C A P I T O L U L 9PRINCIPII DE PROIECTARE

9.1. Principiile de bază ale proiectării

Normele europene [5] conţin principiile de bază ale proiectării structurilor din beton armat şi precomprimat, realizate din beton cu agregate cu densitate normală şi pentru cele cu agregate uşoare (Secţiunea 11). În cele mai multe situaţii, precomprimarea este destinată să aibă un efect favorabil. De aceea, pentru verificarea în starea limită ultimă, coeficientul parţial de siguranţă pentru precomprimare se consideră cu valoarea γP,fav = 1. La verificarea în starea limită de stabilitate, în cazul precomprimării externe, atunci când o sporire a precomprimării poate avea efect defavorabil, se va utiliza un coeficient parţial de siguranţă γP,defav = 1,3. De asemenea, la verificarea efectelor locale se va utiliza un coeficient γP,defav = 1,2.

Durabilitatea unei structuri se asigură prin satisfacerea cerinţelor de funcţionabilitate, rezistenţă şi stabilitate de-a lungul duratei sale de viaţă preconizată, fără pierderi semnificative de utilitate sau cheltuieli excesive neprevăzute de întreţinere.

Normele EN 206 stabilesc clasele de expunere a structurilor în funcţie de condiţiile ambientale. Acestea sunt: XO – când nu există riscul de coroziune sau atac, XC1, XC2, XC3, XC4 – coroziune indusă prin carbonatare, XD1, XD2, XD3 – coroziune indusă de cloruri, XS1, XS2, XS3 – coroziune indusă de cloruri din apa de mare, XF1, XF2, XF3, XF4 – atacul îngheţ-dezgheţului, XA1, XA2, XA3 – atacul chimic.

Proiectarea la durabilitate constă în alegerea clasei betonului cu ajutorul tabelului 1.2 şi a stratului de acoperire cu beton a armăturii, definit ca distanţa dintre suprafaţa armăturii (incluzând etrierii şi armătura de suprafaţă) şi cea mai apropiată suprafaţă de beton. Stratul nominal de acoperire (cnom) se compune din stratul minim (cmin) şi toleranţa admisă în proiectare:

cnom = cmin + ∆ctot (1.18)

unde cmin se prevede pentru a asigura:

transmiterea sigură a forţelor de aderenţă, protecţia oţelului împotriva coroziunii, asigurarea rezistenţei adecvate la foc.

La proiectare trebuie să se folosească valoarea cea mai mare pentru cmin care să satisfacă ambele cerinţe, pentru aderenţă şi condiţiile de mediu:

cmin = max{cmin,b; cmin,dur + ∆cdur,γ - ∆cdur,st - ∆cdur,add; 10mm} (1.19)unde:

cmin,b – stratul de acoperire din cerinţele de aderenţă,cmin,dur – idem din condiţiile de mediu,∆cdur,γ – element aditiv de siguranţă,∆cdur,st – reducerea stratului minim pentru utilizarea oţelului inoxidabil,

Tabelul 1.2. Clasele indicatoare de rezistenţă

∆cdur,add – idem pentru utilizarea protecţiei adiţionale.

Valoarea cmin,b în cazul canalelor circulare pentru tendoane aderente este egală cu diametrul canalului. Pentru canalele rectangulare ale armăturilor postîntinse, cmin,b se ia cea mai mare dintre dimensiunea minimă sau jumătate din dimensiunea mai mare. În cazul tendoanelor preîntinse, cmin,b se ia dublul diametrului tendonului sau sârmei, respectiv triplul diametrului sârmelor amprentate.

Valoarea cmin,dur este dată în tabelul 1.3. Clasa minimă recomandată a structurii este 1.

Valoarea recomandată pentru toleranţă este ∆ctol = 10mm. Acolo unde procesul de fabricaţie este supus unui sistem de asigurare a calităţii, în care monitorizarea include măsurarea stratului de acoperire, ∆c tol se poate reduce la 10mm≥∆ctol≥5mm. Dacă se utilizează dispozitive de măsură foarte sensibile pentru monitorizare şi elementele cu neconformităţi sunt eliminate (de exemplu la elementele prefabricate), ∆ctot se poate reduce la 10mm≥∆ctol≥0mm.

Analiza structurală se face în scopul stabilirii distribuţiei forţelor interioare şi a momentelor, fie a eforturilor, deformaţiilor şi deplasărilor pe întreaga structură sau a unei părţi a ei. Atunci când este cazul, se face şi o analiză locală, ipoteza distribuţiei liniare a deformaţiilor nefiind validă (de exemplu în zonele de ancorare).

Tabelul 1.3. Valorile cmin,dur pentru oţel pretensionat

La stabilirea ipotezelor de încărcări şi a grupărilor de încărcări, efectul precomprimării se consideră ca o acţiune permanentă. În mod simplificat se consideră:

deschiderile alternante încărcate cu sarcini de calcul variabile şi permanente (γQ∙Qk + γG∙Gk + Pm), celelalte deschideri suportând numai sarcini de calcul permanente (γG∙Gk + Pm), fiecare două deschideri adiacente încărcate cu sarcini de calcul variabile şi permanente, toate celelalte deschideri preluând numai sarcini de calcul permanente.

Mai sus s-au notat cu Qk şi Gk valorile caracteristice ale acţiunilor variabile, respectiv permanente, cu γQ şi γG coeficienţii parţiali de siguranţă ai acţiunilor Qk şi Gk, şi cu Pm forţa de precomprimare cu valoare medie.

Efectul precomprimării poate fi considerat ca o acţiune sau o rezistenţă cauzată prin predeformare şi precurbare. Contribuţia tendoanelor pretensionate la rezistenţa secţiunii trebuie să fie limitată la rezistenţa adiţională a lor peste pretensionare. Aceasta poate fi calculată considerând că originea diagramei efort- -deformaţie a tendonului se deplasează cu efectul precomprimării.

Ruperea fragilă a elementului cauzată de ruperea tendoanelor pretensionate trebuie evitată. Acestă cerinţă poate fi satisfăcută prin una sau mai multe din următoarele metode:

a – prevederea unei armături minime,b – prevederea tendoanelor pretensionate aderente,c – prevederea unui acces uşor la elementele din beton precomprimat în vederea verificării şi controlării condiţiei tendoanelor prin metode nedistructive sau prin monitorizare,d – asigurarea unei clarităţi satisfăcătoare privind reliabilitatea tendoanelor,e – asigurarea că, dacă ruperea poate apărea fie datorită sporirii încărcărilor fie a reducerii precomprimării sub combinaţiile frecvente de acţiuni, fisurarea se va produce înainte de epuizarea capacităţii portante ultime, luând în considerare efectul redistribuirilor datorate efectelor fisurării.

Forţa de precomprimare are diferite valori în diferitele etape de realizare, manipulare şi funcţionare a elementelor structurale.

Forţa aplicată asupra unui tendon nu va depăşi valoarea:Pmax = Ap ∙ σp,max (1.20)

în care:Ap este aria secţiunii transversale a tendonului,σp,max – efortul maxim aplicat asupra tendonului,

= min{k1∙fpk; k2∙fp0,1k}

Valorile recomandate pentru coeficienţii de mai sus sunt: k1 = 0,8 şi k2 = 0,9.

Atunci când forţa de precomprimare din presă poate fi măsurată cu precizia de ±5% din forţa finală de pretensionare, se poate admite că:

Pmax = k3 ∙ Ap ∙ σp,max (1.21)unde k3 = 0.95. (de exemplu pentru apariţia unei frecări mari neaşteptate la pretensionarea pe lungime mare).

Eforturile unitare din beton trebuie limitate pentru evitarea strivirii locale sau a despicării betonului la capetele elementelor pre- sau postcomprimate.

Efortul de compresiune în beton din precomprimare şi alte încărcări trebuie să fie limitat la valoarea:σc ≤ 0.60 ∙ fck(t) (1.22)

unde fck(t) este rezistenţa caracteristică la compresiune a betonului la timpul t când este supus la forţa de precomprimare. La elementele preîntinse, efortul din beton în timpul transferului poate atinge valoarea k6 ∙ fck(t), admiţând k6 = 0.7, dacă se poate justifica prin încercări sau prin experienţă că fisurile longitudinale sunt evitate. Dacă efortul de compresiune depăşeşte în permanenţă 0,45∙fck(t), trebuie să se ia în considerare curgerea lentă neliniară.

La postcomprimare, forţa de pretensionare şi alungirea corespunzătoare a tendonului trebuie să fie verificate prin măsurători şi trebuie controlată valoarea reală a pierderilor de tensiune din frecare.

Forţa de precomprimare medie, la un timp t şi la o distanţă x (sau pe lungimea arcului) de capătul activ al tendonului P m,t(x) este egală cu forţa maximă Pmax impusă la capătul activ (de tragere) minus pierderile de tensiune imediate (instantanee) şi pierderile de tensiune dependente de timp (reologice).

Forţa de precomprimare iniţială Pm0(x) (la timpul t=t0) aplicată asupra betonului imediat după tensionare şi ancorare (post-tensionare) sau după transfer (pre-tensionare) se obţine prin scăderea din forţa de tensionare Pmax a pierderilor de tensiune imediate ∆Pi(x), şi nu poate depăşi următoarea valoare:

Pm0(x) = Ap ∙ σpm0(x) (1.23)unde:

σpm0(x) este efortul în tendon imediat după tensionare sau transfer= min{k7∙fpk; k8∙fp0,1k}

k7 = 0,75; k8 = 0,85.

Pierderile de tensiune imediate ∆Pi(x) iau în considerare următoarele influenţe: deformarea elastică a betonului (∆Pel), relaxarea de scurtă durată (∆Pr), frecarea (∆Pμ(x)), alunecarea şi deformarea ancorajelor (∆Psl).

Valoarea medie a forţei de precomprimare la un timp t > t0 se determină cu relaţia:Pm,t(x) = Pm0(x) - ∆Pc+s+r(x) (1.24)

unde:∆Pc+s+r(x) este pierderea de tensiune dependentă de timp, ca rezultat al curgerii lente şi a contracţiei betonului şi a relaxării de lungă durată a oţelului pretensionat.

Pierderile de tensiune imediate pentru preîntindere se produc: în timpul procesului de tensionare: pierderi datorită frecării pe porţiunile curbe şi pierderi de tensiune datorate lunecării în ancoraje,

înainte de transferul forţei de precomprimare la beton: pierderi de tensiune din relaxarea tendoanelor pretensionate în timpul care trece între tensionarea tendonului şi precomprimarea betonului, la transfer: pierderi datorită deformării elastice a betonului ca rezultat al acţiunii tendoanelor preîntinse, când sunt eliberate din ancoraje.

Pierderile de tensiune imediate pentru postîntindere se referă la:1. Deformaţia instantanee a betonului, luând în considerare ordinea în care se întind tendoanele. Pierderea de tensiune

corespunzătoare poate fi considerată ca o pierdere medie în fiecare tendon, după cum urmează:

(1.25)

unde:σc(t) este variaţia efortului în beton la centrul de greutate al tendonului, aplicat la timpul t,j – coeficient,

= , n fiind numărul de tendoane identice întinse succesiv,

= 1 pentru variaţii ale acţiunilor permanente aplicate după pretensionare.

2. Frecarea, datorită căreia se produce o pierdere de tensiune:(1.26)

în care:θ este suma deviaţiilor unghiulare pe distanţa x (independent de direcţie sau semn),μ – coeficient de frecare între tendon şi canal, având valoarea din tabelul 4,k – deviaţia unghiulară neintenţionată a tendoanelor interioare (pe unitatea de lungime), care este cuprinsă, în general, în intervalul 0,005<k<0,01,x – distanţa de-a lungul tendonului, de la punctul în care forţa de precomprimare este egală cu Pmax (forţa la capătul activ în timpul tensionării).

Tabelul 1.4. Coeficienţii de frecare μ pentru tendoane postîntinse şi tendoane externe neaderente.

Notă: HDPE – polietilenă cu densitate mare

3. Alunecarea şi deformare în ancoraje, ale căror valori sunt date în autorizaţii tehnice speciale.

Pierderile de tensiune dependente de timp, pentru elementele pre- şi post-întinse la distanţa x şi la timpul t sub încărcări permanente, pot fi evaluate cu o metodă simplificată astfel:

(1.27)unde:

εcs este deformaţia estimată de contracţie, în valoare absolută,Ep, Ecm – modulele de elasticitate pentru oţelul pretensionat şi beton,σpr – valoarea absolută a variaţiei efortului în tendon în punctul x, la timpul t, datorită relaxării oţelului, determinată pentru

un efort σp∙(G + Pm0 + ψ2∙Q),- coeficientul curgerii lente la timpul t şi încărcarea aplicată la timpul t0,

σc,QP – efortul în betonul adiacent tendoanelor, produs de greutatea proprie, precomprimarea iniţială şi alte acţiuni cvasipermanente,

Ap, Ac – ariile tendoanelor pretensionate la nivelul considerat, respectiv aria secţiunii de beton,zcp – distanţa dintre centrul de greutate al secţiunii de beton şi tendoane.

Efectul precomprimării în starea limită ultimă se ia în considerare cu valoarea de calcul a forţei de precomprimare:Pd,t(x) = γP ∙ Pm,t(x)

În starea limită de serviciu se ia în considerare variaţia posibilă a pretensionării. Cele două valori caracteristice ale forţei de precomprimare, superioară şi inferioară sunt:

Pk,sup = rsup ∙ Pm,t(x) (1.28)Pk,inf = rinf ∙ Pm,t(x) (1.29)

unde:rsup = 1,05 şi rinf = 0,95 – pentru pretensionare sau tendoane neaderente,rsup = 1,10 şi rinf = 0,90 – pentru posttensionare cu toroane aderente,rsup = rinf = 1,00 – când se iau măsuri adecvate (de exemplu măsurarea directă a pretensionării sub condiţii de exploatare).

Calculul în stările limită ultime în secţiuni normale a elementelor din beton precomprimat se face admiţând aceleaşi ipoteze ca şi la calculul elementelor din beton armat.

Efortul în betonul precomprimat derivă din diagrama de calcul efort-deformaţie din figura 1.3.

Domeniul posibil de distribuţie a deformaţiilor pe secţiunea transversală este ilustrat în figura 1.7.

A – deformaţia limită a armăturilor pretensionateB – deformaţia limită a betonului comprimatC – deformaţia limită a betonului la compresiune pură

Pentru elementele precomprimate cu tendoane permanent neaderente, creşterea efortului de la precomprimare până la starea limită ultimă este de 100MPa.

Pentru tendoane pretensionate exterioare, deformaţia în oţelul pretensionat între două puncte de contact consecutive (ancoraje sau deviatori) se admite că este constantă.

Calculul în starea limită de rezistenţă în secţiuni înclinate se face adăugând la efortul de compresiune în beton σcp produs de încărcări, valoarea acesteia din precomprimare. Influenţa deformaţiilor impuse asupra forţei axiale poate fi ignorată. La calculul valorilor semnificative ale capacităţii portante la forfecare VRd,s şi VRd,max se introduce un coeficient αc cu valori supraunitare diferite, în funcţie de efortul σcp.

Dacă în inima secţiunii există canale injectate cu diametrul > bw/8, la calculul rezistenţei la forfecare se va utiliza o aşa-zisă lăţime nominală:

Fig.1.7. Distribuţia posibilă a deformaţiilor în starea limită ultimă

(1.30)

Pentru canale neinjectate sau pentru tendoane neaderente:(1.31)

Mai sus, reprezintă diametrul exterior al canalului, iar se determină pentru cel mai defavorabil nivel. Coeficientul 1.20 din relaţia (1.31) se introduce pentru a lua în considerare despicarea diagonalelor de beton datorită întinderii transversale. Dacă se prevede o armare transversală adecvată acest coeficient poate fi redus la valoarea 1.00.

Verificarea elementelor din beton precomprimat în stările limită de exploatare se face utilizând procedeele de la betonul armat, cu următoarele precizări, completări sau modificări:

1. Valoarea maximă a deschiderii fisurilor pentru clasele relevante de expunere se dă în tabelul 1.5,

Clasa de expunereElemente precomprimate cu

tendoane aderenteCombinaţii frecvente de încărcări

XO, XC1 0.20XC2, XC3, XC4 0.20 (*XD1, XD2, XS1

XS2, XS3Decompresiune

*) Suplimentar trebuie verificată decompresiunea sub combinaţii cvasi-permanente de încărcări.

Decompresiunea necesită ca toate părţile tendoanelor sau canalelor să fie situate în interiorul betonului comprimat la cel puţin 25mm.

Pentru elementele armate numai cu tendoane neaderente se aplică cerinţele de la betonul armat, iar pentru cele cu o combinaţie de tendoane aderente şi neaderente se aplică cerinţele de la elementele de beton precomprimat cu tendoane aderente. În cazul elementelor din clasa XD3 de expunere se iau măsuri de protecţie în funcţie de natura agentului agresiv în cauză.

2. Cantitatea minimă de armătură pentru controlul fisurării se stabileşte: considerând că forţa de precomprimare are valoarea caracteristică, iar forţa axială este produsă de combinaţia relevantă de încărcări,

Tabelul 1.5. Valori recomandabile pentru wmax.

luând în considerare aportul armăturii pre- sau postîntinse aderente. Aria acestei armături Ap se ajustează cu un coeficient ξ1 care ia în considerare diferenţa dintre diametrele armăturii pasive (s) şi active (p):

(1.32)

în care ξ este raportul dintre rezistenţa la aderenţă a tendoanelor şi barelor nepretensionate şi are valorile din tabelul 1.6,

Armătura pretensionată

ξ

pretensionarepost-tensionare, aderentă≤ 50/60 > 50/60

bare netede şi sârme

nu se aplică 0.30 0.15

toroane 0.60 0.50 0.25sârme

amprentate0.70 0.60 0.30

bare profilate 0.80 0.70 0.35

s este diametrul cel mai mare al armăturii pasive din bare,p – diametrul echivalent al armăturilor pretensionate,

pentru legături,= 1,75∙sârmă pentru un toron din 7 sârme,= 1,20∙sârmă pentru un toron din 3 sârme.

Dacă se utilizează numai armătură pretensionată pentru controlul fisurării, .Variaţia efortului în tendoanele pretensionate peste situaţia de decompresiune a betonului este ∆σp. Astfel, rezultanta eforturilor din armătura pretensionată ξ1∙Ap∙∆σp se adaugă la rezultanta eforturilor de întindere din armătura obişnuită As,min∙σs.

Tabelul 1.6. Raportul dintre rezistenţa la aderenţă a tendoanelor şi barele nepretensionate (ξ)

Acolo unde sub combinaţia caracteristică de încărcări şi valoarea caracteristică a precomprimării betonul rămâne comprimat, nu este necesară armarea minimă.

3. Controlul fisurării fără calcul direct se face la fel ca la betonul armat prin limitarea diametrului barelor şi a distanţei dintre ele, cu deosebirea că efortul din armătură este egal cu efortul total minus efortul din pretensionare în cazul preîntinderii şi egal cu efortul total în cazul postîntinderii.La plăcile din beton precomprimat supuse la încovoiere oblică fără efort axial semnificativ nu sunt necesare măsuri specifice de control al fisurării dacă grosimea lor nu depăşeşte 200mm şi dacă sunt satisfăcute cerinţele de alcătuire constructivă.

4. La calculul deschiderii fisurilor efortul din armătură σs se înlocuieşte cu valoarea σs – σp în care σs este efortul total şi σp este efortul din pretensionare. De asemenea, coeficientul efectiv de armare are valoarea:

(1.33)

unde:ξ1 are semnificaţia dată la punctul 2, iar Ac,eff este aria de beton din jurul armăturii întinse.Coeficientul k1 din relaţia de calcul a distanţei maxime dintre fisuri se ia egal cu 1,60 în cazul tendoanelor pretensionate.

5. Predeformarea poate fi utilizată pentru compensarea totală sau parţială a săgeţii, dar orice contrasăgeată încorporată în cofraj nu va depăşi deschiderea/250.

1.5. Reguli de alcătuire constructivă

Distanţa dintre canale sau dintre tendoanele pretensionate trebuie să permită turnarea şi compactarea satisfăcătoare a betonului şi să asigure o aderenţă bună între beton şi tendoane.

Distanţa minimă dintre tendoanele preîntinse, respectiv dintre canalele armăturilor postîntinse se dă în figura 1.8. Cu d g s-a notat diametrul maxim al agregatelor.

a) b)

Ancorarea tendoanelor preîntinse se face cu luarea în considerare a parametrilor de lungime din figura 1.9, după cum urmează:

lungimea de transmitere (lpt) pe care forţa de precomprimare (P0) se transmite în întregime la beton, lungimea de dispersie (ldisp) pe care eforturile din beton se dispersează gradual spre o distribuţie liniară pe suprafaţa de beton, lungimea de ancorare (lbpd) de-a lungul căreia forţa din tendon Fpd în starea limită ultimă este în întregime ancorată în beton.

Fig.1.8. Distanţa minimă dintre tendoanele preîntinse (a), respectiv între canale (b)

Valoarea de bază a lungimii de transmitere este dată de relaţia:

(1.34)

în care:α1 = 1,00 – pentru transfer gradual, = 1,25 – pentru transfer brusc,α2 = 0,25 – pentru tendoane cu secţiunea circulară, = 0,19 – pentru toroane din 7 sârme, - diametrul nominal al tendonului,σpm0 – efortul în tendon imediat după transfer.

La transfer, se poate considera că pretensionarea se transferă la beton printr-un efort constant de aderenţă:(1.35)

unde:ηp1 este un coeficient care ia în considerare tipul tendonului şi situaţia aderenţei la transfer,

= 2,7 pentru sârme amprentate,= 3,2 pentru toroane din 7 fire,

η1 = 1,0 pentru condiţii bune de aderenţă,

Fig.1.9. Transferul forţei de precomprimare la elementele cu armătură preîntinsă.

= 0,7 în alte situaţii.

- rezistenţa de calcul la întindere în timpul transferului.

Valoarea de calcul a lungimii de transmitere se va lua cea mai defavorabilă dintre următoarele două valori:lpt1 = 0,8∙lpt lpt2 = 1,2∙lpt (1.36)

în funcţie de situaţia de proiectare.

Eforturile din beton se consideră că au o distribuţie liniară în afara lungimii de dispersie:(1.37)

Ancorarea tendoanelor în starea limită ultimă trebuie să fie verificată în secţiunile unde efortul de întindere din beton depăşeşte valoarea fctk0,05. Forţa din tendon trebuie să fie calculată pentru secţiunea fisurată, luând în considerare şi efortul forfecării.

Lungimea totală de ancorare pentru un tendon cu efortul σpd este:

(1.38)

unde efortul de aderenţă pentru ancorare în starea limită ultimă este:fbpd = ηP2 ∙ η1 ∙ fctd (1.39)

şi în care:ηP2 = 1,4 pentru sârme amprentate, = 1,2 pentru toroane din 7 sârme.

În relaţia (1.38), σpm∞ este efortul din precomprimare după producerea tuturor pierderilor.

Eforturile din tendon în zona de ancorare sunt ilustrate în figura 1.10.

În zonele de ancorare a armăturilor postîntinse se admite în mod simplificat că forţa de precomprimare se dispersează la un unghi de 2∙β plecând de la capătul dispozitivului de ancorare, ca în figura 1.11.

Fig.1.10. Eforturile în zona de ancorare a elementelor preîntinse :(1) la transfer, (2) în starea limită ultimă.

Fig.1.11. Dispersia forţei de precomprimare

1.6. Aspecte practice

În cele ce urmează se fac câteva referiri cu privire la tranziţia de la proiectarea structurală la execuţie. În timpul procesului de proiectare, verificarea stărilor limită, în acord cu principiile expuse la punctul 1.4, se bazează pe rezistenţa sau rigiditatea elementelor. Acestea depind, la rândul lor, de proprietăţile materialelor şi de dimensiunile secţiunilor transversale. Natura acestor mărimi este stocastică (aleatoare) datorită abaterilor pe care le prezintă materiile prime utilizate (agregate, ciment) şi imperfecţiunilor procesului de construcţie însuşi (precizia cofrajelor, raportul apă-ciment). Astfel că devierile proprietătilor reale de la valorile nominale prezintă un interes major.

Din punct de vedere al siguranţei structurale, trebuie definite valori limită pentru aceste deviaţii (toleranţe), care să fie în concordanţă cu ipotezele de bază ale conceptului de siguranţă. În scopul garantării toleranţelor admise în proiectare s-au dezvoltat strategii noi pentru a atinge un nivel înalt de calitate în execuţie. Ele sunt cunoscute în general sub denumirea de management al calităţii.

Execuţia structurilor din beton precomprimat poate fi împărţită în câteva procedee, aşa cum se arată în figura 1.12.

Proprietăţile betonului cu privire la durabilitate sunt influenţate de trei parametri esenţiali: raportul apă/ciment, liantul şi gradul de hidratare. În figura 1.13 este ilustrată dependenţa proprietăţilor care determină în mod esenţial durabilitatea betonului de parametrii tehnologici.

Fig.1.12. Procedeele de realizare a structurilor din beton armat şi precomprimat

Cofraje şi eşafodaje

Armare Turnarea betonului

TratareDecofrare

Prepararea betonului

Manipularea betonului

Raportul apă/ciment şi liantul sunt incluse în tehnologia betonului. Ideea conceptului nou de tratare este aceea să se determine modul de tratare în funcţie de gradul de hidratare. În consecinţă există posibilitatea de asigurare că betonul pe şantierele de construcţie, în special în straturile de la suprafaţă, corespunde cerinţelor impuse de tehnologia betonului. Drept criteriu de judecată a gradului de hidratare s-a ales rezistenţa, deoarece, comparativ cu carbonatarea şi compactarea, sunt disponibile mai multă experienţă şi metode de încercare.

Precomprimarea conduce la îmbunătăţirea comportării structurilor din beton în stările limită de exploatare. Rigiditatea va fi sporită şi fisurarea poate fi evitată în condiţii severe de mediu. Astfel, precomprimarea a devenit o importantă metodă de construcţie, chiar dacă proiectarea şi execuţia structurilor din beton reclamă un nivel tehnic mai înalt şi o experienţă mai mare decât structurile din beton armat. Aceasta se manifestă prin faptul că standardele de calitate pentru manufacturarea dispozitivelor de pretensionare dar şi pentru execuţia structurilor precomprimate sunt foarte înalte. Utilizarea pe scară largă şi experienţa dobândită au condus la o varietate uriaşă a diferitelor dispozitive şi metode de precomprimare, ca şi la modele sofisticate de proiectare.

Fig. 1.13. Dependenţa proprietăţilor care determină durabilitatea betonului, după Grübl.

Carbonatare Rezistenţa Compactarea

Raportul apă/ciment Liantul Gradul de hidratare

Tehnologia betonului Tratare

În multe cazuri, utilizarea structurilor precomprimate necesită mai multe consideraţii pe parcursul realizării. Trebuie avut în vedere că în timpul execuţiei precomprimarea poate deveni acţiunea dominantă înainte de aplicarea încărcărilor totale din greutate proprie sau de serviciu. Astfel, stadiul tranzitoriu poate fi decisiv în proiectare, sau reclamă anumite procedee de precomprimare.

Structurile postcomprimate pot fi tensionate într-una sau mai multe etape pentru a evita combinaţii sporite, nefavorabile de eforturi din precomprimare şi încărcări exterioare. Pentru precomprimarea într-o etapă este foarte important ca betonul să aibă un anumit grad de întărire pentru a evita producerea deformaţiilor sporite de curgere lentă prin fisurarea timpurie şi pierderi de tensiune în consecinţă. Vârsta betonului la precomprimare poate fi aleasă în funcţie de evoluţia rezistenţei şi, în consecinţă, de tipul cimentului, de temperatură şi de condiţiile de tratare. Ca urmare, rezistenţa trebuie să fie suficientă pentru a suporta precomprimarea aplicată (dovedită prin teste de întărire). În general, valorile rezistenţei sunt date în documentaţiile aprobate. Rezistenţa necesară pentru aplicarea integrală a precomprimării este cuprinsă între 80% şi 90%.

În cazul secţiunilor transversale compacte, mai mari este recomandabil să se efectueze mai multe etape de precomprimare. Eforturi interioare considerabile pot apărea datorită distribuţiei neuniforme a căldurii de hidratare şi a deformaţiilor de contracţie, producând fisurarea betonului care nu a atins încă rezistenţa prescrisă. Pentru a evita acest efect, poate fi aplicat în primele zile un procent redus de precomprimare. Este important însă, să nu se depăşească un anumit procent din rezistenţa timpurie redusă a betonului (până la 20%). Precomprimarea rămasă poate fi aplicată în totalitate după un timp adecvat de întărire. În multe cazuri este util să se aplice precomprimarea pas cu pas. Gradul de precomprimare care este aplicat în primul pas poate fi ales ca să echilibreze greutatea proprie deja instalată şi apoi să fie sporit în funcţie de avansarea procesului de construcţie.

Structurile sunt adesea precomprimate la un astfel de grad încât încărcările din greutate proprie să fie preluate de forţa de precomprimare generată. Înainte de a elimina eşafodajele, cel puţin o parte a precomprimării trebuie să fie aplicată pentru a prelua greutatea proprie şi, în consecinţă, pentru a evita producerea unor eforturi prea mari, generatoare de fisuri sau chiar de rupere. În general, forţa de precomprimare va produce deformaţii ale elementelor de beton, şi astfel, o considerabilă redistribuţie de forţe în eşafodaje. Dependent de raportul dintre rigiditatea elementului de beton şi a eşafodajului pot apărea efecte defavorabile.

În general se poate face o distincţie între o construcţie cu eşafodaje foarte rigide sau mai elastice. În figura 1.14 sunt arătate trei exemple în care pot apărea probleme. În figura 1.14.a eşafodajul este foarte rigid. Astfel, greutatea proprie a elementului de beton aplicată în timpul turnării nu produce deformaţii în eşafodaj. Dacă se aplică o forţă de precomprimare care depăşeşte greutatea proprie, elementul se va ridica de pe eşafodaj. Astfel, întreaga greutate proprie va fi activată la reducerea efectelor defavorabile ale precomprimării.

Fig. 1.14.Grindă din beton precomprimat cu eşafodaje având rigiditate diferită

În figura 1.14.b deformaţiile produse din precomprimare vor reduce mai greu forţele de rezemare din eşafodaj. În cazul

limită asupra elementului nu va acţiona greutatea proprie deoarece este încă preluată de eşafodaj. De aceea elementul

este expus numai la efectul precomprimării.

Aceasta conduce la un moment egal cu cel produs de greutatea proprie dar de semn contrar şi necesită luarea în considerare la proiectare. În ultimul caz (fig.1.14.c), eşafodajul este rezemat pe trei stâlpi, preluând greutatea proprie a elementului de beton. Dacă deformaţia eşafodajului rămâne redusă, se produce acelaşi fenomen ca şi în primul caz. Elementul de beton se ridică, astfel

încât întreaga greutate va fi preluată de stâlpii exteriori. Astfel, dacă ei au fost dimensionaţi numai la se poate produce

colapsul sistemului de susţinere.

Rezultă că precomprimarea este o metodă susceptibilă de construcţie. În multe cazuri, inginerul proiectant trebuie să calculeze şi să proiecteze nu numai pentru condiţiile finale ale structurii ci şi pentru situaţiile tranzitorii.