compozite (fibre carbon si sticla)

5/13/2018 Compozite (Fibre Carbon Si Sticla) - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/compozite-fibre-carbon-si-sticla 1/20

13

UTILIZAREA BETOANELOR DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ LA

PODURI

Roger NIVERESCU 1) Lavinia VIRTACI2)

Îndrumător, prof.dr.ing. Mihai ILIESCU3)

Rezumat

Articolul prezintă studiul avantajelor construcţiei unor poduri ale căror structură au în componenţa betoane de foarte înaltă rezistenţă. Din acestă sinteză,rezultă proprietăţile materialelor compozite şi avantajele utilizării acestora, cât şiimportanţă deosebită la tehnologia de execuţie a podurilor.

1. Introducere

Armarea cu fibre a materialelor casante are o vechime milenară. Cărămizile

nearse au fost armate cu paie sau cu păr de animale pentru a evita fisurarea şimicşorarea rezistenţei după apariţia unei fisuri. Extrapolarea s-a realizat de la argilă laciment.

2. Betoane de înaltă rezistenţă

A. Beto ane armate cu fibre de oţel

Betonul armat cu fibre de oţel are o

istorie de peste un secol, elementele deconstrucţii cu forme diferite s-au realizarea dinacest material având o rezistenţă mărită şi o

bună lucrabilitate.Se menţionează că primul patent se

referă la elemente, din beton armat cu fibre deoţel.

21) Student anul V, Secţia Căi Ferate, Drumuri şi Poduri, Facultatea de Construcţii, Universitatea Tehnică dinCluj-Napoca.2) Studentă anul V, Secţia Căi Ferate, Drumuri şi Poduri, Facultatea de Construcţii, Universitatea Tehnică dinCluj-Napoca.3).Profesor Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca



13

Acesta datează din 1874 şi a fost realizat în California (SUA) de A. Berard,care a încercat să fortifice betonul prin adaugarea unor resturi de oţel inegale.

În 1918, în Franta H. Alfsen, a anticipat o îmbunătăţire a rezistenţei betonuluila întindere, prin adăugarea de fibre mai lungi din oţel, lemn şi alte materiale. La

aceste elemente s-a evidenţiat influenţa suprafeţei fibrei asupra comportării lainterfaţa, fibră-matrice, ca de exemplu îndoirile fibrelor, sau prin utilizarea degeometrii diferite.

În 1927 în California, G. C. Martin brevetează realizarea de conducte din betonarmat cu fibre de oţ

el (fig. 1).

Fig. 1 - Patentul lui G.C.Martin, 1927.

Reproducere

În lucrărie inginerului român GoguConstantinescu, din 1943 în Anglia şi1945 în SUA se detaliază noul material,

betonul armat cu fibre de oţel, înconceptul utilizării actuale.

Studiile inginerului român conţininformaţii asupra modului de distribuţie afisurilor şi mărirea capacităţii de preluare

a eforturilor (fig. 2).

Fig.2. - Patentul inginerului român

Gogu Constantinescu, 1954.



13

În anii următori, au apărut noi patente în SUA, Franţa şi Germania. Utilizarea pe scară largă a acestui material a fost limitată de costurile ridicate, dar în special dedezvoltarea betonului armat obisnuit.

Pâna la începutul anilor ‘60 se observă o dezvoltare incertă a acestui material,marcată de utilizări de mică importanţă.

În continuare se poate evidenţia o etapă de dezvoltare ascendentă. În paralel cuformularea principiilor teoretice, s-a dezvoltat un domeniu larg de utilizare a betonularmat cu fibre de oţel.

La începutul anilor ‘70 s-a extins cercetarea pe plan internaţional. Menţionămcercetările din Germania, de la Universitatea Ruhr din Bochum, în realizarea

betonului armat cu fibre de oţel, utilizat la pereţii interiori ai metroului. S-au studiat

proprietăţile mecanice, tehnologice ale materialului şi tehnologii de fabricaţie ale betonului torcretat.

În 1972 s-a realizat o utilizare practică a acestui material la lucrările deconsolidare a tunelului din Idaho - SUA.

În perioada 1974-1976 s-au realizat cercetari sistematice în Germania, laInstitutul pentru Construcţii Inginereşti de la Universtatea Ruhr din Bochum, cu

privire la utilizarea betonului torcretat cu fibre de oţel, la construcţiile miniere dinmunţii Alpi.

În 1989 se utilizează cu succes acest material la construcţia unui tunel demetrou (de 100 metri) în Bielefeld - Germania.

Betonul armat cu fibre de oţel nu poate înlocui betonul armat obişnuit. Existăînsă domenii de utilizare, în care betonul armat cu fibre de oţel poate fi folositalternativ sau în completare, la cel cu armatura din oţel-beton, oferind avantajeconstructive şi economice.

Fibrele de oţel îmbunătaţesc proprietăţile betonului simplu.Oportunitatea utilizării armării cu

fibre de oţel apare în situaţia folosiriiunui procent mic de armare, sau în cazularmării constructive a betonului armatobişnuit.

Posibilităţile de utilizare semăresc, datorită îmbunătăţiriicomportării la fisurare, a micşorăriideformaţiilor din contracţii prin uscare

sau din mărirea rezistenţei la forfecare.

Un domeniu important îl constituie elementele de construcţie solicitate



13

dinamic, la care se poate mări capacitate de preluare a energiei din această solicitare.Domeniile de utilizare a betonului armat cu fibre de oţel au o arie extinsă, din caremenţionăm: conducte din beton, ziduri de sprijin, elemente subţiri de faţadă, trepte

prefabricate, piste pentru aeroporturi, fundaţii de maşini, cofraje pierdute, lucrări de

consolidare la tuneluri cu beton torcretat etc.Utilizatorii pe scara largă a acestui material sunt SUA, Japonia, Norvegia,

Suedia, Germania la care se adaugă ţările din Europa de Est.În construcţia de tuneluri betonul armat cu fibre de oţel poate fi folosit sub

formă torcretată sau din elemente prefabricate. Acest material a modernizat şidezvoltat construcţia clasică de tuneluri. Fibrele de oţel influentează proprietăţile

betonului din pereţii tunelului producând modificări în tehnologia de execuţie aacestor construcţii.

Betonul torcretat armat cu fibre de oţel este folosit împreună cu o reţea deoţel-beton sub formă de plase, arcade pentru consolidarea pereţilor supuşi împingerii

pământului, sau pentru asigurarea în prealabil a interiorului tunelului.Folosirea betonului torcretat cu fibre de oţel la concepţia şi execuţia pereţilor

multistrat, ai tunelului, oferă avantajul renunţării la executarea lucrărilor de cofrare,micşorând timpul şi costurile execuţiei.

Utilizarea betonul torcretat cu fibre de oţel măreşte siguranţa în construcţia detuneluri.

O arie largă de utilizare este şi consolidarea pereţilor, din zidării sau beton, atunelurilor existente parţial avariate. Acest material este şi o soluţie, pentruîntreţinerea construcţiilor, în cazul necesităţii unei acoperiri optime a armăturii din

bare, ce conduce la mărirea durabilităţii şi siguranţei, prin protecţia la coroziune aarmăturii.

Betonul pompat cu fibre de oţel este folosit pentru consolidarea pereţilor interiori, cu un strat suplimentar sau ca un element unic de consolidare şi lacăptuşirea stâlpilor structurali.

Avantajele acestui material îl constituie tehnologia simplă de fabricaţie,datorită eliminării armăturii din oţel-beton, obţinându-se o omogenitate a betonului ceîl recomandă la cofraje de căptuşire sau a cofrajelor alunecătoare. Aceasta conduce lamicşorarea timpului de execuţie, prin eliminarea stratului de acoperire a armăturii.

Betonul pompat cu fibre de oţel poate fi utilizat în producţia extrudatăîmpreună cu scuturile de tunel. Obţinându-se un sistem închis de susţinere întresuprafaţa scutului de tunel pâna la grosimea definitivă a construcţiei, un sistem careare pe tot conturul contact direct cu suprafaţa săpăturii, reducând la minim umplutura.

Tuneluri din elemente prefabricate. Betonul armat cu fibre de oţel poate fiutilizat şi pentru confecţionarea elementelor sub formă de tuburi prefabricate.



13

Confecţionarea este simplă, uşoară, cu omogenitate sporită datorită eliminăriiarmăturilor din bare de oţel-beton. Riscul fisurării tuburilor se micşorează la transportşi la introducerea prin împingere, datorită presiunilor mari. Se recomandă îmbinărisolicitate la încovoiere combinate cu rosturi longitudinale.

În exploatarea minieră. Betonul torcretat cu fibre de otel poate deveni unelement important în concepţia galeriilor, datorita timpului redus de execuţie, arezistenţei iniţiale mărite, a ductilităţii şi a comportării favorabile după fisurare încomparaţie cu betonul armat obişnuit. După producerea fisurilor materialul prezintă orezistenţă ce oferă o siguranţă sporită în exploatare.

În ţările dezvoltate, se deschid anual galerii cu lungimi mari (sute de km),dintre care o parte importantă se realizează în teren stâncos. Galeriile sunt realizate cuarcade de oţel, ce reduc riscul producerii unor deformări semnificative.

Galeriile trebuie întreţinute în permanenţă, iar cheltuielile anuale sunt foartemari (sute milioane EU). Creşterea adâncimii galeriilor, în teren stâncos cu o duratăde 12 ani, conduce la o întreţinere neeconomică. Din acest motiv s-au luat înconsiderare şi în exploatarea minieră dezvoltarea concepţiei de construire şiconsolidare utilizând betonul armat cu fibre de otel.

Construcţii inginereşti şi elemente prefabricate. Din beton armat cu fibre deoţel în combinaţie cu bare din oţel-beton. Betonului armat cu fibre de oţel seutilizează la elementele în care solicitarea la încovoiere este nesemnificativă, iar din

motive constructive, armarea cu fibre de oţel alături de barele din oţel-beton va preluaeforturile de contracţie.

Armarea cu fibre de oţel se utilizează la elemente prefabricate cu pereţi subţiri pentru faţadă, cămine de vizitare, garaje, ziduri cu traversări multiple, spaţii de pătrundere.

Utilizarea elementelor de construcţie din beton armat cu fibre de oţel poatereduce cheltuielile lucrărilor de armare, în zonele cu concentrări de eforturi, lacolţurile golurilor unde sunt preluate prin armarea constructivă.

Avantajele folosirii betonului armat cu fibre sunt evidente la prefabricatele cudimensiuni reduse, la care costurile de armare cu bare sunt ridicate, iar stratul de

protecţie având un rol major în grosimea finală.Greutatea redusă a prefabricatelor este un avantaj, la plăcile de faţadă, la

lucrări de consolidare şi la transportul elementelor. Rezistenta betonului armat cufibre de oţel în stare proaspată accelerează procesul de fabricaţie, ceea ce conduce lareducerea cheltuielilor de producţie.

Armarea cu fibre de oţel conduce la mărirea rezistenţei betonului la forfecare,

ceea ce facilitează reducerea armăturii sub formă de etrieri, îmbunătaţeştedurabilitatea betonului, micşorează tendinţa de contracţie, îmbunatăţind comportarea



13

la fisurare şi realizează o acoperire favorabilă a armăturii din bare de oţel previnindcoroziunea.

Dale carosabile utilizate la suprastructura si la placile de fundare a cailor decomuncatii. În cazul unor încarcaturi mari sau la un ecartament de îmbinare maritapare necesara armarea cu fibre de otel. Supraîncarcarea la trecerea mijloacelor detransport de tonaj mare se recomanda folosirea unor placi cu grosime de 15-25cm. Laaceasta grosime a placilor se reduce riscul aparitiei fisurilor, în cazul diferentelor de

temperatura, cantitatea de armatura trebuie sa fie relativ mare.Betonul armat cu fibre de oţel are avantaje comparativ cu betonul armat

tradiţional, în cazul proprietăţilor mecanice specifice, rezistenta la şoc şi uzură.Având o utilizare eficientă la pardoselile industriale si la plăcile carosabile.

Comportarea favorabilă se datorează capacităţii de a prelua eforturile ce apar în fazade hidratare, reducând riscul fisurării betonul armat cu fibre de oţel.

Betonul armat cu fibre de oţel, în comparaţie cu betonul obişnuit prezintăavantaje pentru plăcile suport ale pardoselii în zona rosturilor, evitând fisurarea.

În SUA au fost construite din beton armat cu fibre de otel piste de decolare si deaterizare pentru avioane.

Fundaţii cu solicitare dinamică. Rezistenţa la solicitarea dinamică pentrumajoritatea materialelor de construcţie este mai mică decât solicitarea statică.

Betonul armat cu fibre de oţel este avantajos în realizarea fundaţiilor de maşinicu solicitari dinamice, datorita rezistentei sporite la şoc, a comportării favorabile laamortizare şi la deformare. Solicitările variate, la şocuri repetate, pot fi absorbite de

betonului armat cu fibre de oţel. Avantajele tehnice şi economice ale betonului armat

cu fibre de oţel la fundaţiile de maşini cu solicitare dinamică se concretizează prineconomii la armătura longitudinală, etrieri (fig. 3).



13

Fig.3. – Fundaţii. Utilizarea comparativă a betonului armat obişnuit (a) şi a

betonului armat cu fibre din oţel (b).

Conducte. În Ungaria în anii ‘70 s-au realizat conducte din beton armat cufibre de oţel cu diametru de 1-1,5m. Armarea cu fibre de oţel a redus riscul apariţieifisurilor în condiţii de solicitare prin variaţia temperaturii şi a contracţiei betonului.

La aceste elemente de construcţii s-au evidenţiat şi alte avantaje ale betonului

armat cu fibre de oţel:• rezistenţa îmbunătăţită în stare proaspată,• rezistenţa la solicitarea de întindere circulară din încovoiere,• comportare bună la fisurare,• reducerea lucrărilor de armare, din bare de oţel-beton.

La solicitari de întindere circulară din încovoiere, pentru un conţinut de fibrede 55kg/m3 beton şi o valoare A/C de 0,36 s-a obţinut o rezistenţă la întindere dinîncovoiere, de 12-14N/mm2.

Conductele din beton pozate în pamânt pot fi supuse unor solicitări decompresiune la partea superioară, existând posibilitatea de mărire a grosimii pereţilor,de micşorare a lungimii conductelor şi de armare a acestora. Aceasta determină

procese dificile de executie, îndeosebi la profilurile ovale ale conductelor.În Marea Britanie, Belgia, Austria si Olanda conductele din beton armat cu

fibre de oţel se folosesc în mod curent. Rezistenta marită la uzură şi cea necesară laîntindere a betonului armat cu fibre de oţel sunt folosite la repararea sş consolidareasistemelor de canalizare cu beton torcretat cu fibre de otel.

Consolidarea taluzurilor şi versanţilor. Pereţii stâncoşi ce s-ar putea prăbuşidin cauza acţiunilor climatice. Taluzurile abrupte de-a lungul şoselelor şi cailor feratetrebuie asigurate în mod constant, pentru a menţine zona de trafic în siguranţă, liberăla circulaţie rutieră, feroviară şi de persoane.

Consolidarea versanţilor stâncoşi, a taluzurilor, realizată cu beton torcretat cufibre de oţel, are avantaje tehnico-economice, datorită unei bune adaptări a legăturiila structura terenului şi micşorarea timpului în procesele de armare. Rezistenţa lauzură şi la şocuri, oferă condiţii pentru protejarea constantă a versanţilor împotriva

acţiunilor climatice (precipitaţii, îngheţ, avalanşe).Construcţii rezistente la solicitări de impact. Impactul poate proveni dinrezultatul unei împuşcături, solicitări dinamice din seism, fisurarea rezervoarelor,



13

prăbuşirea unui avion. Prin utilizarea betonului armat, în forma unei reţele de cabluriconsolidate cu fibre de otel, energia cinetică este folosită în procesul de schimbare aformei, întrucât structura betonului în combinaţie cu fibrele, reduce riscul fisurării.

Criteriile esenţiale în comportarea la impact sunt preluarea şi amortizarea

energiei, influenţată favorabil de lungimea si procentul de armarea al fibrelor de oţel.

Stâlpi structurali. Rezistenţa la foc este mărită prin utilizarea betonului armatcu fibre de oţel, ce protejează armătura din bare, longitudinală şi transversală.

În cazul stâlpilor structurali solicitaţi doar la compresiune nu se observa nici unavantaj economic evident la folosirea fibrelor de oţel. Folosirea betonului armat cu

fibre de oţel s-a dovedit eficientă pentru stâlpii cu secţiune redusă, solicitaţi lacompresiune cu flambaj, unde se înregistreaza deteriorari prin fisurarea betonului laîmbinări. În zonele în care se transmite o sarcina mare, s-a stabilit că fibrele de oţel

pot înlocui armătura puternică din etrieri, în situaţia când în secţiunea longitudinală seasigură introducerea directă a sarcinii, (spre exemplu prin dispunerea unei placi rigideîn capatul stâlpului).

Repararea şi consolidarea elementelor de construcţie din beton supuseuzurii, de natură mecanică, sau datorită exploatării îndelungate a clădirii.

Deteriorăile betonului din construcţii sunt influenţate de condiţiile de mediu.Luarea în considerare a uzurii şi a suprasolicitări este necesară pentru a readuceconstrucţia în starea de exploatare normală.



13

Betonul torcretat cu fibre de oţel se dovedeşte o soluţie eficientă pentruîntreţinerea în stare bună a construcţiilor din beton, realizând avantaje tehnico-economice, conservare pe termen lung, comportare bună la fisurare şi micşorareatendinţei din contracţii. Această soluţie este favorabilă în cazul suprafeţelor

deteriorate ce trebuie consolidate cu grosimi diferite. Betonul torcretat cu fibre de oţel poate fi utilizat imediat după curăţarea suprafeţei ce trebuie reparată, indiferent de presiunea ce trebuie suportată şi adaptată oricărei geometrii prestabilite.

La întreţinerea şi consolidarea construcţiilor hidrotehnice, supuse eroziunii, poate fi folosit eficient betonul armat cu fibre de oţel. Betonul armat cu fibre de oţeloferă o alternativă la armătura conventională, având ca avantaj timpul şi costurilereduse de execuţie a lucrărilor de întreţinere. Folosirea betonului torcretat cu fibre deoţel reduce grosimea noului strat de protecţie.

Elementele de construcţii noi sau reabilitate cu beton armat cu fibre de oţel,utilizate de câteva secole si cu o arie largă de folosire, având avantaje tehnico-economice evidente, trebuie să intre în atenţia specialiştilor.

Dozarea fibrelor de oţel, respectiv a fibrelor sintetice, se face ori în staţia de betoane (amestecând cu agregate în malaxor), ori direct în autobetonieră tot în staţiade betoane sau pe şantier. Oricare beton întărit cu fire lucrează bine atunci când firelesunt aşezate omogen, aceasta este una dintre punctele cheie a acestei tehnologii.

Tocmai ptr.aceasta dozarea firelor în amestecul proaspăt de beton trebuie

efectuat relativ cât mai uniform şi timp de 8-10 minute energic amestecat (în cazulautobetonierei min.10 minute cu turaţie maximă). După aceasta betonul astfel întăritse pune în operă prin metode clasice cu o compactare intensivă.

Utilizarea betoanelor întărite cu fire de oţel, este recomandată datorităavantajelor lor tehnice şi economice cum ar fi: costuri de materiale mai joase,scăderea substanţială a timpului de execuţie, turnarea betonului nu trebuie executatăobligatoriu cu pompa, amestecul însă este pompabil. Nu este neapărat necesar betonde montaj (beton de egalizare) şi armătură, betonul fiind preamestecat şi întărit cu

fire, suprafaţa se prelucrează mai uşor şi se adaptează deosebit de bine la sistememoderne de prelucrare a suprafeţelor.

Tenacitatea betonului, întărit cu fire de oţel, primeşte importanţă după primafisurare în starea a II-a de tensiune. Betonul întărit cu fire de oţel este capabil de

preluare de sarcini în continuare, a cărei valoare depinde: de rezistenţa firelor de oţel(600--1200N/ mm²), de forma lor, de capacitatea lor de ancorare, de dimensiunea lor (ø 0,5-1,2mm;L=25-60mm) şi de cantitatea lor (20-45 kg/m³).

Fibrele sintetice (în primul rând polipropilen,PP) având rezistenţa 300-500

N/mm², diametru în mare parte mic (de exemplu 16µ), lungime în general 6-30mm(alegerea lungimii corespunzătoare este in funcţie de granulometria agregatului din

beton) se folosesc în cantitate de 0,9-1,1 kg/ m³. Fibrele sintetice din amestecul de



13

beton prezintă omogenitate mult mai mare decât firele de oţel, formând în masa de beton o ţesătură,de acea acţionează eficient în faza de priză a betonului proaspăt. Deşidupă turnare, betonul un timp mai scurt se umflă, după acea însă are contracţii mari.

Tehnologia corespunzătoare şi fibrele sintetice din betonul proaspăt pot să

împiedice formarea fisurilor de contracţie. Acest pericol apare în special la betoaneexterioare, de acea este recomandabil folosirea în permanenţă a fibrelor sintetice laaceste betoane. După turnare, în primele 10-12 ore, tensiunile datorate contracţiilor

poate să crească mai repede decât propria rezistenţă la întindere, astfel tensiunile decontracţii întrec rezistenţa de întindere al betonului proaspăt: rezultândfisură.Folosirea fibrelor sintetice influenţează această tendinţă deosebit de favorabil.

Atunci când betonul este deja suficient de întărit (aprox.după 10-12 ore),modulul de elasticitate proprie al betonului depăşeşte pe cel al fibrei şi în acest

moment în principiu i se termină rolul fibrei. Din punct de vedere static nedând nimic betonului în continuare nu înlocuieşte suficient nici întărirea cu fire de oţel niciarmarea clasică. Ideal este în schimb folosirea combinată la întărirea betonului cufibre sintetice şi fire de oţel.

B. Beto ane armate cu fibre de carbon

Printre materialele ne-conventionale care s-au impus tot mai mult in ultimul

timp se numară şi fibrele de carbon. Acestea si-au gasit de mult o paleta largă deutilizări, printre altele în construcţia de maşini şi de avioane.Materialul folosit preponderent pentru consolidarea materialelor plastice nu

incetează să ofere surprize: un exemplu recent îl constituie construcţia de poduri.Constructorii de poduri cred ca fibrele de carbon ar putea revoluţiona acest

sector tehnic. Primul pod de autostradă construit în Europa care foloseşte modulesandwich din fibre de carbon şi din fibre de sticlă, se întinde deasupra noii autostrăzia aeroportului din Asturia, în nordul Spaniei. Prototipul finanţat de Uniunea

Europeană, testat acum cu succes, se află pe drumul spre aeroportul Oviedo pe CostaVerde şi are o întindere de peste 46 m.Inovaţia tehnică a fost posibilă datorită cercetărilor efectuate la centrul de teste

al Uniunii Europene din Ispra în Italia. Pe terenul de 80 ha al complexului se află Elsa- cel mai mare ansamblu european de laboratoare pentru simulări seismice, testareacomponentelor de poduri şi a materialelor de construcţii în condiţii extreme. După 5saptămăni de testare a reacţiei la vibraţii şi la alte solicitări, modulul din fibre decarbon a primit certificatul "capabil de funcţionare în condiţii sigure".

Eugenio Gutierrez Tenreiro, directorul proiectului "materiale compound" aratăcă fibrele de carbon se evidenţiază ca material de construcţie prin două însuşiriesenţiale: el este uşor, iar construcţia are loc cu costuri reduse. Podul de la aeroportul



13

din Oviedo cântăreşte 200 de tone, mai puţin de jumătate din greutatea unui pod din beton armat construit convenţional. La aceasta se adaugă viteza neobişnuită cu care poate fi construit: podul a fost terminat în două zile. Construcţia portantă din fibre decarbon şi de sticlă a fost montată într-o zi de lucru. Stratul de beton pentru carosabil a

fost turnat in cea de-a doua zi, fără să fie nevoie de lucrări de cofraj. Autostrada a fostinchisă pentru construcţia podului mai puţin de două zile; în cazul unei construcţiiconvenţionale, ar fi fost închisă câteva săptămâni.

În prezent, costurile de fabricare a unui pod cu fibre de carbon sunt de câtevaori mai mari decât cele ale unui pod convenţional. Dar, pe de-o parte, modul rapid şisimplu de montare economiseşte costurile colaterale. Iar pe de altă parte, întreţinerea,renovările şi înbunătăţirile ce se impun neîntrerupt în cazul podurilor cu armături demetal, fiind extrem de costisitoare. Comparaţia este în ultimă instanţă în favoarea

noului pod high-tech, în timp, acesta amortizând eficient costurile.Tehnicienii americani urmăresc cu deosebit interes noua construcţie europeană.

Daunele datorate coroziunii la podurile de autostradă din Statele Unite se cifreazăanual la aproximativ 10 miliarde de dolari. Există aşadar o şansă reală ca materialelecompozite din fibre de carbon şi optice, să se impună în viitor în construcţia de

poduri. Dar nu numai în construcţia de poduri: cercetatorii europeni de la Ispra audeja şi alte proiecte în colaborare cu partenerul spaniol, concernul de constructii

Necso. Ei au în vedere construcţii portuare şi construcţii portante pentru staţiile

eoliene offshore.



13

C. Betoane armate cu fibră de sticlă

Tendinţa spre construcţii cât mai uşoare poate fi considerată una din principalele trăsături ale dezvoltării ştiinţei şi tehnicii în domeniu.Aplicarea în

practică se face în măsura în care apar noi materiale de construcţie, concomitent cutehnologiile specifice de obţinere şi prelucrare a acestora. Apar concepţii noi privindgeometria formelor, alcătuirea elementelor şi structurilor, perfecţionându-semetodologia calculului de rezistenţă.

Unul dintre aceste materialele care face o construcţie mai uşoară este şi sticla.Sticla este un borosilicat de aluminiu obtinut prin topirea unui amestec de

SiO2-Al2O3-CaO-MgO-BO3. Aceste componente sunt ieftine si se asociaza prin procedee simple, conferind fibrelor de sticla au un excelent

raport:performanta/pret,plasandu-le pe primul loc,ca material de armare amaterialelor compozite.

Fibrele de sticla sunt in principal de 3 tipuri :● Fibre casice-silice,sodiu,calciu ;● Fibre de sticla cu bazosilicati ;● Fibre de sticla cu zirconiu.Aceasta proprietate de tragere in fire a fost descoperita i.e.n. de catre egipteni,

materialele din fibre de sticla s-au folosit doar din prima jumatate a secolului al-

XVIII-lea. Productia industriala a inceput dupa anul 1930 (in Anglia la Glasgow),avand ca aplicabilitate izolarea conductelor electrice,iar mai tarziu,la armarearasinilor.In Romania debutul productie industriale a fibrelor de sticla a avut loc abiain anul 1975 la intreprindrea FIROS Bucuresti.

Fibrele de sticla nu sunt higroscopice, nu putrezesc si nu ard. La temperaturade 370°C, isi pastreaza aproximativ 50% din caracteristicile initiale. Proprietatilefoarte bune ale fibrelor de sticla, corelate cu densitatea redusa,determina pentrumaterialele plastice armate, cel mai bun raport rezistenta-greutate.

Rezistenta la tractiune a fibrelor de sticla este mai mare pentru diametre mici(9÷15)μm. Compozitia chimica a fibrelor influenteaza proprietetile acestora, astfelincat prin introducerea unor oxizi, se pot obtine performante superioare.

Materialul compozit este un sistem creat prin asamblarea artificiala a doua sautrei componente, mai precis, a unui component de armare si a unei mase de baza,compatibile, astfel incat, sa se obtina caracteristicile si proprietatile dorite.



13

Avantajele materialelor compozite :

• Au caracteristici mecanice ridicate atat la actiuni statice, cat si dinamice ;• Imbunatatirea indicelui de calitate, a randamentului, exprimat prin raportul

rezistenta la rupere/greutate specifica, care este cu mult mai mare decat in cazul

materialelor traditionale,deci se obtin piese usoare ;• Exista posibilitatea de repartizare a armaturii si de asociere a unor constituente

individuale, astfel incat sa rezulte un material cu proprietatile dirijate dupa directiilecele mai solicitate ;

• Rezista la agenti agresivi de orice tip ;

• Siguranta mai mare in exploatare ;

• Capacitatea ridicata de amortizare a vibratiilor ;

• Rezistenta la actiunea agentilor atmosferici ;

• Au stabilitate chimica si rezistenta mare la temperaturi ridicate ;

• Au o mare flexibilitate in alcatuirea unor elemente rationale cum sunt :-membranele cu dubla curbura ;-panourile sandwici ;

• Precizie mare,grad ridicat de finisare ;• Se obtin elemente cu calitati estetice deosebite,care sporesc gradul de confort

si arhitectura prin forme si culori( mai ales compozitele cu matrice polimerica) ;

•

Economie de materiale traditionale ;• Atragerea in circuitul economic a unor noi surse de materii prime, dintre care

unele neexploatate pana in prezent ;

• Numar redus de faze tehnologice,majoritatea avand posibilitateaautomatizarii ;

• Se pot obtine elemente subtiri, translucide, care permit patrunderea luminiiindirecte ;

• Datorita greutatii reduse a materialelor compozite se pot realiza economii la

manipulare, montaj si transport, iar incarcarile transmise la restul structurii sunt maimici;



13

• Cheltuieli mici de intretinere si reparatii.Teoria conlucrarii dintre fibre si rasina se bazeaza pe relatiile eforturi-

deformatii, specifice acestor materiale.Fibrele de sticlă au o comportare liniară, elastică până aproape de rupere, cu un

modul de elasticitate E≈ 7300[daN/mm²].Rasinile se comporta cu totul altfel. Au o comportare elastica numai pe prima

treime a curbei caracteristice, in continuare, deformatiile avand un caracter elasto- plastic. Modulul de elasticitate E, variaza in intervaul (200 - 400) [daN/mm²].

Panoul sandwich astfel rezultateste mai rezistent decat sticla in sine.

Fibra de sticla devine de 5 ori mairezistenta decat betonul. Capacitatea acesteiade a se indoi fara sa se rupa este mult mai buna.O crapatura aparuta brusc intr-o puntede beton o poate rupe,acesta fiind un fenomen brusc si violent. In puntile de fibre desticla sunt milioane de fire care se rup unul cate unul, sau cate un manunchiodata,impactul provoaca doar o cedare la nivel local.

Aceste panouri au fost utilizate la constructia unui pod din Ohio,utilizat deFortele Aeriene Americane.Panourile au fost acoperite cu beton.



13

S-a dovedit ca un pod cu panouri din fibre de sticla este mult mai durabil,panala 80÷100 de ani,fara intretinere.S-ar economisi multi bani si mult tinp laconstructie.Calea de rulare a unui pod din panouri din fibre de sticla a fost montata incateva ore,iar podul a putut fi dat in folosinta mult mai rapid in comparatie cu unulexecutat cu tehnologii clasice.

In viitorul cat mai apropiat, tendinta spre constructii cat mai usoare va fi

primordiala.Ideea utilizarii panourilor cu fibra de sticla se v-a pune in aplicare la proiectul

Podului Gibraltar, care datorita conditiilor terenului, numarul maxim de pile fiind de3, caleea de rulare a podului avand 15km, i-a condus pe proiectanti la concluziautilizarii unui material cat mai usor: sticla, mai bine spus panouri din fibre de sticla,

pentru a usura greutatea caii de rulare.



13

PODUL IOWA PRIVESTE IN VIITOR

Podul Mars Hill din Wapello, Iowa pare a fi mic si neemnificativ la prima

vedere. Asemenea structura a atras atentia multor ingineri de poduri si a oficilitaltilor publice.

Un adevarat progres in design si in constructia structurilor de poduri

prefabricate. Podul este alcatuit din 3 grinzi prefabricate de 33,50 m. Ce face ca,aceasta constructie sa fie unica, este ca structura a fost realizata dintr-o mixtura de

beton numit “BETON DUCTIL”.Betonul de foarte inalta rezistenta a fost incercat la o sarcina de compresiune

de 2100 daN/cm2 lasand grinzile podului sa fie realizate fara etrieri. Mixtura de betona fost patentata de Lafarge.

Mixtura de beton contine:

Ciment;

(Silica fume) Cenusa de termocentrala; (Silica flour)

Superplasticizer sand

Steel fibers – fibre de otel

O mica cantitate de apa

Materialul a fost introdus prima data in Franta in urma cu 10 ani , fiind folositintr-o mare varietate de structuri in S.U.A. Canada, Europa, Asia si Australia. Poduldin Iowa este primul pod de autostrada din America de Nord care foloseste aceasta

tehnologie.



13

Grinzi mai lungi si mai inguste au fost create

Materialul da o oportuniate sa se construiasca poduri care folosesc grinzi mailungi, mai subtiri care nu sunt posibile de realizat cu mixtura de beton obisnuita.

Grinzile sunt mai usoare rezistand la forte mult mai mari fata de betonul

precedent . Un alt avantaj este ca materialul este de mare impermeabilitate, carereduce posibilitatea de coroziune in interiorul structurii promitand o durata de viataincredibil de mare pent

ru structuri expuse umezelii si efectelor sarii.Dimensiunea initiala a

inimii grinzii a fostmodificata de la 16.51 cm la11.43 cm, grosimea talpiiinferioare a fost modificatade la 19.05 cm la 13 cm si

grosimea talpii superioaredevenind 6.98 cm de la 9.52cm, iar inaltimea grinziiramanand aceeasi de 114.3cm, motivul fiind reducereamaterialului.

Grinzile testate inainte de productie

Pentru testarea rezistentei grinzilor aufost fabricate grinzi de 1.60 m cu oinailtime de 30 cm.

1. Release compressive strength: 14,500 psi



13

2. Release modulus of elasticity: 5,800 psi3. Final design compressive strength: 24,000 psi4. Final modulus of elasticity: 8,000 psi5. Allowable tension stress at service: 600 psi

6. Allowable compression stress at service: 14400 psi7. LRFD HL-93 loading8. Grillage analysis for distribution factors

.



13



13

3. Conc

luzie

Folosirea betoanelor de înaltă rezistenţă, încurajează inginerii să proiecteze înviitor, construcţii căt mai uşoare şi mai rezistente.

BIBLIOGRAFIE

1. Daniela Manea, Materiale Compozite, U.T.PRES, 2004.

2. Internet Explorer.

compozite (fibre carbon si sticla)

Documents