Domenii de utilizare a betonului

Opera din Sydney Turnurile Petronas ( Malaysia )

• Burj Khalifa Vedere 3D a unui etaj tipic al Burj Khalifa, Dubai

Fundaţia turnului este alcătuită dintr-un radier aşezat pe piloţi. Radierul de beton armat are 3,7 m grosime şi a fost turnat folosind beton autocompactant C40/50.

Radierul este sprijinit pe 194 piloţi foraţi turnaţi in situu. Piloţii au diametrul de 1,5 m şi circa 43 m lungime şi sunt din beton autocompactant C50/60, cu o capacitate de 3000 tone fiecare. Pilotul testat a suportat peste 6000 de tone. Apa subterană în zona infrastructurii este deosebit de agresivă, cu cloruri în concentraţie de până la 4,5% şi sulfaţi până la 0,6%, fiind mai mari chiar decât în apa de mare. În consecinţă, asigurarea durabilităţii a fost un factor determinant la proiectare radierului şi piloţilor. Reţeta betonului C50/60 foloseşte un ciment compozit cu 25% cenuşi zburatoare, 7% SUF, şi un raport A/C de 0,32.

Amestecul a fost proiectat să fie autocompactant, utilizânt un aditiv superplastifiant astfel încât să se obţină o raspândire de 675 ± 75 mm, şi să se reducă posibilitatea de apariţie a defectelor la turnare.

Proiectarea betonului pentru elementele verticale a fost determinată de următoarele cerinţe: o rezistenţă la compresiune de 10 MPa la 10 ore pentru a asigura viteza de execuţie prevăzută, o rezistenţă finală de 80 MPa pe cub şi un modul de deformaţie de 44 GPa (în EC2, acest modul corespunde la un beton C90/105), precum şi asigurarea unei pompabilităţi şi lucrabilităţi adecvate. Condiţiile de mediu din Dubai variază de la o iarnă răcoroasă la călduri extreme vara, cu maxime depăşind uneori 50 °C. Pentru a ţine cont de vitezele diferite de dezvoltare a rezistenţei şi de pierdere a lucrabilităţii, dozajul de întârzietor este ajustat pentru diferite sezoane. Asigurarea pompabilităţi pentru aceste înăţimi record a fost cea mai dificilă problemă de proiectare, ţinând cont mai ales de temperaturile ridicate din timpul verii.

Au fost dezvoltate 4 amestecuri diferite pentru a reduce presiunea de pompare pe măsură ce creşte înălţimea clădirii.

Amestecul curent conţine 13% cenuşi zburătoare şi 10% SUF cu dimensiunea maximă a agregatului de 20 mm. Amestecul este autocompactant, cu o răspândire medie de circa 600 mm, şi a fost folosit până când presiunea de pompare a depăşit 200 bari. După aceasta a fost folosit un amestec cu dimensiunea maximă a agregatului de 14 mm şi 20% cenuşi zburătoare şi autocompactant, menţinând rezistenţa pe cub de 80 MPa. Peste nivelul 127, cerinţele structurale sunt de numai 60 MPa rezistenţă la compresiune pe cub, şi s-a folosit un amestec cu dimensiunea maximă a agregatului de 10 mm.

1. Turnul Dubai, (Emiratele Arabe Unite), 1 km2. Turnul Freedom (SUA), 542 m - în construcţie3. Taipei 101 ( Taiwan ), 509 m4. Shanghai World Finance Center ( China ), 492 m - în construcţie5. Turnurile Petronas ( Malaysia ), 452 m6. Turnul Sears, Chicago (SUA), 442 m7. Turnul Jim Mao ( China ), 421 m8. Turnurile gemene, New York (SUA), 417 şi 415 m9. Finance Center ( Hong Kong ), 415 m10. Empire State Building, New York (SUA), 381 m

Istoric• Romanii au fost primii care au construit cu ceea ce

denumim beton. Cuvântul „concrete” vine de la cuvîntul latin concretus, care înseamnă crescând împreună. Romanii utilizau ca liant var, la care adăugau o cenuşă vulcanică de lângă muntele Vezuviu. Câteva din structurile romane în care zidăria a fost realizată cu mortar, cum ar fi Coliseum şi Pont du Gare sau structuri din beton cum este Pantheonul din Roma au supravieţuit până în zilele noastre.

• În Evul Mediu s-a înregistrat un declin în ceea ce priveşte folosirea cimentului în construcţii. În secolul al 18-lea se răspândeşte utilizarea betonului, odată cu revoluţia industrială. John Smeaton (prima persoană care s-a autodenumit inginer constructor) a folosit calcar hidraulic (piatră de var arsă în combinaţie cu o pozzolana din Italia) pentru a re-construi farul din Eddystone.

• În 1824 Joseph Aspdin un zidar din Leeds a obţinut cimentul Portland. Acest ciment a fost obţinut prin arderea unui amestec de argilă fină şi piatră de calcar într-un furnal, până la eliminarea CO2. Numele de ciment portland este dat după asemănarea cu piatra Portland din cariera Dorset (Anglia).

• Prototipul cimentului modern a fost obţinut de Isaac Johnson, care a ars amestecul de argilă şi calcar până la clinkerizare.

• În 1850 Lambot a realizat o barcă cu plase de sârmă, tencuite cu mortar pe ambele părţi. În acelaşi timp Francois Coignet a realizat elemente prefabricate din beton armat, folosite pentru canalizare.

• Wilkinson (U.K) a realizat un planşeu din beton armat în 1865.

• T. Hyett a propus în 1873 execuţia unui planşeu din elemente prefabricate din beton armat.

• Dar părintele betonului armat este considerat un grădinar francez, Joseph Monier, care a înlocuit vasele de lemn cu vase din beton armat. Între 1860-1880 Monier a realizat o serie de construcţii din beton armat cum ar fi: rezervoare, plăci, grinzi, perţi, poduri, etc.

• În acelaşi timp, betonul armat a fost utilizat la realizarea construcţiilor de locuit şi prima clădire înaltă din Statele Unite a fost ridicată de Ward în 1875 în Port Chester, New York.

• Betonul precomprimat s-a dezvoltat mai târziu, deşi primul patent a fost obţinut de P.H. Jackson (Statele Unite). În 1930 Freyssinet (Franţa) a folosit sârme de oţel de înaltă rezistenţă în combinaţie cu beton, rezultând astfel betonul precomprimat.

• Anghel Saligny a fost primul care a introdus în ţara noastră: în 1888 a construit silozurile de cereale de la Brăila şi Galaţi, folosind prefabricate din beton armat.

• Alături de A. Saligny un alt inginer, Elie Radu a realizat o serie de poduri din beton armat.

COLOSEUM ROME

• PANTHEON ROME

• Viaductul de la Pont du Gard-Franţa a fost construit între 40-60 dCr.

• Smeaton's Tower, este cel mai cunoscut, deoarece a influenţat proiectarea farurilor moderne şi este un obiectiv important în dezvoltarea betonului ca material de construcţie. John Smeaton a fost însărcinat în 1756 să reconstruiască Farul Eddyston de pe coasta Cornish. Acesta a folosit un mortar produs din puzzola (din Italia) şi calcar cu conţinut ridicat de argilă. Farul a fost construit cu blocuri de piatră cimentate cu acest mortar. Farul a fost demolat în 1876 şi reconstruit la Playmouth, unde încă se mai află şi azi.

Tipuri de betoane • Betoanele uşoare, având densitatea în stare uscată sub 2000

kg/m3;• Betoane de înaltă perfomanţă, foarte înaltă performanţă şi ultra

înaltă performanţă, având rezistenţe la compresiune ce ating rezistenţe la compresiune de fck> 210 MPa, iar rezistenţe la întindere de până la 150 MPa;

• Betoane cu ductilitate sporită, la care se adaugă fibre de oţel sau filere foarte fine;

• Betoane autocompactante, cu lucrabilitate sporită, ce nu necesită vibrare;

• Betoane „inteligente”, ale căror proprietăţi defavorabile pot fi ameliorateprin schimbări ale compoziţiei;

• Betoane polimerice;• Betoane hidrotehnice;• Betoane rutiere;• Betoane grele, cu bile metalice pentru structuri radioactive;• Betonul aparent;• Betonul „verde” (green concrete) obţinut prin utilizarea deşeurilor

(cenuşă de termocentrală, zgură, silice ultrafină, etc.)

După densitatea aparentă (ρap) în stare uscată betoanele se clasifică în:

• Betoane uşoare, cu ρap≤ 2000 kg/m3

• Betoane cu densitate normală (semigrele şi grele) cu densitate ρap=2001...2500 kg/m3

• Betoane foarte grele cu ρap>2500 kg/m3

Pentru betoanele obişnuite rezistenţa la compresiune pe cub variază între 5 şi 60 MPa.

CIMENTURIFuncţie de compoziţii, procedee de obţinere şi

fineţea de măcinare se obţin cimenturi portland ce au proprietăţi fizico-mecanice diferite :

• cimenturi portlant alitice cu rezistenţe iniţiale şi finale mari, utilizate în sectorul prefabricate, construcţii civile şi industriale, etc;

• cimenturi portland cu căldură de hidratare redusă, indicate îb principal pentru construcţii masive;

• cimenturi portland cu căldură de hidratare redusă, indicate în principal pentru construcţii masive;

• cimenturi portland rezistente la acţiunea sulfaţilor.

Noile tipuri de cimenturi produse în ţara noastră sunt:• a) Ciment portland fără adaos (tip I- STAS SR 388-95)

având clasele de rezistenţă 32,5; 42,5 şi 52,5 N/mm2 şi rezistenţă iniţială normală şi 32,5R; 42,5R şi 52,5R N/mm2 şi rezistenţă iniţială mare;

• Cimenturi compozite (tipII, III, IV V- STAS SR 1500-96) cu adaos de zgură, cenuşă, având aceleaşi clase de rezistenţă ca şi cimentul tip I;

• Cimentul de furnal (tipIII);• Cimentul puzzolanic (tipIV);• Cimentul compozit (tip V) cu adaos de zgură granulată

de furnal plus puzzolană plus cenuşă;• Cimenturi cu căldură de hidratare limitată şi cu rezistenţă

la acţiunea apelor sulfatice (cimenturi tip H- STAS SR 3011-96)

Agregatele • Agregatele utilizate la prepararea betonului

obişnuit sunt agregate naturale sau obţinute prin concasarea rocilor.

• Agregatele obişnuite se obţin din roci naturale, şisturi cristaline sau pot fi artificiale, produse prin concasarea zgurii de furnal, zgurii de oţelărie sau prin arderea şi concasarea şisturilor argiloase.

În construcţii civile se folosesc în general două sorturi de agregate :

• Agregate fine, formate din granule cu diametru de la 0,02 la 7 mm. Ele nu trebuie să conţină particule plate sau alungite. Agregatele fine cele mai utilizate sunt nisipul natural şi agregatele fine concasate din piatră, zgură sau cenuşă.

• Agregatele grosiere constau din granule cu diametrul peste 7 mm. Acestea pot fi clasificate după forma lor:

• agregate rotunde, de exemplu pietrişul foarte uzat de pe mal;

• agregate de formă iregulată, de exemplu pietrişul din apele curgătoare;

• agregate colţuroase, de exemplu roca sfărîmată;

Agregatele sunt obţinute din granit, calcar, bazalt, quarţ, piatră ponge, zgură de termocentrală, vermiculit, dolomit, etc.

• Se folosesc însă şi agregate uşoare care sunt de origine artificială.

• Agregatele uşoare: principala caracteristică este porozitatea ridicată, care conduce la greutatea specifică aparentă foarte scăzută. Acestea pot fi naturale sau pot fi prelucrate din materiale naturale sau din deşeuri industriale.

• Agregatele naturale sunt: diatomita, piatra sponge, scoria, cenuşa vulcanică, tufurile.

• Agregate fabricate sunt foarte diverse şi pot fi clasificate pe baza materiei prime din care provin.

• Agregate uşoare folosite în construcţii civile provin din: argilă expandată, şisturi, gresie.

Aditivii

• Sunt substanţe chimice care se adaugă în beton în diferite cantităţi (mai mici sau egale cu 5% din masa cimentului) în scopul îmbunătăţirii proprietăţilor betonului proaspăt şi/sau întărit. Ei pot fi: reducători de apă, plastifianţi sau superplastifianţi, acceleratori sau întîrzietori de priză şi întărire, antrenori de aer, anti-îngheţ, impermeabilizatori şi inhibatori de coroziune.

Adaosurile

• Sunt materiale anorganice (se mai numesc filere), cu fineţe mai mare decât a cimentului, care se pot adăuga în beton, în diferite cantităţi, sau pot înlocui părţi din ciment. Adaosurile pot îmbunătăţi lucrabilitatea betonului, gradul de impermeabilitate şi rezistenţa la agenţi chimici agresivi. Unele adaosuri sunt active (zgura granulată de furnal, cenuşa şi praful de silice).