beton armat i - partea 1 - eugen lozinca

ef lucrri dr.ing. Eugen LozincCatedra Construcii de Beton Armat

B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

BETON ARMAT BETON ARMAT I I PRECOMPRIMATPRECOMPRIMAT

Bibliografie recomandat:1. Comportarea i calculul elementelor din beton armat

Radu Pascu

2. Beton Armat (Note de curs) Prile a I-a i a II-aTudor Postelnicu i Mihai Munteanu

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

4. Reinforced Concrete Mechanics and design (4th edition)James MacGregor i James Wight


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

2

Definiii conform DEX

BETON = Material de construcie obinut prin amestecarea unui material granular (pietri, nisip) cu un liant (ciment, bitum etc.) i cu ap, i care, dup priz i ntrire, devine consistent i rezistent ca piatra.

BETON ARMAT = beton de ciment n masa cruia se nglobeaz o armtur de oel, destinat s preia eforturile de ntindere.

BETON PRECOMPRIMAT = beton armat la care se realizeaz, nainte de ncrcare, o stare permanent de comprimare (prin ntinderea armturii active de oel nainte de (sau dup) turnarea betonului.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

3

Noiuni introductive

( ) ctc ff = 2010K

BETON este un material compozit format dintr-un liant (pasta de ciment = ciment + ap) i agregate (nisip i pietri sau piatr spart).Prin ntrirea acestui amestec rezult un material de construcii artificial cu structur de conglomerat.

Compresiune

ntindere

cutu

cf

ctf

]mm/N[MPafc24020K=

Rezistena la compresiune a betonului:

]mm/N[MPa,,fct20280 K=

Rezistena la ntindere a betonului:

Betonul are o rezisten bun la compresiune, dar o foarte slab

rezisten la ntindere.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

4

Noiuni introductive

n elementele structurale apar de regul eforturi de ntindere, generate n principal de solicitri de ncovoiere, respectiv de momentele ncovoietoare.

Din cauza slabei rezistene la ntindere, utilizarea betonului simplu este limitat la elemente masive supuse doar la eforturi de compresiune, cum ar fi fundaiile masive, zidurile de sprijin, baraje de greutate.

Utilizarea betonului pe scar att de larg cum este n prezent a fost posibil datorit asocierii acestuia cu un material care posed o bun rezisten la ntindere.

Prin asocierea betonului cu bare de oel se obine un material compozit, numit BETON ARMAT, cu o bun rezisten la compresiune, calitate intrinsec a betonului, i o bun capacitate de preluare a eforturilor de ntindere conferit de prezena armturilor de oel.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

5

Noiuni introductive

Majoritatea tipurilor de oel utilizate ca armturi n elementele de beton armat se caracterizeaz printr-o lege avnd alura:

ntindere / Compresiune

]mm/N[MPaff .compy.tens

y2500300K==

Rezistena de curgere a oelului, att la ntindere, ct i la compresiune:


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

6

Noiuni introductive

Caracterizarea betonului i a armturilor de oel:Proprietate BETON OEL

Rezistena la ntindere Slab Bun

Rezistena la compresiune Bun Bun(dar poate flamba)

Rezistena la forfecare Moderat Bun

Durabilitate Bun Slab(corodeaz fr protecie)

Rezistena la foc Bun Slab

Pre Sczut Ridicat

Se observ c cele dou materiale sunt complementare. Asocierea betonului cu oelul a fost posibil i datorit:

Coeficienii de dilatare termic sunt aproximativ egali. Aderena dintre armtur i beton se produce n mod natural.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

7

Comportarea unei grinzi din beton armat

Analiznd comparativ comportarea unei grinzi dintr-un material elastic / elasto-plastic, din beton simplu i respectiv din beton armat, se observ c:

n cazul grinzii din material elastic, ruperea se produce cnd este atins rezistena r a materialului;

Distribuia eforturilor unitare rmne liniar de la 0 pn la rupere; Axa neutr nu i schimb poziia pn la rupere.

Grinda din material elastic


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

8


Grinda din material elasto-plastic

n cazul grinzii din material elasto-plastic, distribuia eforturilor pe seciune este liniar pn atingerea efortului de curgere n fibra extrem, dup care efortul maxim se plafoneaz, iar curgerea se propag spre interiorul seciunii;

Ruperea se produce n momentul n care se atinge deformaia specific ultim n fibra extrem a seciunii.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

9


Grinda din beton simplu

n cazul grinzii din beton simplu, ruperea se produce cnd este atins rezistenta la ntindere fct a betonului. O fisur perpendicular pe axa grinzii apare la partea inferioar a grinzii, se dezvolt rapid n sus i declaneaz ruperea.

Efortul maxim de compresiune este mult inferior rezistenei la compresiune a betonului.

Ruperea este casant (brusc), fr avertizare.

Compresiune

ntinderecu

tu

cf

ctf

c

ctftu

tuc =c


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

10


Grinda din beton armat

ctf

cdf

sA ssA yds fA

n cazul grinzii din beton armat, atingerea fct marcheaz doar nceputul fisurrii. Eforturile de ntindere sunt transferate de la betonul ntins la armtur i momentul este echilibrat printr-un cuplu format de fora de ntindere din armatur i rezultanta eforturilor de compresiune din betonul situat deasupra axei neutre.

La elementele de beton armat corect conformate ruperea se produce numai cnd betonul comprimat i epuizeaz capacitatea, mult dup intrarea n curgere a armturii, astfel nct grinda evideniaz o comportare ductil.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

11


Grinda din beton armat

Rezistena la ncovoiere a unei grinzi din beton armat fa de cea a unei grinzi similare din beton simplu este de circa 5 ori mai mare.

Deformaia (sgeata) grinzii din beton armat la rupere poate fi de circa 50 de ori mai mare dect valoarea asociat fisurrii.

ctf

cdf

sA ssA yds fA

(zdrobirea betonului)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

12


Pentru elementele de beton armat, acest mod specific de rupere ductil prezint o serie de avantaje:

1. Avertizare naintea ruperii, ceea ce ofer posibilitatea lurii unor msuri de intervenie pentru a o preveni.

2. Capacitate mare de redistribuie a eforturilor ntre seciunile puternic solicitate i cele mai puin solicitate.

3. Capacitate mare de disipare de energie prin deformaii post-elastice ce reprezint o calitate extrem de important n cazul structurilor supuse aciunilor de natur seismic.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

13


Deoarece betonul armat este un material compozit rezultat din asocierea a dou materiale cu proprieti mecanice diferite, comportarea betonului armat este diferit i mult mai complex dect cea a materialului ideal, linear-elastic, pe baza cruia sunt dezvoltate teoriile din Rezistena Materialelor, i, mai general, din Mecanica Mediului Continuu.

n plus, dup fisurarea betonului ntins, materialul i pierde i continuitatea.

De asemenea, att betonul, ct i armturile de nalt rezisten folosite la beton precomprimat au proprieti reologice (fluaj i respectiv relaxare).


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

14


Toate aceste particulariti fac necesar studiul betonului armat, separat de Rezistena Materialelor i Mecanica

Mediului Continuu, dar de o manier complementar fa de acestea.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

15

AVANTAJELE betonului armat

1. Economie: Betonul este un material relativ ieftin; de exemplu, pentru o structur etajat (locuine sau birouri), structura din beton armat cost aproximativ de dou ori mai puin fa de varianta cu structur metalic.

2. Accesibilitate: principalele materiale componente (cimentul, nisipul i pietriul), precum i echipamentele de amestecare, sunt accesibile n majoritatea zonelor geografice, iar oelul beton este n general mai uor de transportat dect elementele structurale metalice.

3. Rezisten la foc: structurile trebuie s reziste la aciunea focului i s rmn n picioare suficient timp pentru ca cldirea s fie evacuat. Structurile de beton au o rezisten de circa 2-3 ore la foc, fr a se lua msuri speciale, ca n cazul structurilor metalice.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

16


4. Cheltuieli reduse de ntreinere: structurile din beton necesit cheltuieli mult mai mici cu ntreinerea fa de structurile metalice (protecii anticorosiv i ignifug).

5. Redundan structural: structurile din beton au de regul un grad ridicat de nedeterminare static, ceea ce le confer rezerve de rezisten n cazul unor suprancrcri sau aciuni accidentale.

6. Versatilitate: posibilitatea de a realiza o mare varietate de forme i dimensiuni. Betonul proaspt este plastic i ia forma cofrajului n care este turnat.Dimensiunile elementelor nu sunt limitate de dimensiunile

sortimentelor disponibile pe pia (ca n cazul profilurilor metalice) sau de gabaritele maxime de transport.Se pot realiza astfel forme extrem de avantajoase structural i arhitectural de exemplu plci plane i curbe.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

17


Acoperiul grii din Predeal(plac subire din beton armat)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

18


Acoperiul Circului Globus(plac subire din beton armat)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

19


Hangar pentru aviaia militar la Orvieto, Italia(grinzi curbe cu plac subire din beton armat)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

20


Turn de rcire din beton armat


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

21

DEZAVANTAJELE betonului armat

1. Greutate specific relativ ridicat (circa 2,4 t/m3). Acest dezavantaj poate fi compensat prin utilizarea agregatelor uoare, care dau un beton uor (sub 1,8 t/m3).

2. Raport rezisten/greutate relativ mic (pentru beton este de cca. 24 MPa / 2400 kg/m3 1/100, n timp ce pentru oel este de 300 MPa / 7850 kg/m3 1/30). Acest dezavantaj poate fi compensat prin realizarea de betoane de nalt rezisten (care au o rezisten la compresiune ntre 60 i 120 MPa).

3. Rezistena redus la ntindere a betonului (1/10 1/20 din rezistena la compresiune) provoac fisurarea zonei ntinse i armtura se poate coroda n anumite condiii.

4. Permeabilitate relativ ridicat. Betonul este permeabil datorit structurii sale poroase; apa poate transporta ageni agresivi sau poate cauza cicluri de nghe-dezghe n masa betonului.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

22


5. Conductivitatea termic i cea fonic sunt relativ ridicate.

6. Necesitatea de a folosi cofraje i sprijiniri. Realizarea unei structuri din beton armat implic trei operaii distincte, consumatoare de materiale i manoper, ce nu sunt ntlnite la alte tipuri de structuri: confecionarea cofrajelor, decofrarea i susinerea elementelor pn cnd betonul capt suficient rezisten. Eliminarea parial a acestui dezavantaj se poate face prin standardizarea elementelor (i cofrajelor) i prin prefabricarea elementelor structurale.

7. Deformaii care au loc n timp, pe o perioada ndelungat: contracia de uscare i curgerea lent (fluajul). Primul fenomen poate produce eforturi de ntindere dac deformaiile sunt mpiedecate, iar cel de-al doilea genereaz creterea n timp a deformaiilor (sgeilor) elementelor ncovoiate. O proiectare i o execuie adecvate limiteaz efectele negative ale acestor fenomene.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

23


8. Fabricarea cimentului este poluant. n prezent se fac eforturi notabile pentru a se dezvolta tehnologii de producere a cimentului mai puin poluante.

9. Transformrile ulterioare sau eventualele lucrri de consolidare sunt relativ greu de realizat.

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


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

24

Scurt istoric

Betonul (conform definiiei generale) a fost folosit ca material de construcii nc din epoca roman. Betonul roman utiliza ca liant cenua vulcanic i mortarul de var.

Pantheon-ul din Roma reprezint un exemplu de construcie la realizarea creia s-a folosit betonul


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

25

Scurt istoric

Treptat betonul dispare ca material de construcie i reapare abia n secolul al XIX-lea, dup inventarea cimentului modern.

Louis Vicat(1786-1861)

Inventarea cimentului modern este revendicat att de francezi (Louis Vicat, 1812-1813), ct i de englezi (Joseph Aspdin, 1824), care au obinut ciment prin arderea unui amestec de calcar i argil.

Joseph Aspdin(1778-1855)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

26

Scurt istoric

Joseph Aspdin i d denumirea de ciment Portland, dup piatra extras din insula Portland din sudul Angliei.

Insula Portland din sudul Angliei


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

27

Scurt istoric

Betonul armat este inventat ctre mijlocul secolului al XIX-lea; paternitatea sa fiind atribuit grdinarului francez Joseph Monier, pentru c patentele nregistrate de el ncepnd cu 1867 au avut efecte, contribuind decisiv la dezvoltarea betonului armat ca material structural.

Joseph Monier(1823-1906)

Pod n Chazelet realizat conform unui patent a lui Monier

Brevetele sale au fost cumprate de firma german Wayss&Freytag, care a executat numeroase lucrri ntre 1886 i 1900 folosind betonul Monier.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

28

Scurt istoric

Utilizarea betonului ca material structural se dezvolt rapid n ultimele dou decenii ale secolului al XIX-lea i nceputul secolului al XX-lea.

Inginerii francezi (Hennebique, Considr) i germani (Mrsch, Koenen, Dischinger) au avut contribuii importante la dezvoltarea teoriei i practicii noului material.

Primele norme de proiectare apar n Elveia (1903), iar pn n 1911 apar norme similare n Germania, Frana, Marea Britanie, Statele Unite i Rusia. Se pun bazele metodei de calcul la rezistente admisibile, care va fi utilizat pn n anii 50: 1903 - Norme provizorii pentru calculul betonului armat, Elveia 1904 - Prima circular prusian, Germania 1906 - Circulara francez, Frana 1908 - Condiii tehnice pentru construcii de beton armat, Rusia 1911 - Circulara englez, Marea Britanie


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

29

Scurt istoric

ncepnd din anii 1930 devine materialul preferat pentru structuri. Pentru construcii cu deschideri mari i aspect deosebit se utilizeaz plci curbe subiri din beton armat.

Piaa acoperit din Algeciras(Eduardo Torroja, 1933, 48 m deschidere)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

30

Scurt istoric

Un moment important l constituie apariia betonului precomprimat, legat de numele inginerului francez Eugne Freyssinet (1928).Prin precomprimare se realizeaz o stare iniial de compresiune n beton, eliminndu-se astfel, total sau parial, eforturile de ntindere n exploatare. Aceasta face s dispar dezavantajele fisurrii betonului armat i permite utilizarea eficace a unor armturi de nalt rezisten.n consecin se pot realiza elemente cu deschideri mult mai mari dect cu beton armat.

Hangar al aeroportului din OrlyEugne Freyssinet (1879-1962)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

31

Scurt istoric

Anii 40 aduc un progres important prin elaborarea teoriei i calculului la rupere de ctre cercettorii rui.

Comportarea structurilor din beton armat la aciuni seismice ncepe s fie intens studiat dup cutremurul californian din El Centro, din 1940.O contribuie deosebit a avut-o profesorul neozeelandez de origine maghiar Thomas Paulay, care a dezvoltat n anii 80 metoda proiectrii capacitaii de rezisten, influennd concepia privind proiectarea structurilor din beton armat pe plan mondial (i implicit n Romnia).

Thomas Paulay(1923-2009)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

32

Scurt istoric

n prezent, construciile de beton armat au ajuns la performane tehnice foarte nalte, n ceea ce privete dimensiunile i complexitatea formei, i sunt utilizate n mediile cele mai defavorabile (platforme marine, anvelope de reactoare nucleare etc.).

Burj Khalifa, Dubai(828 m nlime)

Vedere din Burj Khalifa


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

33

Scurt istoric

Podul Akashi Kaiky, Kobe, Japonia(deschiderea central are 1991 m)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

34

Scurt istoric

Barajul Nurek pe rul Vakhsh, Tajikistan(300 m nlime)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

35

Scurt istoric

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


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

36

Scurt istoric

Viaductul Millau n sudul Franei(2460 m lungime, 343 m nlime maxim)

Pilele de beton armat au pn la 246 metri nlime.


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

37

Scurt istoric

n Romnia, betonul armat a fost utilizat de la nceputurile sale, inginerii romni construind structuri de referin (Emil Prager).

Emil Prager(1888-1985)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

38

Scurt istoric

n Romnia, figura cea mai important n perioada de nceput este Anghel Saligny care a realizat n premier mondial silozuri de cereale la Brila i Galai cu perei din elemente prefabricate (1884-1889).

Elemente prefabricate folosite de Saligny la silozurile de la Brila


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

39

Scurt istoric

n 1903 coala de poduri i osele din Bucureti introduce betonul armat n programa de nvmnt. Primul curs de beton este inut de prof. Ion Ionescu(1870-1946): martie 1903 conferina Prof. Ion Ionescu: Calculul

betonului armat dup metoda lui Mathias Koenen 1903 primele proiecte de poduri de beton armat la

coal 1910 proiect obligatoriu de beton armat n anul IV 1915 curs Construcii i proiecte de beton armat, cu o

durat de 90 ore 1915 lucrarea Betonul armat expunere elementar a

regulilor de construcie i principiilor de calcul, prof. Ion Ionescu, reeditat 1928


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

40

Scurt istoric

nc din primul deceniu al secolului XX, academicianul Gogu Constantinescu realizeaz diverse lucrri din beton armat la Cazinoul din Constana (1909), la moscheea din Constana etc.

Ac. Gogu Constantinescu(1881-1965)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

41

Scurt istoric

Tot n primul deceniu al secolului XX, academicianul Elie Radu realizeaz lucrri edilitare i poduri din beton armat.

Ac. Elie Radu(1853-1931)

Podul de la Lainici (peste rul Jiu) realizat n anul 1910

Primria Capitalei


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

42

Scurt istoric

nainte i dup cel de-al doilea rzboi mondial, figura cea mai proeminent n domeniul betonului armat a fost profesorul Mihail Hangan (18961964). A fost primul ef al Catedrei de Beton Armat din cadrul Institutului de Construcii i a pus n acest timp bazele primului Laborator de Beton Armat din Romnia.

Prof. Mihai Hangan(1897-1964)


B.A. I

UNIVERSIT

ATEA

TEHNICA

43

Scurt istoric

n anii 1950-1989 construciile din beton armat capt o dezvoltare deosebit, fiind favorizate de politica de industrializare a rii i de cea de construire de locuine colective n oraele care se dezvolt rapid.

Dup 1989 urmeaz un deceniu n care volumul de construcii este foarte sczut, ns dup anul 2000, odat cu revirimentul economiei, crete i volumul de investiii n construcii, n special cldiri pentru birouri, locuine i centre comerciale. Se remarc creterea deschiderilor (de la cel mult 6 m la 7,5-8 m) i a calitii betoanelor folosite (de la betoane de clasa Bc20Bc25 la betoane de clase Bc30Bc40).

beton armat i - partea 1 - eugen lozinca

Documents