ba i - partea a 1-a eugen lozincă

5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/ba-i-partea-a-1-a-eugen-lozinca 1/43

Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat

B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

BETON ARMATBETON ARMAT ŞIŞI

PRECOMPRIMATPRECOMPRIMAT

Bibliografie recomandată:1. Comportarea şi calculul elementelor din beton armat

Radu Pascu

2. Beton Armat (Note de curs) – Părţile a I-a şi a II-a

Tudor Postelnicu şi Mihai Munteanu

3. SR EN 1992-1-1: Eurocod 2 – Proiectarea structurilor de beton

4. Reinforced Concrete – Mechanics and design (4th edition)

James MacGregor şi James Wight




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

2

Definiţii conform DEX

BETON = Material de construcție obținut prinamestecarea unui material granular (pietriș, nisip) cuun liant (ciment, bitum etc.) și cu apă, și care, după

priză și întărire, devine consistent și rezistent ca piatra.

BETON ARMAT = beton de ciment în masa căruia se înglobează o armătură de oțel, destinată să preiaeforturile de întindere.

BETON PRECOMPRIMAT = beton armat la care se

realizează, înainte de încărcare, o stare permanentă decomprimare (prin întinderea armăturii active de oțel

înainte de (sau după) turnarea betonului.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

3

Noţiuni introductive

( ) ct c f f ⋅= 2010K

BETON este un material compozit format dintr-un liant(pasta de ciment = ciment + apă) şi agregate (nisip şipietriș sau piatră spartă).

Prin întărirea acestui amestec rezultă un material deconstrucţii artificial cu structură de conglomerat.σ

ε

Compresiune

Întindere

cuε

tuε

c f

ct f

]mm / N [ MPa f c2

4020K

=

Rezistenţa la compresiune a betonului:

]mm / N [ MPa , , f ct 2

0280 K=

Rezistenţa la întindere a betonului:

Betonul are o rezistenţă bună lacompresiune, dar o foarte slabă

rezistenţă la întindere.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

4


În elementele structurale apar de regulă eforturi de întindere, generate în principal de solicitări de încovoiere, respectiv de momentele încovoietoare.

Din cauza slabei rezistenţe la întindere, utilizareabetonului simplu este limitată la elemente masive supusedoar la eforturi de compresiune, cum ar fi fundaţiilemasive, zidurile de sprijin, baraje de greutate.

Utilizarea betonului pe scară atât de largă cum este înprezent a fost posibilă datorită asocierii acestuia cu unmaterial care posedă o bună rezistenţă la întindere.

Prin asocierea betonului cu bare de oţel se obţine unmaterial compozit, numit BETON ARMAT, cu o bună rezistenţă la compresiune, calitate intrinsecă a betonului,şi o bună capacitate de preluare a eforturilor de

întindere conferită de prezenţa armăturilor de oţel.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

5


Majoritatea tipurilor de oţel utilizate ca armături înelementele de beton armat se caracterizează printr-olege σ−ε având alura:

Întindere / Compresiune

]mm / N [ MPa f f .comp

y.tens

y2

500300K==

Rezistenţa de curgere a oţelului, atât la întindere, cât şi la compresiune:




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

6


Caracterizarea betonului şi a armăturilor de oţel:

Proprietate BETON OŢEL

Rezistenţa la întindere Slabă Bună

Rezistenţa la compresiune Bună Bună(dar poate flamba)

Rezistenţa la forfecare Moderată Bună

Durabilitate BunăSlabă

(corodează f ără protecţie)

Rezistenţa la foc Bună Slabă

Preţ Scăzut Ridicat

Se observă că cele două materiale sunt complementare. Asocierea betonului cu oţelul a fost posibilă şi datorită:

Coeficienţii de dilatare termică sunt aproximativ egali.

Aderenţa dintre armătură şi beton se produce în mod natural.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

7

Comportarea unei grinzi din beton armat

Analizând comparativ comportarea unei grinzi dintr-un materialelastic / elasto-plastic, din beton simplu şi respectiv din betonarmat, se observă că:

În cazul grinzii din material elastic, ruperea se produce când este atinsă rezistenţa σr a materialului;

Distribuţia eforturilor unitare rămâne liniară de la 0 până la rupere;

Axa neutră nu î şi schimbă poziţia până la rupere.

Grinda din

material elastic




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

8


Grinda din material elasto-plastic

În cazul grinzii din material elasto-plastic, distribuţia eforturilor pe

secţiune este liniară până atingerea efortului de curgere în fibra extremă,după care efortul maxim se plafonează, iar curgerea se propagă spreinteriorul secţiunii;

Ruperea se produce în momentul în care se atinge deformaţia specifică

ultimă în fibra extremă a secţiunii.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

9


Grinda din beton simplu

În cazul grinzii din beton simplu, ruperea se produce când este atinsă rezistenta la întindere f ct a betonului. O fisură perpendiculară pe axa grinzii

apare la partea inferioară a grinzii, se dezvoltă rapid în sus şi declanşează ruperea.

Efortul maxim de compresiune este mult inferior rezistenţei la compresiunea betonului.

Ruperea este casantă (bruscă), f ără avertizare.

σ

ε

Compresiune

Întindere

cuε

tuε

c f

ct f

cσ

ct f tuε

tuc ε ε =

cσ




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

10


Grinda din beton armat

ct f

cd f

s A ss A σ yd s f A

În cazul grinzii din beton armat, atingerea f ct marchează doar începutulfisurării. Eforturile de întindere sunt transferate de la betonul întins la

armătură şi momentul este echilibrat printr-un cuplu format de forţa de întindere din armatură şi rezultanta eforturilor de compresiune din betonulsituat deasupra axei neutre.

La elementele de beton armat corect conformate ruperea se produce numaicând betonul comprimat î şi epuizează capacitatea, mult după intrarea încurgere a armăturii, astfel încât grinda evidenţiază o comportare ductil ă.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

11


Grinda din beton armat

Rezistenţa la încovoiere a unei grinzi din beton armat faţă de cea a uneigrinzi similare din beton simplu este de circa 5 ori mai mare.

Deformaţia (săgeata) grinzii din beton armat la rupere poate fi de circa 50

de ori mai mare decât valoarea asociată fisurării.

ct f

cd f

s A ss A σ yd s f A

(zdrobirea betonului)




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

12


Pentru elementele de beton armat, acest mod specificde rupere ductilă prezintă o serie de avantaje:

1. Avertizare înaintea ruperii, ceea ce oferă posibilitatea luării unor măsuri de intervenţiepentru a o preveni.

2. Capacitate mare de redistribuţie a eforturilor întresecţiunile puternic solicitate şi cele mai puţinsolicitate.

3. Capacitate mare de disipare de energie prin

deformaţii post-elastice ce reprezintă o calitateextrem de importantă în cazul structurilor supuseacţiunilor de natură seismică.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

13


Deoarece betonul armat este un material compozitrezultat din asocierea a două materiale cu proprietăţimecanice diferite, comportarea betonului armat este

diferită şi mult mai complexă decât cea a materialuluiideal, linear-elastic, pe baza căruia sunt dezvoltateteoriile din Rezistenţa Materialelor, şi, mai general, dinMecanica Mediului Continuu.

În plus, după fisurarea betonului întins, materialul î şipierde şi continuitatea.

De asemenea, atât betonul, cât şi armăturile de înaltă rezistenţă folosite la beton precomprimat auproprietăţi reologice (fluaj şi respectiv relaxare).




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

14


Toate aceste particularităţi fac necesar

studiul betonului armat, separat deRezistenţa Materialelor şi Mecanica

Mediului Continuu, dar de o manieră

complementară faţă de acestea.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

15

AVANTAJELE betonului armat

1. Economie: Betonul este un material relativ ieftin; deexemplu, pentru o structură etajată (locuinţe sau birouri),structura din beton armat costă aproximativ de două orimai puţin faţă de varianta cu structură metalică.

2. Accesibilitate: principalele materiale componente (cimentul,nisipul şi pietrişul), precum şi echipamentele de amestecare,sunt accesibile în majoritatea zonelor geografice, iar oţelul

beton este în general mai uşor de transportat decâtelementele structurale metalice.

3. Rezistenţă la foc: structurile trebuie să reziste la acţiuneafocului şi să rămână în picioare suficient timp pentru ca

clădirea să fie evacuată. Structurile de beton au o rezistenţă de circa 2-3 ore la foc, f ără a se lua măsuri speciale, ca încazul structurilor metalice.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

16


4. Cheltuieli reduse de întreţinere: structurile din betonnecesită cheltuieli mult mai mici cu întreţinerea faţă destructurile metalice (protecţii anticorosivă şi ignifugă).

5. Redundanţă structurală: structurile din beton au de regulă un grad ridicat de nedeterminare statică, ceea ce le conferă rezerve de rezistenţă în cazul unor supraîncărcări sauacţiuni accidentale.

6. Versatilitate: posibilitatea de a realiza o mare varietate deforme şi dimensiuni. Betonul proaspăt este plastic şi iaforma cofrajului în care este turnat.

Dimensiunile elementelor nu sunt limitate de dimensiunilesortimentelor disponibile pe piaţă (ca în cazul profilurilormetalice) sau de gabaritele maxime de transport.

Se pot realiza astfel forme extrem de avantajoase structural

şi arhitectural – de exemplu plăci plane şi curbe.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

17


Acoperişul gării din Predeal(placă subţ ire din beton armat)




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

18


Acoperişul Circului Globus(placă subţ ire din beton armat)




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

19


Hangar pentru aviaţ ia militar ă la Orvieto, Italia(grinzi curbe cu placă subţ ire din beton armat)




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

20


Turn de r ăciredin beton armat




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

21

DEZAVANTAJELE betonului armat

1. Greutate specifică relativ ridicată (circa 2,4 t/m3). Acestdezavantaj poate fi compensat prin utilizarea agregateloruşoare, care dau un beton uşor (sub 1,8 t/m3).

2. Raport rezistenţă/greutate relativ mic (pentru beton este decca. 24 MPa / 2400 kg/m3 ≈ 1/100, în timp ce pentru oţel estede 300 MPa / 7850 kg/m3 ≈ 1/30). Acest dezavantaj poate ficompensat prin realizarea de betoane de înaltă rezistenţă

(care au o rezistenţă la compresiune între 60 şi 120 MPa).3. Rezistenţa redusă la întindere a betonului (1/10 ÷ 1/20 din

rezistenţa la compresiune) provoacă fisurarea zonei întinseşi armătura se poate coroda în anumite condiţii.

4. Permeabilitate relativ ridicată. Betonul este permeabildatorită structurii sale poroase; apa poate transporta agenţiagresivi sau poate cauza cicluri de îngheţ-dezgheţ în masa

betonului.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

22


5. Conductivitatea termică şi cea fonică sunt relativ ridicate.6. Necesitatea de a folosi cofraje şi sprijiniri. Realizarea unei

structuri din beton armat implică trei operaţii distincte,consumatoare de materiale şi manoperă, ce nu sunt întâlnitela alte tipuri de structuri: confecţionarea cofrajelor,decofrarea şi susţinerea elementelor până când betonulcapătă suficientă rezistenţă. Eliminarea parţială a acestuidezavantaj se poate face prin standardizarea elementelor (şicofrajelor) şi prin prefabricarea elementelor structurale.

7. Deformaţii care au loc în timp, pe o perioada îndelungată:contracţia de uscare şi curgerea lentă (fluajul). Primul

fenomen poate produce eforturi de întindere dacă deformaţiile sunt împiedecate, iar cel de-al doilea generează creşterea în timp a deformaţiilor (săgeţilor) elementelor

încovoiate. O proiectare şi o execuţie adecvate limitează

efectele negative ale acestor fenomene.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

23


8. Fabricarea cimentului este poluantă. În prezent se faceforturi notabile pentru a se dezvolta tehnologii deproducere a cimentului mai puţin poluante.

9. Transformările ulterioare sau eventualele lucrări deconsolidare sunt relativ greu de realizat.

10. Demolarea este costisitoare, materialele rezultate dindemolare sunt greu de reutilizat.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

24

Scurt istoric

Betonul (conform definiţiei generale) a fost folosit camaterial de construcţii încă din epoca romană.Betonul “roman” utiliza ca liant cenuşa vulcanică şi

mortarul de var.

Pantheon-ul din Roma reprezintă un exemplu deconstrucţ ie la realizarea căreia s-a folosit betonul




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

25

Scurt istoric

Treptat betonul dispare ca material de construcţie şireapare abia în secolul al XIX-lea, după inventareacimentului modern.

Louis Vicat

(1786-1861)

Inventarea cimentului modern este revendicată atâtde francezi (Louis Vicat, 1812-1813), cât şi de englezi(Joseph Aspdin, 1824), care au obţinut ciment prin

arderea unui amestec de calcar şi argilă.

Joseph Aspdin

(1778-1855)




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

26

Scurt istoric

Joseph Aspdin îi dă denumirea de “ciment Portland”,după piatra extrasă din insula Portland din sudulAngliei.

Insula Portland din sudul Angliei




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

27

Scurt istoric

Betonul armat este inventat către mijlocul secolului alXIX-lea; paternitatea sa fiind atribuită grădinaruluifrancez Joseph Monier, pentru că patentele înregistratede el începând cu 1867 au avut efecte, contribuind decisivla dezvoltarea betonului armat ca material structural.

Joseph Monier (1823-1906)

Pod în Chazelet realizatconform unui patent a lui Monier

Brevetele sale au fost cumpărate de firma germană Wayss&Freytag, care a executat numeroase lucrări între

1886 şi 1900 folosind “betonul Monier“.




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

28

Scurt istoric

Utilizarea betonului ca material structural se dezvoltă rapid înultimele două decenii ale secolului al XIX-lea şi începutul secolului alXX-lea.

Inginerii francezi (Hennebique, Considéré) şi germani (Mörsch,

Koenen, Dischinger) au avut contribuţii importante la dezvoltareateoriei şi practicii noului material.

Primele norme de proiectare apar în Elveţia (1903), iar până în 1911

apar norme similare în Germania, Franţa, Marea Britanie, StateleUnite şi Rusia. Se pun bazele metodei de calcul la rezistenteadmisibile, care va fi utilizată până în anii ’50:

• 1903 - “Norme provizorii pentru calculul betonului armat”, Elveţia

• 1904 - “Prima circulară prusiană”, Germania• 1906 - ”Circulara franceză”, Franţa

• 1908 - “Condiţii tehnice pentru construcţii de beton armat”, Rusia

• 1911 - “Circulara engleză”, Marea Britanie




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

29

Scurt istoric

Începând din anii 1930 devine materialul preferatpentru structuri. Pentru construcţii cu deschideri marişi aspect deosebit se utilizează plăci curbe subţiri dinbeton armat.

Piaţ a acoperită din Algeciras(Eduardo Torroja, 1933, 48 m deschidere)




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

30

Scurt istoric

Un moment important îl constituie apariţia betonuluiprecomprimat, legată de numele inginerului francezEugène Freyssinet (1928).

Prin precomprimare se realizează o stare iniţială de compresiune în beton, eliminându-se astfel, total sau parţial, eforturile de întindere în exploatare. Aceasta face să dispară dezavantajelefisurării betonului armat şi permite utilizarea eficace a unorarmături de înaltă rezistenţă.

În consecinţă se pot realiza elemente cu deschideri mult mai maridecât cu beton armat.

Hangar al aeroportului din OrlyEugène Freyssinet (1879-1962)

S i i




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

31

Scurt istoric

Anii ’40 aduc un progres important prin elaborarea teorieişi calculului la rupere de către cercetătorii ruşi.

Comportarea structurilor din beton armat la acţiuniseismice începe să fie intens studiată după cutremurulcalifornian din El Centro, din 1940.O contribuţie deosebită a avut-o profesorul neozeelandez deorigine maghiară Thomas Paulay, care a dezvoltat în anii

’80 metoda proiectării capacitaţii de rezistenţă, influenţândconcepţia privind proiectarea structurilor din beton armatpe plan mondial (şi implicit în România).

Thomas Paulay(1923-2009)

S t i t i




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

32

Scurt istoric

În prezent, construcţiile de beton armat au ajuns laperformanţe tehnice foarte înalte, în ceea ce priveştedimensiunile şi complexitatea formei, şi sunt utilizate înmediile cele mai defavorabile (platforme marine,

anvelope de reactoare nucleare etc.).

Burj Khalifa, Dubai

(828 m înălţ ime)

Vedere din Burj Khalifa

S t i t i




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

33

Scurt istoric

Podul Akashi Kaikyō, Kobe, Japonia

(deschiderea centrală are 1991 m)

S t i t i




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

34

Scurt istoric

Barajul Nurek pe râul Vakhsh, Tajikistan(300 m înălţ ime)

Scurt istoric




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

35

Scurt istoric

Eurotunelul (Tunelul Canalul Mânecii)(50,45 km lungime)

B A I Scurt istoric




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

36

Scurt istoric

Viaductul Millau în sudul Franţ ei

(2460 m lungime, 343 m înălţ ime maximă)

Pilele de beton armat au până la 246 metri înălţ ime.

B A I Scurt istoric




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

37

Scurt istoric

În România, betonul armat a fost utilizat de la începuturile sale, inginerii români construind structuride referinţă (Emil Prager).

Emil Prager (1888-1985)

B A I Scurt istoric




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

38

Scurt istoric

În România, figura cea mai importantă în perioada de început este Anghel Saligny care a realizat în premieră mondială silozuri de cereale la Brăila şi Galaţi cupereţi din elemente prefabricate (1884-1889).

Elemente prefabricatefolosite de Saligny lasilozurile de la Br ăila

B A I Scurt istoric




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

39

Scurt istoric

În 1903 Şcoala de poduri şi şosele din Bucureştiintroduce betonul armat în programa de învăţământ.Primul curs de beton este ţinut de prof. Ion Ionescu(1870-1946): martie 1903 – conferinţa Prof. Ion Ionescu: “Calculul

betonului armat după metoda lui Mathias Koenen”

1903 – primele proiecte de poduri de beton armat la

“Şcoală” 1910 – proiect obligatoriu de beton armat în anul IV

1915 – curs “Construcţii şi proiecte de beton armat”, cu odurată de 90 ore

1915 – lucrarea “Betonul armat – expunere elementară aregulilor de construcţie şi principiilor de calcul”, prof.Ion Ionescu, reeditată 1928

B A I Scurt istoric




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

40

Scurt istoric

Încă din primul deceniu al secolului XX, academicianulGogu Constantinescu realizează diverse lucrări dinbeton armat la Cazinoul din Constanţa (1909), lamoscheea din Constanţa etc.

Ac. Gogu Constantinescu(1881-1965)

B A I Scurt istoric




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

41

Scurt istoric

Tot în primul deceniu al secolului XX, academicianulElie Radu realizează lucrări edilitare şi poduri dinbeton armat.

Ac. Elie Radu(1853-1931)

Podul de la Lainici (peste râul Jiu)realizat în anul 1910

Primăria Capitalei

B A I Scurt istoric




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

42

Scurt istoric

Înainte şi după cel de-al doilea război mondial, figuracea mai proeminentă în domeniul betonului armat afost profesorul Mihail Hangan (1896–1964). A fostprimul Şef al Catedrei de Beton Armat din cadrul

Institutului de Construcţii şi a pus în acest timp bazeleprimului Laborator de Beton Armat din România.

Prof. Mihai Hangan(1897-1964)

B.A. I Scurt istoric




B.A. I

U N I V E

R S I TATEA

T E H N I C A

43

Scurt istoric

În anii 1950-1989 construcţiile din beton armat capătă o dezvoltare deosebită, fiind favorizate de politica deindustrializare a ţării şi de cea de construire de locuinţecolective în oraşele care se dezvoltă rapid.

După 1989 urmează un deceniu în care volumul deconstrucţii este foarte scăzut, însă după anul 2000,

odată cu revirimentul economiei, creşte şi volumul deinvestiţii în construcţii, în special clădiri pentrubirouri, locuinţe şi centre comerciale. Se remarcă creşterea deschiderilor (de la cel mult 6 m la 7,5-8 m) şi

a calităţii betoanelor folosite (de la betoane de clasaBc20–Bc25 la betoane de clase Bc30–Bc40).

ba i - partea a 1-a eugen lozincă

Documents