Universitatea "Transilvania" din Braşov

Facultatea de construcții

Beton armat I

Domokos KingaGrupa 14111 CCIA

Anul II-Sem. II

1.Betonul proaspăt

Betonul proaspat, amestec bine omogenizat de ciment, agregate, apa si eventual aditivi, reprezinta starea betonului din momentul amestecarii cimentului cu apa si agregatele pâna la punerea în opera care nu trebuie sa depa s easca începutul prizei.

Pentru a fi siguri ca betonul preparat va avea în constructie caracteristicile cerute, se fac determinari în stare proaspa ta si întarita . Pe beton proaspa t se efectueaza urma toarele determinari conform SR EN 12350 -2002/2003 si NE 012-2007: consistena si lucrabilitate, densitate aparenta , continut de aer, timp de priza, verificarea compozitiei reale inclusiv a granulozitatii agregatelor din beton.

Determinarea consistentei si lucrabilitatii betonului

Consistenta betonului proaspat defineste mobilitatea acestuia sub actiunea greutatii proprii sau a unor forte exterioare care actioneaza un timp limitat asupra lui.

Lucrabilitatea se caracterizeaza prin lucru mecanic minim de punere în opera, tendinta de segregare redusa si coeziune buna a componentilor. Pe beton proaspat determinarea lucrabilitatii se face la max. 30 minute de la descarcarea din betoniera.

Pentru determinarea consistentei, respectiv lucrabilitatii betonului, din multitudineametodelor si procedeelor utilizate în tehnologia betonului, SR EN 12350/2006 impune

urmatoarele 4 metode:· metoda tasa rii (slump test) SR EN 12350-2/2003· metoda gradului de compactare SR EN 12350-4/2002· metoda de remodelare Vebe SR EN 12350-3/2003· metoda raspandirii (flow test) SR EN 12350-5/2002

1.1 Metoda tasarii este aplicabila betoanelor la care dimensiunea maxima a agregatelor este de max. 120 mm. Metoda consta în ma surarea tasa rii betonului proaspat, sub greutatea proprie.Metoda nu este aplicabila pentru tasari sub 10 mm sau pentru prabusiri sau ruperi partale ale betonului dupa 2 încerca ri consecutive. În functie de consistent betonului (de la foarte vârtos la fluid) sunt definite 5 clase de lucrabilitate de la S1 la S5.

1.2 Metoda gradului de compactare este aplicabila betoanelor deconsistenta vârtoasa la fluida cu dimensiunea maxima a agregatelor de 40 mm.Metoda consta în stabilirea raportului dintre înaltimea initiala a betonului introdusîntr-un recipient (vas) de forma data si înaltimea betonului compactat (corespunza toare densitatii maxime) în recipientul respectiv.

1.3 Metoda de remodelare Vebe este aplicabila betoanelor cu dimensiune maxima a agregatului de 40 mm, fiind utila în special pentru betoanele cu lucrabilitate redusa . Metoda consta în stabilirea duratei (timp Vebe) în care proba de beton se remodeleaza (trece de la forma init iala tronconica în forma cilindrica ) sub efectul vibrarii.Alte metode: înafara metodelor expuse pentru determinarea consistentei respectiv lucrabilitatii se folosesc si alte metode bazate pe tasarea sub sarcina , curgere, remodelare Powers, raspândire, forfecare, penetratie, tendinta de separarea apei, tendinta de segregare etc.

Verificarea granulozitatii agregatelor continute în beton

Prin aceasta determinare se urma res te verificarea respecta rii granulozita t ii agregatului total.

Metoda consta în separarea prin ciuruire a agregatelor cu granule mai mari de 3,15 mm si evaluarea continutului relativ de nisip fin si de agregate a caror dimensiune maxima depaseste dmax admis.

Determinarea volumului de aer antrenat

În masa betonului proaspat intra si o cantitate de aer datorita antrenarii inerente la preparare (de obicei sub 2%) sau datorita utilizarii antrenorilor de aer cu scopul ameliorarii unor caracteristici. Determinarea volumului de aer din beton în cazul utilizarii acestor aditivi prezinta interes întrucât nu trebuie sa se depaseasca anumite limite (cresterea porozitatii ar antrena reducerea rezistentelor mecanice) prin Normativ NE 012-2007 în functie de dimensiunea maxima a

Agregatului. Determinarea volumului de aer oclus se face prin metoda volumetrica cu presiune. În cadrul acestei metode se utilizeaza „aparatul de aer oclus”.

Determinarea densitatii aparente

Determinarea densitatii aparente consta în determinarea masei unei probe de beton proaspat si raportarea acesteia la volumul probei respective în stare compactata. Pentru determinare se utilizeaza un recipient metalic etans de forma cilindrica sau paralelipipedica (inclusiv tiparele pentru turnarea epruvetelor pe care se încearca rezistentele mecanice) având cea mai mica dintre dimensiuni egala cu de cel putin patru ori dimensiunea maxima a granulelor de agregat din beton.

Segregarea betonului

Segregarea  consta in aglomerari de agregate mici sau mari, prezente in anumite zone in timpul turnarii betonului, fara sa fie realizata legarea lor completa prin intermediul pietrei de ciment. Astfel, se intrerupe continuitatea in ceea ce priveste proprietatile de monolitism si omogenitate specifice betonului, provocand o scadere semnificativa a rezistentei.sale,chiar daca s-a respectat reţeta şi procentul elementelor din compoziţie.

2.Rezistențele betonului

2.1 Rezistenţa betonului la compresiune

Rezistenţa betonului în general şi rezistenţa la compresiune în special reprezintă criteriul de calitate al betonului.

În funcţie de forma epruvetelor pe care se determină, rezistenţa la compresiune a betonului poate fi de trei tipuri:

rezistenţa cubică (fcub), determinată pe cuburi cu latura de 150mm (respectiv de 141mm în perioada de tranziţie) sau pe fragmente de prismă, la vârsta de 28 de zile.

La aceeaşi calitate de beton, reproductibilitatea rezultatelor este condiţionată de adoptarea aceleeaşi tehnici de încercare definită prin contactul perfect şi frecarea existentă între proba de beton şi platanele maşinii de încercare, tipul şi caracteristicile presei şi viteza de aplicare a încărcării.

rezistenţa prismatică (fpr), determinată pe epruvete prismatice având raportul h/b=3 şi solicitate în lungul axei lor.

Pentru un raport h/b=3 relaţia dintre rezistenţa prismatică şi cea cubică este de forma:

fpr=(0,87 - 0,002 ∙ fcub) ∙ fcub [N/mm2]

rezistenţa cilindrică (fcil), determinată pe epruvete cilindrice având diametrul d=150mm şi înălţimea h=300mm, la vârsta de 28 de zile. Probele se confecţionează din beton proaspăt sau se extrag prin carotare din elementele de construcţii.Corpurile de probă cilindrice se comportă asemănător cu cele prismatice, rezistenţele obţinute fiind aproximativ egale şi sunt influenţate de raportul dimensional (h/d respectiv h/b) în aceeaşi manieră.

Mecanismul ruperii: Betonul are o structura neomogena. Macroporii si microfisurile sunt defecte structurale care deviaza directiile eforturilor principale, producând concentrari de eforturi de compresiune dupa directia solicitarii si de întindere pe directia perpendiculara.

Rezistenta la compresiune a betonului depinde de numerosi factori, care interactioneaza într-un mod complex.

Forma şi dimensiunile epruvetei Cimentul Apa Agregatele Aditivii şi adaosurile Modul de punere în operă Vârsta Modul de aplicare al încărcării

Este ştiut faptul că rezultatele obţinute la încercările de rezistenţă ale betonului se dispersează în jurul unei valori medii. Spunem, deci, că rezistenţa betonului este o mărime aleatoare. De aceea, pentru o clasă dată de rezistenţă interesează atât valoarea medie, cât şi valoarea limită inferioară, iar uneori şi valoarea limită superioară.

Clasa de rezistenţă a betonului reprezintă rezistenţa caracteristică la compresiune cu riscul (fractilul) de 5%, determinată pe cilindri de 150/300mm (fck.cil) sau pe cuburi cu latura de 150mm (fck.cub), la vârsta de 28 de zile.

Potrivit normelor noi româneşti de proiectare (în curs de elaborare), clasele de rezistenţă ale betoanelor utilizate la lucrări de beton armat şi beton precomprimat sunt următoarele: C12/15, C16/20, C20/25, C25/30, C30/37, C35/45, C40/50, C45/55, C50/60. Prima cifră indică rezistenţa caracteristică la compresiune pe cilindru, iar cea de a doua pe cub.

2.1 Rezistenţa betonului la întindere

Mecanismul ruperii: Ruperea la întindere este de asemenea legata de prezenta microfisurilor. Însa dezvoltarea fisurilor este mai rapida, datorita efectului concentrarii de eforturi de la capetele fisurii. În plus, sectiunea utila scade progresiv odata cu dezvoltarea fisurii. În consecinta, rezistenta la întindere este mult mai mica decât cea la compresiune si ruperea este brusca (nu progresiva ca la compresiune).

Pentru clasele de beton cuprinse între C12/15 şi C50/60 rezistenţa medie la întindere variază între 1,6…4,1 N/mm2. Deşi rezistenţa la întindere a betonului este influenţată de aceeaşi parametri ca şi rezistenţa la compresiune, totuşi se observă că cele două tipuri de rezistenţă nu sunt proporţionale. La clase mai mari de rezistenţă, sporirea rezistenţei la compresiune conduce doar la o mică creştere a rezistenţei la întindere.

Cauzele unei atare comportări a betonului la întindere sunt: prezenţa întotdeauna a microfisurilor în beton înaintea de încărcare, la interfaţa dintre piatra de ciment şi agregate, sub efectul contracţiei; neomogenitatea structurii betonului, în care se pot găsi goluri sau defecte de structură.

Dificultăţile experimentale care însoţesc încercarea betonului la întindere axială fac de regulă preferabile încercările la încovoiere sau la despicare.

Rezistenta la întindere este influentata practic de aceiasi factori ca si rezistenta la compresiune.

2.3 Rezistenţa betonului la solicitări biaxiale şi triaxiale

Rezistenţa betonului la solicitări biaxiale se poate determina efectuând încercări la : compresiune pe ambele direcţii : Rezistenta creste cu 27% pentru s1/_s2 = 0.5 si cu

16% pentru s1/_s2 = 1. Planul de fisurare este paralel cu planul în care actioneaza eforturile. Scurtarea specifica poate atinge 0.003 si alungirea 0.002.

întindere pe ambele direcţi i: Rezistenta la întindere ramâne practic egala cu cea de la întindere monoaxiala. La fel pentru deformatii.

compresiune pe o direcţie şi întindere pe cealaltă : Rezistenta la compresiune scade când efortul de întindere creste. Deseori se considera, în mod simplificat, o relatieliniara. Deformatiile maxime, atât la compresiune cât si la întindere, scad când efortul de întindere creste.

compresiune cu forfecare : În cazul solicitării de compresiune cu forfecare, rezistenţa la compresiune a betonului se reduce pe măsură ce efortul de forfecare creşte.

Atunci când în betonul solicitat triaxial eforturile principale minime σ2 şi σ3 sunt egale se poate considera că rezistenţa după direcţia efortului principal maxim σ1 are valoarea :

σ1 = fc + 4∙σ2

în care fc este rezistenţa la compresiune monoaxială determinată pe cilindri.

3.Durabilitatea betonului

La proiectarea unei structuri, durabilitatea materialelor trebuie evaluata cu tot atâta grija ca si caracteristicile mecanice si costul initial, deoarece cheltuielile pentru reparatii si întretinere sunt ridicate.

3.1 Coroziunea armăturilor

În circumstante normale, alcalinitatea ridicata a betonului protejeaza armaturile acoperite cu beton. Protectia este asigurata de formarea unui strat subtire de oxid de fier pe suprafata barei. Otelul nu este în general corodat atâta vreme cât pH-ul nu coboara sub 10.

Doua mecanisme pot conduce la distrugerea acestei protectii : carbonatareabetonului si actiunea clorurilor.Calea normala de asigurare a protectiei armaturilor contra coroziunii este prevederea unei acoperiri adecvate a armaturilor cu un beton de buna calitate (clasa de rezistenta ridicata, compactare si tratament).Totusi, în medii foarte agresive, se pot lua si alte masuri, mai costisitoare:

utilizarea armaturilor “vopsite” cu un strat de rasina epoxidica; utilizarea otelului inoxidabil sau galvanizat; utilizarea armaturilor din polimeri armati cu fibre (de carbon, caramida, etc.); aplicarea de tratamente de suprafata pe beton pentru a împiedica patrunderea clorurilor

sau a CO2; aplicarea unei protectii catodice.

3.2 Atacuri fizice

Înghet-dezghet: Daca betonul umed este supus frecvent la înghet-dezghet, efectul expansiv al ghietii va distruge betonul. Degradarea datorita înghetului se manifesta de obicei prin sfarâmarea betonului la suprafata sau prin fisuri de suprafata foarte apropiate. Aceste fisuri sunt precursoare sfarâmarii betonului.Degradarea prin înghet-dezghet poate fi evitata prin:

protejarea betonului împotriva saturarii cu apa; utilizarea unui aditiv antrenor de aer la preparare; utilizarea unui beton de înalta rezistenta (un beton cu rezistenta mai mare decât 45 MPa

este insensibil la înghet).Abraziune: Abraziunea poate fi cauzata de traficul auto. Rezistenta la abraziune poate fi obtinuta prin utilizarea unui beton de înalta rezistenta si a agregatelor rezistente la uzura. Rezistenta la abraziune este de asemenea îmbunatatita daca se face un tratament îngrijit al suprafetelor ce pot fi supuse abraziunii

3.3 Atacuri chimice

Atacul sulfatic: Sulfatii solubili (prezenti de exemplu în apele freatice) reactioneaza cu hidroxidul de calciu, rezultând sulfat de calciu care, la rândul sau, formeaza cu C3A etringita“întârziata”. Formarea etringitei este însotita de o expansiune de volum care distruge structura betonului.Atacul acizilor: Acizii ataca compusii continând calciu din beton (în special Ca(OH)2), rezultând compusi solubili care sunt apoi spalati. Efectul acizilor este de a face slaba si permeabila suprafata betonului.Reactia alcali-agregat: Exista doua tipuri de reactii care pot deteriora betonul: reactia alcali-silice si reactia alcali-carbonti. Prima este cea mai frecventa. Este o reactie între alcaliile din ciment si anumite forme de silice, care produce un gel de silice higroscopic. Acest gel absoarbe apa si îsi mareste volumul, producând fisuri în beton. Efectul lor asupra rezistentei structurii este mai mic decât impactul vizual (reducerea de rezistenta nu depaseste de regula 20-30%).

Reactia alcali-silice poate fi evitata prin trei metode: utilizarea unor agregate nereactive(alese pe baza experientei în utilizare, caci nu exista

încercari care sa determine cu suficienta siguranta potentialul reactive al agregatelor); utilizarea unui ciment cu continut scazut de alcalii; împiedicarea patrunderii apei.

Agresivitatea mediului trebuie în principiu definita separat pentru fiecare mecanism de degradare, pentru ca factorii care actioneaza în fiecare caz pot fi diferiti.Clasificarea din normele europene este facuta dupa tipul de atac, în clase, si dupa severitatea atacului, în subclase.

4.Oțelul

Oțelurile se obțin din fonte supuse unor tratamente care au ca scop îndepărtarea sub anumite limite a carbonului (C 1,7%) și a celorlalte elemente p care le conțin, siliciu (Si 0,4%), crom (Cr 0,4%), nichel (Ni 0,4%), mangan (Mn 0,8%) etc. La oțelurile folosite în construcții sudate, procentele de carbon variază între 0,15 ... 0,25 %.

Principalele exigente privind armaturile pentru beton armat sunt:

Rezistenta: Rezistenta buna la întindere a fost motivul principal al asocierii otelului cubetonul în betonul armat. În realitate, nu se urmareste rezistenta (efortul de rupere), ci limita elastica, pentru a asigura o comportare elastica a otelului sub încarcarile de serviciu. Aceasta limita de curgere variaza, pentru otelurile folosite curent, între 240 si 600 MPa.Aderenta: Transmiterea eforturilor între beton si armature se face de regula prin aderenta. Din acest punct de vedere, armaturile sunt împartite în 2 clase: produse netede si produse cu înalta aderenta. Acestea din urma sunt profilate (cu nervuri în relief) sau amprentate (cu adâncituri).Ductilitatea: Ductilitatea (capacitatea de deformatie post-elastica fara scaderea rezistentei) este o caracteristica importanta pentru elementele si structurile de beton armat. O conditie necesara, dar nu suficienta, pentru asigurarea ductilitatii structurale este ductilitatea armaturilor.Principalele avantaje asigurate de comportarea structurala ductila sunt:

avertizarea ruperii, prin deformatii mari redistribuirea eforturilor în structura, limitând concentrarile de eforturi disiparea de energie sub încarcari ciclice (de exemplu seismice)

În acest sens, EN 1992-1-1 defineste trei clase de ductilitate, A, B si CCapacitatea de îndoire: Barele de armatura trebuie uneori îndoite pentru a fi fasonate corect (de exemplu etrierii sau ciocurile barelor). Îndoirea este o deformatie plastica la rece, si trebuie verificat ca armatura îndoita nu este afectata de acest proces. Trebuie subliniat ca deformarea la cald nu este acceptabila pentru ca modifica proprietatile de rezistenta si deformabilitate ale otelului.Sudabilitatea: Majoritatea otelurilor pentru beton armat sunt sudabile, aceasta calitate fiind uneori necesara în procesul de productie (relizarea de caracse de armatura sudate, îmbinarea prin sudare a armaturilor). Sudabilitatea depinde de procentul de carbon, echivalent carbon si alte impuritati (sulf, fosfor, azot).Rezistenta la oboseala: Unele structuri sunt supuse la încarcari repetate (de exemplu tablierele de poduri sau grinzile podurilor rulante). Pentru acestea, comportarea la oboseala a armaturilor este foarte importanta. Mecanismul cedarii la oboseala al armaturilor poate fi descris în mod simplificat în felul urmator: dintr-un punct de concentrare a eforturilor (imperfectiune geometrica, crestatura, punct de coroziune) se formeaza o fisura, care avanseaza treptat,micsorând sectiunea utila a barei. Când sectiunea ramasa devine insuficienta, bara se rupe brusc.

Compozitia otelurilor pentru beton armat si producerea armaturilor

Obtinerea barelor (sau sârmelor) de armatura se face fie prin laminare la cald, fie prin tragere la rece. În primul caz se obtin bare cu palier de curgere distinct si ductilitate buna; în cel de-al doilea caz, barele nu au palier distinct de curgere si deformabilitatea lor este de regula mai redusa. Deformarea la rece produce o ecruisare a otelului. Un caz special de deformare la rece este torsionarea, care produce o ecruisare diferentiata a otelului în functie de distanta la centrul sectiunii.

a) otel laminat la cald b) otel deformat la rece

Diagramele efort-deformatie ale otelurilor pentru beton armat

Caracteristicile otelurilor utilizate în România pentru armature

Otelurile utilizate în România pentru beton armat sunt: bare lise (OB 37), bare profilate (PC 52, PC 60) si sârme trase (STNB, STPB).

OB 37: Otel cu continut mic de carbon, laminat la cald, bare lise cu sectiune circulara.Livrat în colaci (F6...12) sau bare cu lungimea mai mica de 12 m (F > 12). Rezistenta scazuta, ductilitate înalta, aderenta medie cu betonul. Utilizat în general pentru etrieri, armature constructive si de montaj.

PC 52, PC 60: Oteluri cu continut limitat de carbon, slab aliate (1.4% Mn), suprafataprofilata. Rezistenta buna, ductilitate buna, aderenta înalta. Utilizate pentru armaturile de rezistenta.

STNB: Sârme de diametru mic (3...8 mm), trefilate. Din cauza procedeului de fabricatie,otelul este puternic ecruisat, rezistenta fiind marita, în schimb deformatiile sunt limitate. De asemenea, suprafata este foarte lisa, ceea ce face ca aderenta sa fie foarte proasta. Sunt utilizate de obicei sub forma de plase sau caracse sudate în puncte.

STPB: Singura diferenta fata de STNB este existenta nervurilor pe suprafata (cuaspect asemator celor de la PC 52, fara nervuri longitudinale). Existenta nervurilor creste substantial aderenta.

a) PC 60 b) PC 52

Dupa rolul lor în elementele de beton armat, armaturile pot fi clasificate în una dincategoriile urmatoare:

• Armaturi de rezistenta: Preiau eforturi. Cantitatea necesara rezulta dintr-un calcul de rezistenta.• Armaturi constructive: Preiau eforturi. Cantitatea necesara nu rezulta dintr-un calcul, ci din reguli empirice.• Armaturi de montaj: Nu preiau eforturi. Rolul lor este sa ajute la realizarea carcasei de armatura si sa-i asigure stabilitatea în timpul turnarii betonului.