa la rupere tkf

MPa

Alungirea la rupere A10, %

3,0; 3,5; 4,0 510 610 6

4,5; 5,0; 5,6 7

6,0; 6,5; 7,1 460 560

8

8,0; 9,0; 10,0 400 510 8

Livrarea sârmei se face în colaci cu diametrul interior de: − 250...650 mm pentru sârmele cu diametrul până la 3,5 mm inclusiv, masa obişnuită a

colacului fiind de 15...100 kg; − 400...1000 mm pentru sârmele cu diametrul peste 3,5 mm, masa obişnuită a colacului fiind de

20...150 kg.

3.3.3 Sârma cu profil periodic

Sârma cu profil periodic obţinută prin deformarea plastică la rece – SPPB – poate fi folosită la armarea betonului ca atare sau la realizarea plaselor sudate. Sârma este prevăzută cu trei şiruri de nervuri (fig.3.4), două şiruri fiind înclinate în aceeaşi parte, iar cel de al treilea în sens invers faţă de celelalte două; diametrul sârmei este 12...4s =φ mm.

s

40…70°

120°

Fig. 3.4 Sârma cu profil periodic - SPPB

Valorile minime ale caracteristicilor mecanice, indiferent de diametrul sârmei, sunt: • limita de elasticitate convenţională = 460 MPa; k2,0f

• rezistenţa la rupere = 510 MPa; tkf

2 Specificaţie tehnică privind produse din oţel utilizate ca armături: cerinţe şi criterii de performanţă indicativ

ST 009-05, Anexa 3.



• alungirea la rupere, A10 = 8 %, respectiv A5 = 10 % (se determină numai una din cele două valori).

În documentele de livrare se va specifica raportul ( )k2.0t ff . Livrarea se face în colaci sau legături de bare, cu lungime de 6...12 m şi masă maximă de 3 t.

3.3.4 Plasele sudate

Plasele sudate sunt elemente plane de armare formate din sârmă rotundă trefilată (pct. 3.3.2), sârmă profilată prin deformare plastică la rece (pct.3.3.3) sau bare laminate (pct. 3.3.1), dispuse pe direcţii perpendiculare, punctele de contact fiind sudate prin rezistenţă electrică. După frecvenţa de utilizare, plasele pot fi de serie mare – G, serie mijlocie – L, respectiv serie mică – S, putându-se confecţiona cu ochiuri pătrate – Q, respectiv cu ochiuri dreptunghiulare – R. Caracteristicile mecanice ale plaselor sudate realizate din sârme rotunde trefilate cu suprafaţă netedă STNB sunt prezentate în tabelul 3.4.

Tabelul 3.4 Caracteristici mecanice pentru plase sudate din STNB Valori minime caracteristice

Forţa de forfecare a nodului sudat pentru maxmin dd

Diametrul sârmei

mm

Limita de curgere

ykf

MPa

Rezistenţa la rupere

tkf MPa

Alungirea la rupere

A10% ≤ 0,8 > 0,8

3,0...4,0 490 590(600) 6 4,5...5,6 7 6,0...7,1

440 540(550) 8

ykfA35,0 ykfA50,0

8,0...10,0 390 490(500) 8 (A este aria sârmei)

Livrarea plaselor sudate se face în pachete legate cu sârmă în şase puncte în aşa fel încât să fie asigurată manipularea pachetului; masa acestuia nu va depăşi 2000 kg. Plasele sudate sunt folosite la armarea elementelor plane din beton armat sau beton precomprimat: plăcile planşeelor, inima grinzilor prefabricate din beton armat sau precomprimat, pereţi din beton armat, plăci curbe subţiri etc.

3_armatura

Documents