Consolidarea stalpului cu fibre composite

Compozitele polimerice armate cu fibre sunt folosite pe o scară din ce în ce mai largă, la reabilitarea structurilor sau elementelor structurale, mai ales în condiţiile când soluţiile tradiţionale de consolidare se dovedesc deficitare sub diferite aspecte.

Principalele argumente în folosirea materialelor compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) la consolidarea stâlpilor din beton armat sunt:

- produsul compozit se poate alcătui şi optimiza în funcţie de încărcărilespecific cazului concret;- posibilitatea suplimentării necesarului de armătură transversală şilongitudinală

utilizând CPAF sub diferite forme (ţesături, membrane, benzi, bare);- se reduce încărcarea permanentă din structură prin creşterea rezistenţei şiductilităţii elementelor structurii;- CPAF cresc rigiditatea şi rezistenţa stâlpilor din beton armat;- din punct de vedere seismic este recomandată folosirea CPAF la reparareaşi consolidarea stâlpilor din beton armat;- folosirea CPAF la consolidarea stâlpilor din beton armat menţine secţiuneaaparentă egală cu cea iniţială;- proiectarea consolidării stâlpilor din beton armat folosind CPAF este

relativ simplă;- reducerea costurilor privind întreţinerea structurilor, ca motive principale fiind imunitatea acestor materiale compozite la atacul agenţilor corozivi şi săruri;- transportul materialelor, nu implică costuri mari;- în cazul confinării pasive a stâlpilor din beton armat, costul manoperei nu este ridicat;- pentru o instalare eficientă se poate recurge şi la varianta automată de consolidare a elementelor;- execuţia lucrărilor de consolidare cu CPAF se realizează în timp scurt;- rezistenţă la coroziune;- densitate redusă;- modul de elasticitate ridicat;- caracteristici mecanice dirijate în raport cu cerinţele de rezistenţă şi rigiditate;- deformabilitate acceptabilă;- posibilitatea fabricării unor produse adecvate soluţiilor de consolidare,

abilitatea benzilor de a fi pretensionate;- aplicarea soluţiilor de consolidare în spaţii limitate, eliminarea structurilor

provizorii pentru sprijiniri temporare;- reducerea semnificativă a costului manoperei şi micşorarea până la anulare a întreruperilor în funcţionarea construcţiei;- risc redus la îngheţ;- rezistenţă la foc (benzile din CPAF sunt slab conducătoare de căldură în comparaţie cu benzile metalice).Soluţiile de consolidare bazate pe materiale compozite polimerice armate cu

fibre (CPAF) se pot realiza folosind combinaţii variate de fibre şi matrice polimerice. Cele mai utilizate constituente ale CPAF pentru consolidarea structurilor din beton armat sunt răşinile epoxidice, poliesterice şi vinilesterice ca matrice, respectiv fibrele din carbon, sticlă sau aramidice pentru armături.Consolidarea cu ţesături:1. Avantajele:

- proprietăţi mecanice excelente;- se pot folosi ţesături armate unidirecţional, bidirecţional saumultidirecţional;

- eventualele distrugeri mecanice locale sunt uşor de reparat. 2. Dezavantaje:

- nu sunt compatibile cu o serie de răşini.Proprietăţile cele mai uniforme se obţin prin utilizarea platbandelor şi

membranelor compozite prefabricate lipite de beton printr-un adeziv puternic, având caracteristici fizico – mecanice compatibile atât cu stratul de beton cât şi cu produsul compozit. Procedeul prin contact este cel mai convenabil aplicării ,,în situ”, atât ca flexibilitate a procesului cât şi ca preţ de cost. Totuşi proprietăţile sistemului rezultat au o mare împrăştiere, consumul de răşină esterelativ ridicat, iar membrana compozită rezultată după întărire are proprietăţi mecanice mai reduse. Infuzia de răşină în mediu vacuumat conduce la un element compact cu proprietăţi superioare la care rezultă o dispunere corectă a stratului de armare. În acest caz răşina polimerică îndeplineşte şi rolul de strat adeziv, format simultan cu produsul compozit. Deşi, în acest caz există mai puţine interfeţe la care se poate iniţia cedarea, se elimină stratul tenace de adeziv, favorabil comportării de ansamblu a sistemului hibrid.

La consolidarea elementelor încovoiate din beton armat cu ajutorul materialelor compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) trebuie respectat conceptul general al armării exterioare astfel încât modul de lucru al elementelor încovoiate să nu se înrăutăţească. Toate cerinţele de performanţă impuse structurilor iniţiale trebuie menţinute şi la cele consolidate. Prin soluţiile propuse trebuie evitate devierile majore de la distribuţiile tensiunilor pe secţiunea

transversală a elementelor în cele două stări (consolidat şi neconsolidat). Selectarea produsului compozit pentru armarea exterioară şi a adezivului trebuie să asigure modul de lucru unitar al elementului consolidat.

Confinarea stâlpilor din beton armat cu materiale şi produse composite detaliază confinarea stâlpilor din beton armat cu materiale şi produse compozite.Sunt prezentate efectele confinării la elementele comprimate, modelele Popovics, Mander, Spoelstra-Monti şi Triantafillou de analiză a betonului confinat cu CPAF şi de calculare a deformatiilor, dar şi definirea relaţiilor dintre tensiuni şi deformaţii specifice. Efectul de strângere laterală a betonului comprimat, exercitat de armătura transversală la valori ridicate ale eforturilor unitare, când procesul de microfisurare a structurii interioare a betonului este amorsat, manifestându-se prin tendinţa de ,,dilatare” transversală, este denumit în mod curent efect de fretă sau efect de confinare.

Folosirea materialelor compozite cu matrice polimerice armate cu fibre (CPAF) în procesul de consolidare a structurilor din beton armat conduce la eliminarea unor neajunsuri ale materialelor clasice, datorită faptului că materialele compozite sunt imune la atacul agresiv al agenţilor chimici, şocuri mecanice, acţiuni ale focului sau variaţiilor mici de temperatură.

Materialele compozite cu matrice polimerice armate cu fibre (CPAF) au rezistenţe mecanice şi constante elastice cu valori foarte ridicate în direcţia fibrelor, proprietăţi mecanice dirijate în raport cu direcţiile de solicitare, precum şi posibilitatea realizării unor înfăşurări sau cămăşuieli compozite folosind personal cu o calificare medie. Rolul CPAF este de a creşte capacitatea portantă a elementului, de a spori ductilitatea şi de a reduce sau stopa viteza mecanismelor de deteriorare posibile în exploatarea structurii.

Ţesătura se consideră aplicată doar în direcţie orizontală, ceea ce asigură o confinare a betonului dar care nu acţionează ca şi o armătură suplimentară. Efectul aplicării fibrelor polimerice reprezintă o creştere a rezistenţei la compresiune şi a ductilităţii stâlpilor, dar doar o creştere uşoară a rezistenţei la încovoiere. Starea de compresiune triaxială a betonului confinat, conduce la o creştere semnificativă a rezistenţei acestuia, de circa 1,6 până la 4,0 ori mai mare decât rezistenţa la compresiune monoaxială.

Pentru a spori ductilitatea stâlpilor din beton armat, s-a considerat confinarea lor cu polimeri armaţi cu fibre de carbon. Ţesătura s-a aplicat în straturi orizontale, efectul ei fiind de confinare a betonului.

O cerinţă de ductilitate specifică stâlpilor este înnădirea corectă a armăturilor. Condiţiile tehnologice impun ca armăturile longitudinale din stâlpi să fie înnădite la partea inferioară a stâlpilor. Însă acestea sunt zonele critice, în care se pot produce deformaţii inelastice în urma unui cutremur. Strivirea betonului în

zona articulaţiei plastice conduce la o degradare accentuată a condiţiilor de aderenţă şi nu mai asigură continuitatea transmiterii eforturilor din armături înzona înnădirii. De aceea, trebuie evitate înnădirile armăturilor din stâlpi în zonele plastic potenţiale, în special a înnădirilor prin suprapunere.

Consolidarea stalpului cu fibre composite Sika Wrap Hex-430G

Consolidarea stalpului s-a efectuat automat cu ajutorul programului de calcul SIKA

Cu ajutorul programului s-a hotarat ca stalpul v-a fi consolidate cu 9 straturi de Sika Wrap Hex-430G