efectul confinării asupra conlucrării betonului autocompactant cu armătura

7/24/2019 Efectul confinrii asupra conlucrrii betonului autocompactant cu armtura

1/204

Investete n oameni !FONDUL SOCIAL EUROPEANProiect cofinanat din Fondul Social European prin Programul Operaional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013Axa prioritar1: Educaia i formarea profesionaln sprijinul creterii economice i dezvoltrii societii bazate pe cunoatere

Domeniul major de intervenie 1.5 "Programe doctorale i post-doctorale n sprijinul cercetrii"Titlul proiectului: Q-DOC- Creterea calitii studiilor doctorale n tiine inginereti pentru sprijinirea dezvoltrii societii bazate pe cunoatere

Contract : POSDRU/107/1.5/S/78534Beneficiar: Universitatea Tehnicdin Cluj-Napoca

FACULTATEA DE INGINERIE CIVIL

Ing. Sabu Marian

TEZ DE DOCTORAT

EFECTUL CONFINRII ASUPRA CONLUCRRII BETONULUIAUTOCOMPACTANT CU ARMTURA

Conductor tiinific,

Prof.dr.ing. TRAIAN ONE

Comisia de evaluare a tezei de doctorat:

PREEDINTE: - Prof.dr.ing.Ildiko Bucur -Universitatea Tehnicdin Cluj-Napoca;

MEMBRI: - Prof.dr.ing. Traian One- conductor tiinific, Universitatea Tehnicdin Cluj-Napoca;

- Prof.dr.ing.Marinela Brbu- referent, Universitatea TehnicGheorghe Asachi din Iai;

- Conf.dr.ing. tefan Nicolae Iosip Mo- referent, Universitatea Politehnic din Timioara;

- Prof.dr.ing.Zoltan Kiss - referent, Universitatea Tehnicdin Cluj-Napoca.


2/204

- 1 -

CUPRINS

1. INTRODUCERE ......................................................................................................................... 4

1.1 Definirea betonului autocompactant ..................................................................................... 4

1.2 Stadiul actual al cercetrilor cu privire la aderena dintre betonul autocompactant iarmtur ...................................................................................................................................... 5

1.3 Obiectivul tezei de doctorat .................................................................................................. 9

1.4 Organizarea tezei ................................................................................................................ 10

2. BETONUL AUTOCOMPACTANT......................................................................................... 11

2.1 Compoziia betonului autocompactant ............................................................................... 112.1.1 Ciment ......................................................................................................................... 112.1.2 Adaosuri ...................................................................................................................... 11

2.1.3 Agregate ...................................................................................................................... 12

2.1.4 Ap .............................................................................................................................. 122.1.5 Aditivi ......................................................................................................................... 122.1.6 Fibre ............................................................................................................................ 13

2.2 Metode de testare ale caracteristicilor betonului autocompactant n stare proaspt......... 13

2.2.1 ncercarea de rspndire din tasare conul Abrams .................................................. 13

2.2.2 Determinarea vscozitii plnia V .......................................................................... 15

2.2.3 Determinarea abilitii de trecere cutia L ................................................................ 16

2.2.4 Determinarea abilitii de trecere inelul J i conul Abrams ..................................... 17

2.2.5 Determinarea rezistenei la segregare sita ............................................................... 19

2.2.6 Determinarea capacitii de umplere cutia U ........................................................... 20

2.3 Proiectarea compoziiei betonului autocompactant ............................................................ 212.3.1 Metoda general .......................................................................................................... 222.3.2 Metoda volumului de pastminim ............................................................................. 222.3.3 Metoda chinezeasc .................................................................................................... 23

2.4 Proprietile mecanice ale betonului autocompactant n stare ntrit............................... 242.4.1 Rezistena la compresiune.......................................................................................... 25

2.4.2 Modulul de elasticitate ................................................................................................ 26

2.4.3 Rezistena la ntindere ................................................................................................. 282.4.4 Aderena dintre beton i armtur ............................................................................... 292.4.5 Contracia .................................................................................................................... 302.4.6 Curgerea lent ............................................................................................................. 32

2.5 Standarde i ghiduri n domeniul betonului autocompactant ............................................. 342.5.1 Ghidurile europene pentru betonul autocompactant ................................................... 362.5.2 Recomandrile japoneze pentru betonul autocompactant .......................................... 382.5.3 Ghidul american pentru betonul autocompactant ....................................................... 39


3/204

- 2 -

3. ADERENA DINTRE BETON I ARMTUR ................................................................... 42

3.1 Stadiile interaciunii beton-armtur .................................................................................. 42

3.2 Factorii care influeneazaderena ..................................................................................... 453.2.1 Calitatea betonului ...................................................................................................... 463.2.2 Confinarea betonului ................................................................................................... 473.2.3 Geometria barei de armtur ....................................................................................... 48

3.2.4 Lungimea de ancorare a barei de armtur ................................................................. 503.2.5 Efectele mediului ........................................................................................................ 513.2.6 Modul de aplicare a ncrcrii .................................................................................... 53

3.3 Determinarea experimentala aderenei ............................................................................ 553.3.1 Epruvete scurte ........................................................................................................... 553.3.2 Epruvete lungi ............................................................................................................. 59

3.4 Confinarea betonului prin utilizarea armturilor de confinare ........................................... 61

3.4.1 Mecanismul confinrii ................................................................................................ 613.4.2 Efectul armturilor de confinare ................................................................................. 63

4. MODELE ANALITICE PENTRU DETERMINAREA ADERENEI ................................... 68

4.1 Ecuaii descriptive existente n literatur............................................................................ 70

4.1.1 Orangun, Jirsa i Breen 1977 ................................................................................... 70

4.1.2 Darwin 1992 i 1996 ................................................................................................ 70

4.1.3 Zuo i Darwin 1998 i 2000 ..................................................................................... 71

4.1.4 Esfahani i Rangan 1998 .......................................................................................... 72

4.1.5 Rehm, Nilson i Mirza 1961, 1968 i 1979 ............................................................. 724.1.6 Eligehausen i Huang 1983 i 1996 ......................................................................... 73

4.1.7 Soroushian 1991 ...................................................................................................... 75

4.1.8 Harajli 1995 ............................................................................................................. 76

4.1.9 Oh 2007 .................................................................................................................... 76

4.1.10 Desnerck 2010 ....................................................................................................... 77

4.1.11 Pop 2012 ................................................................................................................ 78

4.2 Standarde de proiectare ...................................................................................................... 79

4.2.1 CEB-FIP Model Code 1990 ........................................................................................ 79

4.2.2 fib Model Code 2010 .................................................................................................. 824.2.3 Eurocode 2 .................................................................................................................. 86

5. DETERMINAREA EXPERIMENTALA FENOMENULUI DE ADEREN.................. 89

5.1 Materiale folosite ................................................................................................................ 895.1.1 Beton ........................................................................................................................... 895.1.2 Metoda generalfolositla determinarea compoziiilor de beton autocompactant... 905.1.3 Caracteristicile n stare proasptale betoanelor realizate ......................................... 96

5.1.4 Caracteristicile fizico-mecanice ale betoanelor realizate ............................................ 97

5.1.5 Armtur ..................................................................................................................... 99


4/204

- 3 -

5.2 ncercarea prin smulgere pe cuburi i prisme pentru determinarea aderenei dintre beton iarmtur .................................................................................................................................. 101

5.2.1 Descrierea programului experimental ....................................................................... 1015.2.2 Noduri de cadru la structuri n cadre din beton armat .............................................. 1075.2.3 Rezultate i observaii ............................................................................................... 108

5.3 Studiul parametrilor care s-au urmrit n cadrul programului experimental .................... 110

5.3.1 Influena tipului de beton .......................................................................................... 1115.3.2 Influena confinrii betonului cu armturtransversal........................................... 1175.3.3 Influena coeficientului de confinare transversal.................................................... 1235.3.4 Influena diametrului barei ncercate la smulgere ..................................................... 1255.3.5 Influena lungimii de ancorare .................................................................................. 1305.3.6 Influena formei elementului .................................................................................... 136

5.4 Compararea rezultatelor obinute cu modele existente pentru determinarea aderenei .... 1375.4.1 Efortul ultim de aderen.......................................................................................... 138

5.4.2 Lunecarea corespunztoare efortului ultim de aderen........................................... 139

5.4.3 Relaia efort de aderen-lunecare ............................................................................ 140

5.5 Model propus pentru determinarea aderenei dintre betonul autocompactant i armtur................................................................................................................................................ 142

6. CONCLUZII, CONTRIBUII PERSONALE I PROPUNERI DE VALORIFICARE ACERCETRILOR ....................................................................................................................... 149

6.1 Concluzii i contribuii personale ..................................................................................... 1496.1.1 Influena tipului de beton .......................................................................................... 149

6.1.2 Influena confinrii betonului cu armturtransversal........................................... 150

6.1.3 Influena diametrului barei ncercate la smulgere ..................................................... 1506.1.4 Influena lungimii de ancorare .................................................................................. 1516.1.5 Model propus pentru determinarea aderenei dintre betonul autocompactant iarmtur ............................................................................................................................. 151

6.2 Propuneri de valorificare a cercetrilor ............................................................................ 153

7. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................... 154

ANEXE ....................................................................................................................................... 183

Anexa A. Realizri practice ale betonului autocompactant .................................................... 183A.1 Rezervoare de gaz n Texas, SUA .............................................................................. 183A.2 Halindustrialn Vernue, Belgia .............................................................................. 184A.3 Cldire rezidenialn Brazilia ................................................................................... 186A.4 Trump Tower, Chicaho, SUA ..................................................................................... 187A.5 World Financial Centre, Shanghai, China .................................................................. 189A.6 Vila Gistel, Belgia ....................................................................................................... 190A.7 Complex sportiv multifuncional pentru echipa de fotbal SK Slavia Prahan Cehia . 191

Anexa B. Date tehnice referitoare la materialele folosite ....................................................... 194


5/204

- 4 -

1. INTRODUCERE

1.1 Definirea betonului autocompactant

Betonul autocompactant (BAC) este un tip special de beton care este capabil scurg i sse consolideze sub propia greutate, umplnd complet cofrajele chiar i n prezena unei armridese, meninndu-i n acelai timpomogenitatea, fr a fi nevoie de o compactare mecanic.

Betonul, prin cele trei forme de utilizare: simplu, armat i precomprimat, se constituie caprincipalul material de construcie al zilelor noastre, fiind utilizat nca din secolul al XIX-lea.Meninerea competivitii betonului ca principal material de construcie a condus la crearea denoi tipuri de betoane, cu proprieti fizico-mecanice sau chimice deosebite, cum ar fi: betonulautocompactant, betonul cu polimeri, betonul cu armare dispers.

La sfritul anilor 80 odat cu progrele n industria aditivilor pentru beton s-a reuit s secreasc fluiditatea betonului astfel nct acesta s poat fi considerat autocompactant dar i

suficient de coeziv pentru a nu permite segregarea.Conceptul debeton autocompactant a aprut i s-a dezvoltat n Japonia din anul 1988 [1],

cu scopul de a se realiza structuri din beton durabile prin mbuntirea calitii procesului depunere n oper i vibrare a betonului convenional.

Betonul autocompactantprezint o serie de avantaje, ntre care: punerea n oper uoar i rapid, cu reducerea manoperei;

creterea productivitii in execuie;

suprafee de beton bine finisate, de calitate; absena compactrii prin vibrare, deci a vibraiilor;

reducerea polurii fonice; durabilitate superioar fa de betonul obinuit;

libertate n proiectarea seciunii elementelor (posibilitatea realizrii unor seciunisubiri sau de form neregulat);

valorificarea materialelor locale (deeuri industriale de tip cenu zburtoare, zgurgranulatde furnal, filer de calcar, etc.);

precompetitiv prin reducerea costului de punere n oper a betonului, care tinde scompenseze costurile mai ridicate ale materialelor.

Betonul autocompactant ofer i avantaje de ordin economic i social n raport cu betonul

conventional, fiind capabil s asigure produselor turnate o calitate superioar de finisare asuprafeelor rezultate dup decofrare.

Cerinele specifice pentru un beton autocompactant sunt:

abilitatea de rspndire: abilitatea de a umple complet cofrajul n care este turnat,doar sub efectul propriei greuti;

abilitatea de trecere: abilitatea de a curge printre armturi nzone cu armare deas,fr a cauza segregarea i blocarea agregatelor din beton;

rezistena la segregare: abilitatea de a rmne omogen att n timpul transportului i alpunerii in oper ct i dup ce a fost punsn oper.

Productorii de beton au artat c prin folosirea BAC s-a nregistrat o reducere a costurilori a manoperei pentru retuarea imperfeciunilor suprafeelor de la 25-75% [2]. Eliminarea


6/204

- 5 -

echipamentului de vibrare mbuntete mediul de lucru n antiere i fabricile de prefabricatedin beton, reducnd riscul de expunere al muncitorilor la zgomote i vibraii.

Primele realizri practice ale BAC n domeniul ingineriei civile au fost n Japonia i seregsesc n lucrrile urmtoare: [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12].

1.2 Stadiul actual al cercetrilor cu privire la aderena dintre betonulautocompactant i armtur

Cele mai multe studii au raportat c aderena barelor de armtur n BAC este mai maredect n BNV (Tabel 1.1). Gibbs iZhu [13] au gsitvariaii ale eforturilor ultimede pn la32% mai mari pentru BAC, ns o majorare a eforturilor normalizate de doar 17%. Sonebi iBartos [14] au prezentat o variaie a efortului ultim de 16%...+40% i a efortuluinormalizat de+7%...+26%. n lucrareaprezentat de Zhu i alii[15] deferenele dintre cele dou eforturi aufost ntre +31%...+44% pentru efortul ultim i ntre +17%...+27%pentru efortul normalizat.

Valcuende iParra [16] au gsit eforturi ultimecuprinse ntre 1%...17% iar cele normalizate ntre+9...+12%. Collepardi i alii [17] au obinut valori mai mari ale efortului normalizat de aderencu pn la 70%. Pe de alt parte au existat i studii care au raportat eforturi ultime mai maripentru BNV, Schiessl iZilch [18], Almeida i alii[19] au prezentat eforturi ultime de aderencu pn la 15% mai mari pentru BNV.

Nr.

crt.Autor

fcBAC

[N/mm]

fcBNV

[N/mm]

Diametrubar[mm]

Raport R,nBAC/BNV

[%]

1 Gibbs iZhu [13] 47 37 12 +17

2 Sonebi iBartos [14]45 38 12 +26

45 38 20 +7

3 Zhu i alii[15]47-80 37-62 12 +17...+27

47-80 37-62 20 +16...+18

4 Valcuende iParra [16] 30-61 28-57 16 +9...+12

5 Collepardi i alii[17] 82-83 66 - +54...+706 Schiessl iZilch [18] 36-39 30-33 - -0...-40

7 Almeida i alii[19]57 61 10 +13

57 61 16 -3

8 Castel i alii[20] 30-44 34-49 12 +8...+9

9 Chan i alii[21] - - 32 +45

10 Almeida i alii[22]30-53 32-50 10 +3...+28

30-53 32-50 16 -15...+24

11 Knig i alii [23] 55 45 10 -12


7/204

- 6 -

12Nebraska, depart. de

Drumuri [24]

55 66 13 +69

55 66 19 +27

55 66 25 +22

13 Boel i alii[25]

61 56 8 +25

61 56 12 +1461 56 16 +2

14 Wang i Zheng [26] 48-68 67 16 +6...+9

Tabel 1.1 Rezultatele studiilor din literatura de specialitate privind efortul ultim de aderen

n continuare vor fi prezentate detaliat programele experimentale ntreprinse de ctre maimuli autori.

Zhu i alii [15], n urma programului experimental (Tabel 1.2) au obinut:

att pentru diametrul barei de 12 mm ct i 20 mm, eforturi ultime de aderen mai

mari cu 24% pentru BAC35 fa de BNV35 i 30% pentru BAC60 fa de BNV60.

AutorulTip

betonfc

[MPa]Dimensiuni element

[mm]Tip bar

db[mm]

ld[mm]

Zhu i alii[15]

BNV35 37ncercarea prin

smulgere,100x100x150

profilperiodic

12 i20

120BNV60 61,50BAC35 47BAC60 79,50Tabel 1.2 Prezentare program experimental Zhu i alii

Castel i alii [20], n urma programului experimental (Tabel 1.3) au obinut: pentru bare netede, eforturi ultime de aderen mai mari cu 15% pentru BAC40 fa de

BNV40 pentru barele perpendicularepe direcia de turnare;

pentru bare cu profil periodic, eforturi ultime de aderen mai mari cu 13% pentruBAC25 fa de BNV25 i 16% pentru BAC40 fa de BNV40 pentru barele

perpendiculare pe direcia de turnare;

pentru bare cu profilperiodic, paralele cu direcia de turnare, eforturile ultime pentruBAC40 i BNV40 au fost egale.

Autorul Tipbeton

fc[MPa]

Dimensiuni element[mm]

Tipbar

db[mm]

ld[mm]

Castel i alii[20]

BNV25 34,40ncercarea prin

smulgere,100x100x500

profilperiodici neted

1260

(5db)BNV40 48,80BAC25 30BAC40 43,70

Tabel 1.3 Prezentare program experimental Castel i alii

Almeida i alii [22], n urma programului experimental (Tabel 1.4) au obinut: n cazul ncercarii prin smulgere, eforturi ultime de aderen mai mari cu 19% pentru

BAC1 fa de BNV1 i 12% pentru BAC2 fa de BNV2;


8/204

- 7 -

n cazul ncercarii pe grinzi, eforturi ultime de aderen mai mari cu 14% pentru BAC1fa de BNV1, n schimb au nregistrat eforturi ultime egale pentru BAC2 i BNV2.

AutorulTip

betonfc


[mm]Tip bar

db[mm]

ld[mm]

Almeida ialii[22]

BNV1 35,80ncercarea prinsmulgere, cilindrii

10dbx10db

profilperiodic

10 i16

5dbi8db

BNV2 62,25BAC1 38BAC2 70,76BNV1 35,80

ncercarea prinncovoiere, grinzi

profilperiodic

10 i16

10dbBNV2 62,25BAC1 38BAC2 70,76

Tabel 1.4 Prezentare program experimental Almeida i alii

Hossain i Lachemi[27], n urma programului experimental (Tabel 1.5) au obinut:

pentru barele paralele cu direcia de turnare, n cazul BAC cu cenu zburtoare iBAC cu modificator de vscozitate eforturi normalizate de aderen mai mari dectBNV, n schimb pentru BAC cu silice ultrafinnregistrnd eforturi normalizate maimici dect BNV;

pentru barele perpendiculare pe direcia de turnare, eforturi normalizate de aderenmai mari pentru BAC fa de BNV.

AutorulTip

betonfc


[mm]Tip bar

db[mm]

ld[mm]

Hossain iLachemi

[27]

BNV 53

ncercarea prinsmulgere,

900x200x100

profilperiodic

25100

(5db)

BAC cucenu

zburtoare62

BAC cu siliceultrafin

39

BAC cumodificator de

vscozitate47

Tabel 1.5 Prezentare program experimental Hossain i Lachemi

Valcuende i Parra [16], n urma programului experimental (Tabel 1.6) au obinut: pentru ncercarea prin smulgere pe cuburi (200x200x200) mm, eforturi normalizate de

aderen mai mari cu 7% pentru BAC32-0,65 faa de BNV32-0,65, 17% pentruBAC32-0,55 faa de BNV32-0,55, 8% pentru BAC42-0,45 fa de BNV42-0,55 i 1%pentru BAC42-0,45 fa de BNV42-0,45;

pentru ncercarea prin smulgere pe stlpi (150x150x1500) mm, pentru toate cele patrureete studiate, eforturi medii i ultime de aderen mai mari pentru BAC fa de BNV.


9/204

- 8 -

AutorulTip

betonfc


[mm]Tip bar

db[mm]

ld[mm]

Valcuendei Parra

[16]

BNV32-0,65 27,75

ncercarea prinsmulgere, cuburi

200x200x200

profilperiodic

1680

(5db)

BNV32-0,55 33,76BNV42-0,55 42,40BNV42-0,45 56,50

BAC32-0,65 30,21BAC32-0,55 35,77BAC42-0,45 61,15BNV32-0,65 27,75

ncercarea prinsmulgere, stlpi150x150x1500

profilperiodic

1260

(5db)

BNV32-0,55 33,76BNV42-0,55 42,40BNV42-0,45 56,50BAC32-0,65 30,21BAC32-0,55 35,77BAC42-0,55 50,18

BAC42-0,45 61,15Tabel 1.6 Prezentare program experimental Valcuende iParra

Hassan i alii[28], n urma programului experimental (Tabel 1.7) au obinut:

eforturi normalizate de aderenpuin mai maripentru BAC fa de BNV la 3, 7, 14 i28 de zile;

raportul eforturilor normalizate de aderen dintre BAC i BNV este mai mare pentrubarele dispuse la partea superioar a elementelor fa de barele situate la parteainferioar;

rigiditatea aderenei, exprimat prin panta curbei efort de aderen-lunecare, este maimare pentru BAC fa de BNV;

att pentru elementele BAC ct i BNVncercate prin smulgere, eforturi de aderenpuin mai mari pentru barele dispuse la partea inferioarfa de cele situate la parteasuperioar.

AutorulTip

betonfc


[mm]Tip bar

db[mm]

ld[mm]

Hassani alii

[28]

BNV 47 ncercarea prinsmulgere,

4000x1200x300

profilperiodic

20150

(7,5db)BAC 45

Tabel 1.7 Prezentare program experimental Hassan i alii

Desnerck i alii[29], n urma programului experimental (Tabel 1.8) au obinut:

eforturi de aderen mai mari pentru BAC1 fa de BAC2 i BNV1, dup cum era deateptat din cauza rezistenei mai mari la compresiune a BAC1;

pentru bare cu diametru de 40 mm curbele efort de aderen-lunecare pentru BAC2 iBNV1 sunt aproape identice pentru valori mici ale lunecrii, pe cnd eforturile deaderen corespunztoare acelorai valori ale lunecrii pentru BAC1 sunt mai mari;

diferena eforturile normalizate de aderen dintre BAC i BNV este cea mai mare

pentru diametrul barei de 12 mm, aceast diferen devenind din ce n ce mai mic pe


10/204

- 9 -

msura creterii diametrului barei, rezultatele nregistrate pentru BAC fiind mai maripentru toate diametrele;

lunecarea corespunztoare efortului ultim de aderen a crescut odat cu cretereadiametrului barei.

Autorul Tipbeton fc[MPa] Dimensiuni element[mm] Tip bar db[mm] ld[mm]

Desnerck ialii[29]

BNV1 51,80 ncercarea prinncovoiere,grinzi tip I

profilperiodic

1260

(5db)BAC1 63,70BAC2 57,50BNV1 51,80 ncercarea prin

ncovoiere,grinzi tip II

profilperiodic

20 i25

5dbBAC1 63,70BAC2 57,50BNV1 51,80 ncercarea prin

ncovoiere,grinzi tip III

profilperiodic

32 i40

5dbBAC1 63,70BAC2 57,50

Tabel 1.8 Prezentare program experimental Desnerck i alii

1.3 Obiectivul tezei de doctorat

Prezenta lucrare i propune s aduc contribuii legate de fenomenul de aderen dintrebetonul autocompactant i armtur. Lucrarea este mprit n trei pri principale: parteageneral, partea specific i partea experimental.

Principalul obiectiv al programului experimental a fost studierea fenomenului de aderendintre betonul autocompactant i barele de armtur, mai precis a efectului confinrii betonului

cu armtur transversal, pentru validarea sau mbuntirea modelelor teoretice existente. ncadrul programului experimental au fost testate un numr de92 elemente, 34 dintre ele n formde cub iar 58 n form de prism.

Parametrii studiai au fost:

tipul de beton: beton autocompactant (BAC) i beton normal vibrat (BNV);

influena confinriibetonului: elemente cu armtur transversali elemente frarmtur transversal;

diametrul barei ncercate la smulgere: 10 i 12;

lungimea de ancorare a barei: 3 diametre (3d) i 5 diametre (5d).

n urma acestui studiu s-a propus un nou model matematic ce poate fi folosit pentrudeterminarea aderenei dintre betonul autocompactant i armtur n funcie de urmtorii factori: rezistena la compresiune a betonului;

caracteristicile geometrice ale barei de armtur (nlimea nervurilor i distana dintrenervuri);

lungimea de ancorare abarei de armtur;

confinarea betonului.


11/204

- 10 -

1.4 Organizarea tezei

Capitolul 1prezintpe scurt o introducere referitoare la betonul autocompactant fiindprezentat o definiie a acestuia precum i pricipalele avantaje pe care le aduce folosirea acestuitip de beton industriei construciilor. Pe lng aceste aspecte capitolul mai cuprinde i stadiul

actual al cercetrilor cu privire la aderena dintre betonul autocompactant i armtur. Deasemenea este prezentat obiectivul tezei, precum i organizarea ei.

Capitolul 2 cuprinde o dezvoltare teoretic a proprietilor betonului autocompactantfiindprezentate cercetri realizate la nivel mondial referitoare la compoziia, metodele de testare alecaracteristicilor n stare proaspti proprietile mecaniceale acestuia. Capitolul se ncheie cu o

prezentare a principalelor standarde i ghiduri ce stau la baza realizrii i utilizrii betonuluiautocompactant.

Capitolul 3prezint n detaliufenomenul de aderen dintre beton i armturi factoriicare influeneaz acest fenomen: calitatea betonului, confinarea betonului, caracteristicilegeometrice ale barei de armtur, lungimea de ancorare a barei, efectele mediului i modul deaplicare al ncrcrii. La sfritul capitolulului se prezintnoiuni teoretice legate deconfinarea

betonului prin utilizarea armturilorde confinare n elementele din beton armat.

Capitolul 4 cuprinde o centralizare a modelelor analitice pentru determinarea eforturilorde aderen att n betonul normal vibrat ct i n cel autocompactant. De asemenea sunt

prezentate prescripiile referitoare la determinarea adereneidin principalele standarde deproiectare.

Capitolul 5 prezint programul experimental: descrierea programului experimental,caracteristicile materialelor i modul de ncercare.Capitolul se ncheie cu interpretarearezultatelor experimentale i comparaia cu modelele existente pentru determinarea aderenei.npartea de final a capitolului este prezentat un model analitic propus pentru determinareaaderenei n betonul autocompactant, model ce urmrete rezultatele obinute n cadrulprogramului experimental.

Capitolul 6ncheie lucrarea prin centralizarea concluziilor formulate n urma studiuluirealizat. Sunt prezentate contribuiile personale ale autorului asupra aspectelor legate de

fenomenul de aderen n betonul autocompactant. Capitolul se ncheie cu propuneri devalorificare a cercetrilor.


12/204

- 11 -

2. BETONUL AUTOCOMPACTANT

2.1 Compoziia betonului autocompactant

Betonul autocompactant poate fi realizat cu materiale utilizate pentru betonul convenional

n conformitate cu standardul SR EN 206-1 [30]. Calitatea materialelor constituente necesit unnivel mai ridicat de control.

Materialele constituente ale betonului autocompactant sunt: ciment, adaosuri, agregate,ap, aditivi i eventual fibre.

2.1.1 Ciment

Betonul autocompactant necesit un coninut mare de parte fin i un raport micap/pulbere. Primele studii despre BAC au avut la baz folosirea unui ciment de tip Portlandcu

cldur de hidratare redusi cu un coninut ridicat de belit[31]. Toate tipurile de ciment nconformitate cu standardul SR EN 197-1 [32] pot fi folosite pentru realizarea BAC.

2.1.2 Adaosuri

Datorit proprietilor n stare proaspt ale BAC, adaosurile inerte i puzzolanice sauhidraulice sunt utilizate n mod obinuit pentru a mbunti i a menine coeziunea i rezistenala segregare. De asemenea prin folosirea adaosurilor se regleaz coninutul de ciment pentru areduce cldura de hidratare i contracia termic.

Adaosurile, n funcie de activitatea lor liantn prezena apei, pot fi de dou tipuri (Tabel2.1).

Tip I inerte sau semi-inertefilere minerale (de calcar, dolomitice)

pigmeni

Tip IIpuzzolanice

cenua zburtoare SR EN 450 [33]silicea ultrafin SR EN 13263 [34], [35]

hidraulice zgur granulat de furnal mcinatSR EN 15167 [36]Tabel 2.1 Clasificarea adaosurilor minerale conform EFNARC 2005 [37]

Filerele mineraleFilerelepe baz de carbonat de calciusunt cel mai des folosite deoarece pot da proprieti

reologice excelente betonului proaspt i un grad de finisare ridicat a suprafeelor de betondupdecofrare. Cea mai avantajoas fraciune granulometric este cea sub 0,125 mm, curecomandarea ca procentul de treceri pe sita de 0,063 mm s fie mai mare de 70%.

Cenua zburtoareS-a dovedit ccenua zburtoareeste un adaos eficient pentru BAC, asigurnd o cretere a

coeziunii dintre materiale i o sensibilitate redus la variaia coninutului de ap. Totui un dozaj

ridicat de cenu zburtoare poate produce o fraciune de past care este att de coeziv nct sopun rezisten la curgerea betonului.


13/204

- 12 -

Silicea ultrafinNivelul ridicat de finee i forma sferic a granulelor de silice ultrafin determin o bun

coeziune i creterea rezistenei la segregare.Silicea ultrafin deasemenea este foarte eficient nreducerea sau eliminarea apei n exces din beton, astfel eliminnd tendina de segregare dar

putnd ridica probleme legate de ntrirea rapid a suprafeei betonului, rezultnd rosturi deconstrucie sau defecte de suprafa dac exist turnri de beton ntrerupte.

Zgura granulat de furnal mcinatEste un material prezent n componena cimenturilor compozite CEM II sau CEM III.

Proporiile prea ridicate de zgur pot afecta stabilitatea BAC crescnd deasemenea risculapariiei segregrii.Este eficient n reducerea cldurii de hidratare n structurile masive.

2.1.3 Agregate

Agregatele trebuie s fie n conformitate cu standardul EN 12620 [38] i scorespundcerinelor de durabilitate din standardul SR EN 206-1 [30]. Pentru a menine producia de BACla o calitate constantse impune monitorizarea ndeaproape i continu a umiditii, absorbieide ap, granulometriei i variaiei coninutului n parte fin a agregatelor.

Dimensiunea maxim a agregatului grosier trebuie limitatntre 12 i 20 mm. Distribuiaparticulelor de agregat n masa de agregat i forma acestora influeneaz direct curgerea iabilitatea de trecere a BAC, astfel nct se recomand folosirea granulelor de agregat cu o formct mai sferic.

Particulele de agregat cu dimensiunea mai mic de 0,125 mm contribuie la coninutul n

parte fina BAC. Volumul ridicat de past din compoziia BAC ajut la reducerea frecriiinterne dintre particulele de nisip.

2.1.4 Ap

Apa folosit la realizarea amestecurilor de BAC trebuie s fie n conformitate custandardul EN 1008[39].

2.1.5 Aditivi

Superplastifianii sau aditivii mari reductori de ap n conformitate cu standardul SR EN934-2 [40] determin lucrabilitatea specific a BAC i sunt o component esenial a acestuia.Aditivii modificatori de vscozitate (VMA) se pot folosi pentru a reduce riscul de segregare i ncazul variaiei caracteristicilor materialelor, n special a gradului de umiditate.Se mai pot folosiaditivi antrenori de aer, acceleratori sau ntrzietori de priz.Superplastifianii dau amesteculuide BAC reducerea necesar de ap i fluiditate. Aditivii modificatori de vscozitate mbuntesccoeziunea BAC fr a alterasemnificativ fluiditatea acestuia, fiind folosii pentru stabilitateaamestecului.


14/204

- 13 -

2.1.6 Fibre

n producia de BACau fost folosite att fibre metalice ct i fibre polimerice, dar ele potreduce abilitatea de rspndire i abilitatea de trecere a BAC. Fibrele polimerice pot fi utilizatepentru a mbunti stabilitatea BAC deoarece ajut laprevenirea fisurrii datorit contraciei

plastice a betonului. Fibrele de oel sau cele polimerice lungis-au folosit pentru modificareaductilitii betonului ntrit.Dac acestea sunt folosite n locul armturii obinuite nu mai existriscul de blocare dar n cazul n care se folosete beton autocompactant cu fibre n structuri cuarmtur obinuit riscul de blocare crete semnificativ.

2.2 Metode de testare ale caracteristicilor betonului autocompactant nstare proaspt

2.2.1 ncercarea de rspndire din tasareconul Abrams

Acest test este folosit pentru a determina curgerea liber a BAC neobstrucionat de barelede armtur. A fost dezvoltatpentru prima oar n Japonia [41] pentru a fi folosit n cazul

betoanelor turnate sub ap.Aceast metoda de testare estebazat pe metoda tasrii betonuluiconvenional descris n standardulSR EN 12350-2 [42]. Diametrul masei de beton rspnditeste o msur a capacitii de umplere a BAC.

Pentru efectuarea ncercrii este nevoie de un volum de beton de cel puin 6 l. Dimensiuneamaxima agregatelor este 40 mm.

Aparatura:

tipar standard (conul Abrams), avnd nlimea de 300 mm, diametrul bazei mari de200 mm idiametrul bazei mici de 100 mm (Figura 2.1);

plac de baz din metal, cu dimensiuni minime de (900x900) mm, pe care este marcatcercul cu diametrul egal cu 200 mm, cercul concentric cu diametrul de 500 mm icentrul acestor cercuri;

rulet avnd lungimea de 1 m, gradat n milimetri; mistrie;

cancioc; cronometru cu precizia de 0,1 s.


15/204

- 14 -

Figura 2.1 Aparatura necesar pentru determinarea raspndirii din tasare

Descrierea ncercrii:

se aeaz placa de baz pe o suprafa rigid; se aeaz centrul tiparului standard pe placa de baz i se menine ferm n poziie; se umple tiparul cu beton, fr a-l ndesa, folosind canciocul;

se ridic vertical tiparul, pentru a permite curgerea betonului pe placa de baz;

simultan cu ridicarea tiparului se pornete cronometrul i senregistreaz timpul scurspn cnd betonul atinge cercul cu diametrul de 500 mm n orice punct, acestareprezentnd timpul T500;

se msoar diametrul maxim a turtei de beton dmla cel mai apropiat multiplu de 10mm;

se msoar diametrul betonului proaspt perpendicular pe dmi se nregistreazvaloarea la cel mai apropiat multiplu de 10 mm dr;

se calculeaz media valorilor msurate i se aproximeaz la cel mai apropiat multiplude 10 mm, aceast valoare reprezint rspndirea din tasare SF;

se nregistreaz existena la circumferina turtei de beton a oricror fraciuni de mortarsau de past, fr agregat grosier sau deopotriv separarea fraciunii grosiere aagregatelor n zona central a turtei, n cazul afirmativ, acesta indicnd o slabrezisten la segregare a betonului.

Prescripiile europene [37]clasific BAC n 3 clase: SF1, SF2 i SF3 (Tabel 2.2) n funciede capacitatea de rspndire din tasare i n 2 clase: VS1 i VS2 (Tabel 2.3) n funcie de timpulT500.

Clasa de rspndiredin tasare

Rspndirea[mm]

Aplicaii

SF1 550-650

elemente prefabricate nearmate sau slab armatepunerea n oper se realizeaz cu sisteme de injectareseciuni suficient de mici pentru a preveni curgereaorizontal (pile, fundaii de adncime)

SF2 660-750 majoritatea aplicaiilor (stlpi, grinzi)

SF3 760-850 diametrul granulei maxime


16/204

- 15 -

>850diametrul granulei maxime


17/204

- 16 -

se nchide clapeta i se aeaz o galeat dedesubt; se umple plnia complet cu beton, fr compactare sau batere; se netezete betonul de la partea superioar cu mistria; dup un timp de (102) s de la umplere, se deschide clapeta pentru a permite betonului

s curg sub propria greutate; la deschiderea clapetei se pornete cronometrul i se cronometreaz timplus scurs, de

golire a plniei, pn cnd se zrete gleata dedesubt, privind vertical prin plnie,acesta reprezint timpul de curgere cu plnia V, tv;

n funcie de valoarea acestuia se face clasificarea betonului n clase de vscozitatenotate VF.

Clasele de vscozitate sunt prezentate n (Tabel 2.4)

Clasa de vscozitateTimp plnia V

[s]Caracteristici

VF1 T


18/204

- 17 -

Figura 2.3 Caracteristicile cutiei L


se aeaz dispozitivul pe o suprafa rigid; se asigur c clapeta de alunecare poate fi deschis cu uurin;

se nchide clapeta de alunecare; se umple poriunea vertical a dispozitivului cu beton;

se las betonul n dispozitiv timp de 1 minut;

se ridic clapeta de alunecare i se las betonul s curg prin poriunea orizontal; se msoar mrimile H1i H2imediat dup ce se constat oprirea curgerii;

se calculeaz H2/H1care reprezint abilitatea de trecere a betonului, notat cu PA.Valorile abilitiide trecere sunt prezentate n (Tabel 2.5).

Clasa de abilitate detrecere

Abilitatea detrecere

Aplicaii

PA1 (PL1)0,80 cu 2 bare

de armtur

elemente de structur la care distana minimdintre barele de armtur este cuprins ntre 80i 100 mmelemente de structuri la cldiri de locuit

PA2 (PL2)0,80 cu 3 bare

de armtur

elemente de structur la care distana minimdintre barele de armtur este cuprins ntre 60i 80 mm

structuri la cldiri social culturale, industrialeTabel 2.5 Clasificarea BAC n funcie de abilitatea de trecere

2.2.4 Determinarea abilitii de trecere inelul J i conul Abrams

Acest test a fost dezvoltat la Universitatea din Paisley, Scoia. Se folosete pentru adetermina abilitatea de trecere a BAC. Pentru efectuarea ncercrii este nevoie de un volum debeton de cel puin 6l.

Aparatura: tipar standard (conul Abrams), avnd nlimea de 300 mm, diametrul bazei mari de

200 mm idiametrul bazei mici de 100 mm;


19/204

- 18 -

plac de baz din metal, cu dimensiuni minime de (900x900) mm, pe care este marcatcercul cu diametrul egal cu 200 mm, cercul concentric cu diametrul de 500 mm icentrul acestor cercuri;

inel J din oel (Figura 2.4), cu diametrul de 300 mm, prevzut cu guri n care pot finurubate bare filetate: 12 bareplasate la distana de 59 mm ntre ele sau 18 bareplasate la distana de 41 mm ntre ele;

rulet gradat n milimetri; mistrie; cancioc.

Figura 2.4 Caracteristicile inelului J


se aeaz placa de baz pe o suprafa rigid; se aeaz centric inelul J pe placa de baz, iar tiparul standard de tasare se introduce n

centrul lui i se menine ferm n poziie; se umple tiparul cu BAC fr a-l ndesa, folosind canciocul; se ridic verical tiparul pentru a permite curgerea betonului; se msoar diametrul betonului n dou direcii perpendiculare; se calculeaz media valorilor msurate, aceasta reprezentnd rspndirea din tasare cu

inelul J; se msoar nlimea dintre suprafaa betonului i partea superioar a inelului J n

poziia central h0respectiv n cele patru puncte din exteriorul inelului, dou hx1,

hx2pe direcia x, iar celelalte dou hy1, hy2pe direcia y, perpendicular pe x;


20/204

- 19 -

se nregistreaz existena la margini a oricror fraciuni de mortar sau de past deciment, fr agregat grosier, aceasta servind pentru identificarea vizual a tendinei desegregare a betonului;

se calculeaz mrimea BJtreapta de blocare a inelului J utiliznd relaia(2.1):

(2.1)2.2.5 Determinarea rezistenei la segregaresita

Acest test a fost dezvoltat n Frana la sfritul anilor 1990 de ctre Cussigh [45]. Sefolosete pentru a evalua rezistena la segregare a BAC. Pentru efectuarea ncercrii estenevoiede un volum de beton de cel puin 10 l.

Aparatura: sit cu diametrul de 300 mm, nlimea de 40 mm i cu ochiuri ptrate de 5 mm

respectiv fundul aferent sitei (Figura 2.5); balan cu capacitatea de minim 10 kg i cu precizia de minim 20 g; gleatde 10 litri cu capac;

cronometru cu precizia de 0,1 s.

Figura 2.5 Caracteristicile sitei


betonul supus ncercrii se toarn n gleat i se las timp de 15 minute acoperit cu uncapac;

se aeaz pe balan fundul sitei i se determin masa ei Wpapoi se aeaz sita goal,iar masa total se nregistreaz din nou;

se verific dac pe suprafaa betonului lsat n repausexist picturi de ap i senregistreaz rezultatul, acestea indicndposibile tendine de segregare;

se toarn aproximativ (4,80,2) kg beton din gleat peste centrul sitei, de la o nlimede (50050) mm;

se nregistreaz masa betonului turnat pe sit Wcsczndmasa sitei i a funduluiaferent din greutatea total;

se las betonul pe sit, pe o perioad de (1205) s;

se ridic sita printr-o micare vertical si fr agitare;


21/204

- 20 -

se nregistreaz masa betonului care a trecut prin sit plus fundul sitei Wps;

se calculeaz partea segregat SR, conform relaiei (2.2):

( )

(2.2)

Clasele de rezisten la segregaresunt prezentate n (Tabel 2.6).

Clasa de rezisten lasegregare

Rezistena lasegregare

[%]Aplicaii

SR1 20

plci subiri, elemente de structur cu dezvoltarepe verticalnlimea de turnare abetonului autocompactanteste sub 5 mdistana maxim ntre barele de armtur estepeste 80 mm

SR2 15

elemente de structur cu dezvoltare pe verticalnlimea de tutnare a betonului autocompactanteste peste 5 mdistana maxim ntre barele de armtur estepeste 80 mm

Tabel 2.6 Clasificarea BAC n funcie de rezistena la segregare

2.2.6 Determinarea capacitii de umplere cutia U

Acest test a fost dezvoltat de ctre Technology Research Centreal Corporaiei Taisei dinJaponia. Se folosete pentru a determina capacitatea de umplere a BAC.Pentru efectuareancercrii este nevoie de un volum de beton de cel puin 20 l.

Aparatura: cutia U, vas divizat n dou compartimente verticale: R1 i R2, n compartimentul R2

sunt prevzute 3bare de armtur13 la distan interax de 50 mm(Figura 2.6);

mistrie;

cancioc;

cronometru.


22/204

- 21 -

Figura 2.6 Caracteristicile cutiei U

Descrierea ncercrii: se aeaz dispozitivul pe o suprafa rigid;

se asigur c clapeta poate fi deschis cu uurin; se umple recipientul R1 al dispozitivului cu beton de ncercat;

se las betonul n dispozitiv timp de 1 minut;

se ridic clapeta i se las betonul s curg n compartimentul R2;

dup curgerea betonului, se msoar n dou puncte nlimea stratului de beton dincompartimentul R1 i se calculeaz media valorilor msurate, notat H1;

se msoar n dou puncte nlimea stratului de beton din compartimentul R2 i secalculeaz media valorilor msurate, notat H2;

se calculeaz H1-H2valoarea reprezentnd nlimea de umplere.

2.3 Proiectarea compoziiei betonului autocompactantConform EFNARC 2005 [37]pentru a obine proprietile specifice BAC n stare

proaspt i ntrittrebuie ndeplinite urmtoarele criterii:

fluiditatea i vscozitatea pastei din BAC se ajusteaz prin dozarea cimentului siadaosurilor, prin limitarea raportului ap/pulbere, dozarea unui superplastifiantreductor de ap i opional folosirea unui aditiv modificator de vscozitate;

pentru a controla fisurarea din contracie termic, coninutul de pulbere poate conine oproporie semnificativ de adaosuri de tip I sau IIpentru a pastr coninutul de cimentla un nivel acceptabil;

creterea fluiditii i reducerea frecrilor dintre agregate se obine printr-un volum depast mai mare dect volumul de goluri al agregatelor;


23/204


24/204

- 23 -

raportul volumului agregatelor fine n fracia de agregate la coninutultotal deagregat fin; volumele de blocare ale fraciilor de agregate grosiere , respectiv agregatefine .

Volumul de pastminim care s satisfac criteriul fazei lichide se bazeaz pe distanamedie dintre agregate care se calculeaz cu relaia (2.4):

(2.4)unde: volumul de past; volumul de beton total;

volumul golurilor dintre agregatele n stare ndesat;

diametrul mediu al agregatelor, calculat cu relaia (2.5) (2.5)

unde: mrimea medie a fraciei i; procentul masic al fraciei i dintre limitrile superioare i inferioare ale sitelor.Valorile DSSiDAV rezultate reprezint caracteristicile majoritii agregatelor. Volumul de

past minim VPdminse calculeazfolosind distana medie dintre agregate minim DSSminconformrelaiei (2.6):

* + (2.6)unde: se determin experimental i depinde de raportul ap/liant precum i dedimensiunea agregatelor.

Se calculeaz volumele minime de past corespunztoare diferitelor valori ale Ngapentru asatisface att criteriile fazei lichide ct i a celei solide din amestec.

2.3.3 Metoda chinezeasc

Aceast metodelaborat de cercettoriichinezi Su, Hsu i Chai [48]se bazeaz peprincipiul minimizrii volumului de past i implicital coninutului de pulbere, favoriznd astfelrealizarea de amestecuri economice. Metoda presupune parcurgerea urmtoarelor etape:

1. Stabilirea coninutului de agregate fine i grosiere.


25/204

- 24 -

Masa de agregate se multiplic cu un factor dendesare PF care reprezint raportuldintre masa agregatelor ndesate i cea a agregatelor n grmad n stare afnat,calculndu-se cu ajutorul relaiilor (2.7) i (2.8):

(2.7)

(2.8)unde: masa agregatelor grosiere; masa agregatelor fine; densitatea agregatelor grosiere n grmad n stare afnat; densitatea agregatelor fine n grmad n stare afnat;

raportul dintre nisip i agregate.

2. Coninutul de ciment se alege n funcie de cerinele derezisten utiliznd relaia (2.9):

(2.9)unde: coninutul de ciment, kg/m3; rezistena la compresiune, psi.

3. Coninutul de ap cerut de dozajul de ciment se calculeaz prin nmulirea raportului

ap/ciment cu cantitatea de ciment stabilit.4. Se determinvolumul pastei de cenu i zgur necesare care s umple golurile dintre

agregate din amestecul de beton. Se determin separat rapoartele ap-cenu i ap-zgur, pn la atingerea valorii similare de rspndire cu a pastei ap-ciment care afoste determinat n prealabil.

5. Se calculeaz apa total de amestecare, ca fiind suma cantitilor de ap cerute depastele cu cenu, zgur i ciment.

6. Se evalueaz rezultatele obinute pe arjele de beton preliminare iar proporiileamestecului se ajusteaz.

2.4 Proprietile mecanice ale betonului autocompactantn stare ntrit

BAC i BNV avnd aceeai rezisten la compresiuneprezint proprieti mecaniceasemntoare.Tutui, compoziia BACfiind diferit de ceaa BNV informaii asupra diferenelorcare s-au observat sunt prezentate n continuare.

O analiz ampla proprietilor mecanice ale BAC a fost prezentat de Domone [49].Analiznd i comparnddate dinpeste 70 de studii asupra proprietiilor mecanice ale BAC,acesta a observat o dispersie semnificativa rezultatelor din cauza diferitelor materiale utilizate,

metodelor diferite folosite la determinarea compoziiilor de BACprecum i metodelordiferite detestare.


26/204

- 25 -

Proprietiile mecanice prezentate n cele ce urmeaz sunt: rezistena la compresiune,modulul de elasticitate, rezistena la ntindere, aderena dintre beton i armtur, contracia icurgerea lent.

2.4.1 Rezistena la compresiune

Rezistena la compresiune a betonului este definit de clasa de rezisten a acestuia carereprezint rezistena caracteristic (cu riscul de 5%) pe cilindru fck, sau pe cub fck,cub, determinatla 28 de zile.

ntre rezistenele caracteristice la compresiune pe cilindri fckirezistenele medii lacompresiune pe cilindrii fcmexistrelaia (2.10) conform Eurocode 2[50]:

(2.10)Domone [49] n lucrarea sa, analiznd i comparnd date din peste 70 de studii, a artat c

o cretere semnificativ a rezistenei la compresiune a fost observat pentru BAC cu filer decalcar.

Este cunoscut faptul c n urma unei schimbria agregatelor care intr n compoziiabetonului, de la agregate neconcasate la agregate concasate, betonul cu agregate concasate vaavea o rezisten la compresiune mai mare.Studiul lui Domone [49] a artat c difereneledatorit tipuluiagregatelor au fost mai redusepentru BAC, n comparaie cu BNV(Figura 2.7).

Figura 2.7 Rezistenala compresiunepe cub i pe cilindrun funcie de raportul ap/cimentpentru BAC [49]

Acesta a observat o diferen semnificativntre raportul rezistenelorpe cub i pe cilindruexistent n standardepentru BNV i raportul rezistenelorobinut n urma testelorpentru BAC.Raportul rezistenelor pentru BAC,pentru o rezistena la compresiune cuprins ntre 20-40 MPa,a fost 0,80 la fel ca i pentru BNV. Totui, acest raport crete cu creterea rezistentei lacompresiune, avnd valoarea 1 pentru BAC la 90 MPa, o valoare mult mai mare dect cea de0,85 pentru BNV (Figura 2.8).


27/204

- 26 -

Figura 2.8 Raportul rezistenelor pe cub i pe cilindrupentru BAC i BNV[49]

n alt studiu realizat de Parra [51], acesta a artatc rezistenelela compresiune pentruBAC i BNVrealizate cu acelai raport ap/ciment i acelai tip de ciment au fost similare,diferenelefiind sub 10%. (Figura 2.9). Aceste diferene s-au datorat coninutului diferit de filerde calcar din compoziia betonului.

Figura 2.9 Rezistena la compresiune pentru BAC i BNV[51]

Determinrile de laborator au artat c rezistena la compresiune a BAC, determinat lavrsta de 28 zile, este puin mai ridicat dect cea a BNV, de clas echivalent, confecionat cuacelai raport ap-ciment. Sporul de rezisten se poate explica printr-o aderen mai bun dintreagregate i pasta de ciment ntrit, fiind totodat o consecin direct a creterii omogeneitiiamestecului de beton [52].

Din cele prezentate mai sus se poate trage concluzia c rezistena la compresiune aBACestepuin mai bun sau cel puin egal cu ceaa BNV.

2.4.2 Modulul de elasticitate

Conform Model Code 2010 [53] modulul de elasticitate este definit prin relaia(2.11):

(2.11)

unde:


28/204

- 27 -

modul de elasticitate al betonului la vrsta de 28 zile [MPa]; rezistena la compresiune a betonului [MPa]; ; ;

pentru agregate cuaroase, pentru alte tipuri de agregate valorile sunt date n

(Tabelul 2.7).

Tipul de agregat EEc0E[MPa]

bazalt, agregate dense de calcar 1,2 25800agregate cuaroase 1 21500agregate de calcar 0,9 19400gresii 0,7 15100

Tabel 2.7 Influena tipului de agregat asupra modulului de elasticitate [53]

Cnd este cunoscutrezistena medie la compresiune fcmla 28 zile, modulul de elasticitateEcipoate fi estimat folosind relaia(2.12):

(2.12)

Fiind cunoscut faptul c agregatele grosiere din compoziia betonuluireprezint principalulcomponent care contribuie la modulul de elasticitate, o reducere a coninutului acestora ar trebuis micoreze valoarea modulului. Studiile existente n literatura de specialitate [54], [49], [55] au

confirmat c modulul de elasticitate al BACeste mai mic dect

al BNV de aceeai rezisten lacompresiune.n analiza realizat de Domone [49], se observcdiferena modulelor de elasticitate al

BAC i BNV a fost mai mare pentru rezistene la compresiune sczute (Figura 2.10).

Figura 2.10 Modulul de elasticitate n funcie de rezistena la compresiune pentru BAC i BNV[49]

n lucrarea sa Parra [51] nu a observat o diferen semnificativ ntre cele doutipuri debetoane, totui a existato tendina BAC de a avea un modul de elasticitate mai scazut dectBNV, cu aproximativ 2% (Figura 2.11). Se poate observa c diferenele cresc atunci cnd


29/204

- 28 -

rezistena la compresiune a betonului este mai scazut, datorit coninutului mai mare de pastdin compoziia BAC.

Figura 2.11 Modulul de elasticitate n funcie de rezistena la compresiune pentru BAC i BNV

[51]

n concluzie se poate afirma cmodulul de elasticitate al BAC este mai mic dect al BNVde aceeai rezisten la compresiune.

2.4.3 Rezistena la ntindere

ntre rezistenele caracteristice la compresiune pe cilindri fckirezistenele medii lantindere axial fctmexistrelaiile (2.13) i (2.14) conform EC2 [50]:

(2.13) (2.14)Rezistena la ntindere axial fctpoate fi stabilit n funcie de rezistena la despicare fct,sp

cu relaia(2.15):

(2.15)n literatura de specialitate exist relativpuine informaiidespre rezistena la ntindere a

BAC. Datele din studii privind rezistena la ntindere a BAC sunt exprimate ca i rezistena lantidere prin despicare.

Datele din literatura de specialitate indic c BAC prezint o rezisten la ntindereasemntoare sau chiar mai bun dect BNV, ntlnindu-se diferene substanialecu pn la 40%mai mari pentru BAC dect BNV.

Domone [49], n urma analizei datelor a concluzionat c raportul rezistenelorla ntindereprin despicare i la compresiune a BAC, se ncadreaz npartea superioar a gameide valorirecomandate de EC2 [50] pentru BNV (Figura 2.12).


30/204

- 29 -

Figura 2.12 Raportul rezistenelorla ntindere prin despicare i la compresiunepentru BAC iBNV [49]

2.4.4 Aderena dintre beton i armtur

Aderena dintre beton si armtur este definit ca fiind fenomenul ce permite forelorlongitudinale s fie transferate de la armtur la betonul nconjurtor ntr-o structurdin betonarmat sau precomprimat. Datorit acestei fore de transfer, eforturile n lungul unui element detip bar dintr-o structur din beton se modific odat cu modificareaeforturile din beton.

Aderena influeneaz performana structurilor din beton astfel:

la starea limt de serviciu, aderena influenteaz deschidereafisurilor transversale ispaiul dintre ele, rigidizarea prin tensiune i curbura;

la starea limit ultim, aderenaeste responsabil pentru rezistena ancorajelor i anndirilor prin suprapunerea armturilor, influennd capacitatea de rotire a zonelorcu articulaii plastice.

Pentru a pune n evidenfenomenul de aderen, dou aspecte importante trebuie s fieluate n considerare:

mecanismul de transfer al forei ntre armtur i betonul nconjurtor;

capacitatea betonului de a rezista acestor fore.Este n general acceptat faptul ctransferul de fore ntre armtur i beton este cauzatde

adeziune chimic, frecare, ncletarei alte aciuni mecanice, care sunt activate la diferite etapede ncrcare.

n analiza realizat de Domone [49], acesta a observat c aderena dintre BAC i armtureste cel puin egal cu cea a BNV, uneori fiind chiar mai mare(Figura 2.13).


31/204

- 30 -

Figura 2.13 Efortul ultim de aderenn funcie de rezistena la compresiune pentru BAC i BNV[49]

Bartos [55] a evaluat un numr mare de ncercri prin smulgere pentru determinareaaderenei, rezultatele iniiale indicnd o aderen mai bun n cazul BAC, comparativ cu BNV.Totui, atunci cnd rezultateleau fost calibrate pentru BAC avnd rezistene mari lacompresiune, aderena dintre BAC i armtur a devenit egal sau chiar puin mai bun dect ncazul BNV.

Conform ghidului european pentru BAC, EFNARC 2005 [37], pentru determinarea forelorde transfer pentru elemente pretensionate din BAC pot fi folosite standardele SR EN 1992-1 [50]i SR EN 206-1 [30], chiar dac prin folosirea BAC aderena este mbuntit.

n literatura de specialitate [20], [15] efortul de aderen este exprimat n funcie de

rezistena la ntindere sau n funcie de radicalul rezistenei la compresiune .n capitolul 3 se va prezenta detaliat acest fenomen de aderen dintre beton i armtur.2.4.5 Contracia

Deformaia total de contracie se compune din deformaia datorat contraciei de uscare idin deformaia datorat contraciei endogene. Deformaia datorat contraciei de uscareevolueaz lent, caci este n funcie de migrarea apei prin betonul ntrit. Deformaia datoratcontraciei endogene se dezvolt n cursul ntririi betonului. Contracia endogen este funcie

liniar de rezistena betonului.Deformaia total de contracie csse calculeazcu relaia (2.16) conform EC2 [50]:

(2.16)unde: deformaia total de contracie; deformaia datorat contraciei de uscare; deformaia datorat contraciei endogene.

Valoarea final a contraciei de uscare cd,se calculeazcu relaia (2.17): (2.17)


32/204

- 31 -

unde: coeficient dependent de raza medie h0conform (Tabel 2.8); deformaia final de contracie la uscare liber conform(Tabel 2.9).h0 kh

100 1,0200 0,85300 0,75

500 0,70Tabel 2.8 Valori kh[50]

fck/fck,cub[MPa]

Umiditatea relativ[%]

20 40 60 80 90 10020/25 0,62 0,58 0,49 0,30 0,17 040/50 0,48 0,46 0,38 0,24 0,13 060/75 0,38 0,36 0,30 0,19 0,10 080/95 0,30 0,28 0,24 0,15 0,08 0

90/105 0,27 0,25 0,21 0,13 0,07 0Tabel 2.9 Valori nominale ale contraciei de uscare nempiedicate [50]

Deformaia datorat contraciei endogenese calculeaz cu relaia (2.18):

(2.18)unde:

; ; timpul exprimat n zile.Poppe [56] a realizat o comparaientre rezultatele experimentale i modelele pentru

determinarea deformaiei de contracie: modelul ACI [57], modelul CEB-FIP Model Code 1990[58] imodelul De Larrard [59] (Figura 2.14), ajungnd la urmtoarele concluzii:

modelul ACI prezice satisfctordeformaiile totale din contracie, totui osupraestimare a deformaiilor are loc n primele 50 de zile;

modelul CEB-FIP Model Code 1990 conduce la o subestimare a deformaiilor;

modelul Larrard de asemenea subestimeaz deformaiile.


33/204

- 32 -

Figura 2.14 Contracia total a BAC [56]

Valoarea deformaiei totale de contraciea BAC depinde nu numai de raportul ap/cimentci i de raportul ap/pulbere.

Se poate afirma c contracia BAC este comparabil cu cea a BNV.

2.4.6 Curgerea lent

Deformaia de curgere lentabetonului cc(,t0) la timpul t= pentruun efort decompresiune cconstant n timppoate fi calculat cu relaia (2.19):

(2.19)unde: coeficientul final de curgere lent, stabilit cu procedeul din (Figura 2.15);

modul de elasticitate tangent la timpul t0.


34/204

- 33 -

Figura 2.15 Metoda de determinare a coeficientului de curgere lent (,t0) [50]

Simbolurile utilizate n (Figura 2.15) sunt:t0vrsta betonului n zile la ncrcare;h0=2Ac/udimensiunea nominal;

Acaria seciunii transversale de beton;uperimetrul prii care este expus la uscare;S, N, Rciment cu ntrire lent, normal, respectiv rapid.Atunci cnd efortul de compresiune n beton la vrsta t0depete valoarea 0,45fck(t0) se

va utiliza un coeficient nominal neliniar de curgere lent obinut cu relaia (2.20):

(2.20)unde: ;

efortul de compresiune;

rezistena medie la compresiune n momentul ncrcrii.


35/204

- 34 -

n aceeai lucrarePoppe [56] a prezentat de asemenea i o comparaie ntre rezultateleexperimentale i valorile prezise de modelele pentru determinarea deformaiei de curgere lent:modelul ACI [57], modelul CEB-FIP Model Code 1990 [58] i modelul De Larrard [59] (Figura2.16), cu urmtoarele concluzii:

la fel ca i pentru deformaiile din contracie, modelul ACI prezice satisfctordeformaiile de curgere lent;

modelul CEB-FIP Model Code 1990 conduce la o subestimare a deformaiilor decurgere lent;

modelul De Larrard de asemenea subestimeaz deformaiile de curgere lent.

Figura 2.16 Curgerea lent a BAC [56]

Valoarea deformaiilor de curgere lenta BAC este aceeai ca i pentruBNV.

2.5 Standarde i ghiduri n domeniul betonului autocompactant

Standardele romnetiau aprut prin adoptarea dup versiunea oficialn limba englez acelor europene (Tabel 2.10).

Indicativ Denumire limba romn Denumire limba englez

SR EN206-9:2010 [60]

Beton. Partea 9: Reguli adiionalepentru betonul autocompactant(BAC)

ConcretePart 9: Additional Rulesfor Self-compacting concrete(SCC)

SR EN12350-8:2010 [61]

ncercri pe beton proaspt. Partea8: Beton autocompactant. Tasareancercarea la rspndire

Testing fresh concretePart 8:Self-compacting concreteSlump-flow test

SR EN12350-9:2010 [62]

ncercri pe beton proaspt. Partea9: Beton autocompactant. Metodade determinare a timpului decurgere cu plnia V

Testing fresh concretePart 9:Self-compacting concreteV-funnel test


36/204

- 35 -

SR EN12350-10:2010 [63]

ncercri pe beton proaspt. Partea10: Beton autocompactant. Metodade determinare a capacitii decurgere utiliznd cutia L

Testing fresh concretePart 10:Self-compacting concreteL-box test

SR EN12350-11:2010 [64]

ncercri pe beton proaspt. Partea11: Beton autocompactant. Metodade determinare a rezistenei lasegregare utiliznd site

Testing fresh concretePart 11:Self-compacting concreteSievesegregation test

SR EN12350-12:2010 [65]

ncercri pe beton proaspt. Partea12: Beton autocompactant. Metodade determinare a capacitii decurgere cu inelul J

Testing fresh concretePart 12:Self-compacting concreteJ-ringtest

Tabel 2.10 Lista standardelor romne aprobate pentru BAC

Regulile suplimentare pentru BAC, formulate n standardul SR EN 206-9:2010 [60] serefer la:

materialele constituente ale BAC;

caracteristicile n stare proaspt i ntrit ale BAC, respectiv metodele de testare;

procedurile de control ale produciei n fabric;

criterii de conformitate.Prile 8-12 ale standardului SR EN 12350 acoper partea de laborator pe beton proaspt

referitoare la testele specifice BAC, fiind documente normative de cea mai recent dat,publicarea acestora la nivel european fiind n anul 2010.

BAC prezint sensibilitate fa de materiile prime utilizate la preparare, n special acantitii de ap, care constituie un factor serios de limitare a succesului su n aplicaii practice.

Elaborarea acestor standarde a avut la baz cercetri de peste 10 ani, o mare parte la niveleuropean fiind acoperit de proiectul tip Brite-EuRam [66]

n domeniul BAC, RILEM (International union of laboratories and experts in constructionmaterials, systems and structures) a avut o importan deosebitprin organizarea comitetelortehnice i a simpozioanelor internationale.

Comitetele tehnice nfiinate de RILEM au fost:

TC 174-SCC: Self-compacting concrete, condus de ctre ke Skarendahl;

TC 188-CSC: Casting of self-compacting concrete, condus de ctre ke Skarendahl; TC 205-DSC: Durability of self-compacting concrete, condus de ctre Geert De Schutter;

TC 228-MPS: Mechanical properties of self-compacting concrete, condus de ctre KamalKhayat, ncepnd din anul 2007.

Simpozioanele internaionale organizate de RILEM au fost:

1st International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, Stockholm, Sweden(1999);

2nd International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete Tokyo, Japan(2001);

3rd International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, Reykjavik, Icelan(2003);


37/204

- 36 -

4th International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, Chicago, IL, USA(2005);

5th International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, Ghent, Belgium(2007);

6th International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, Montreal, Canada

(2010); 7th International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, Paris, France

(2013).n continuare se vor prezenta cele mai importante prescripii referitoare la BAC din

Europa, America i Asia.

2.5.1 Ghidurile europene pentru betonul autocompactant

Primul ghid european pentru BAC a aprut primadatn anul 2002 i a fost produs de

ctre EFNARC [67] (The European Federation of Specialist Construction Chemicals andConcrete Systems). Tot EFNARC mpreun cu alte patru organizaii europene: BIMB,CEMBUREAU, EFCA, ERMCO au produs ultima variant a ghiduluin anul 2005 [37].

Domeniile de variaie aiprincipalilor constitueni ai BAC sunt prezentate n (Tabel 2.11).

ComponeniProporii amestec n mas

[kg/m3]Proporii amestec n volum

[l/m3]

Parte fin 380-600 -

Past - 300-380

Ap 150-210 150-200Agregat grosier 750-1000 270-360

Agregat fin 48-55% din masa total a agregatului

Raport ap/parte fin n volum - 0,85-1,10

Tabel 2.11 Domeniile de variaie aiprincipalilor constitueni ai BAC[37]

Ghidul recomand urmtoarele: compoziiile preliminarii s fie testate n laborator, iar rezultatele s fie comparate cu

caracteristicile i clasele specificate; dac este necesar, compoziiile se vor corecta i apoi testa ntr-un laborator;

dac cerinele au fost ndeplinite, amestecul trebuie testatla scar natural, n staiile debetoane, iar proprietile betonului proaspt i ntrit verificate prin ncercri.

nproiectarea compoziiei se urmresc direciile urmtoare: evaluarea necesarului de ap i optimizarea rspndirii i stabilitii pastei;

determinareaproporiei de nisip i a celei de adaosurii aditivi pentru a asigurarobusteea cerut;

testarea sensibilitii compoziiei la variaii mici ale cantitilor constituenilor;

producerea n laborator de BAC n stare proaspt i verificarea prin ncercriaproprietilor;


38/204

- 37 -

testarea BAC n stare ntrit;

realizarea amestecurilor de prob n staiile de betoane.Procedura de realizare a compoziieiBAC este prezentat n (Figura 2.17).

Figura 2.17 Procedur de realizare a compoziieiBAC [37]

Dac performanele cerutenu sunt ndeplinite, este necesar reproiectarea compoziiei: modificarea raportului ap/pulbere sau ap/ciment i testarea din nou a proprietilor n

stare proaspt ale BAC;

ncercarea altor tipuri de aditivi;

corectarea proporiei de nisip i modificarea dozajului de superplastifiant; utilizarea unui agent de modificare a vscozitii (VMA)pentru a reduce sensibilitatea

amestecului;

ajustarea proporiilor de agregat grosier sau granulometria acestuia.

Compoziii ale amestecurilor pentru BAC utilizate n Europasunt date n (Tabel 2.12)

Componente[kg/m3]

Amestec E1 Amestec E2 Amestec E3

Ap 190 192 200

Ciment Portland 280 330 310

Cenu zburtoare 0 0 190

Filer de calcar 245 0 0

Zgur granulat de furnal 0 200 0Agregat fin 865 870 700


39/204

- 38 -

Agregat grosier 750 750 750

Aditiv reductor de ap 4,2 5,3 6,5

Aditiv modificator de vscozitate 0 0 7,5

Rspndirea din tasare [mm] 600-750 600-750 600-750

Tabel 2.12 Reete pentru BAC din Europa [68]

2.5.2 Recomandrile japoneze pentru betonul autocompactant

Recomandrile JSCE[69] (Japanese Society of Civil Engineers) din 1999 sunt primeledocumente cu caracter de ghid privind BAC i cuprind repere pentru stabilirea proporiilor ntre

principalii constitueni. Au la baz lucrrile de nceput ale lui Okamura i Ozawa (1995), Ouchi,Ozawa i Okamura (1998), Hibino, Okuma i Ozawa (1998), Ouchi (1999).

Acetia fac distincie ntre trei tipuri de BAC i ofer domenii diferite de variaie a

parametrilor, funcie de tipul de BAC.n funcie de parametrii de baz care conduc la atingerea unei vscoziti suficiente i a

unei rezistene la segregare corespunztoare, BAC se clasific n:

BAC de tip pulbere;

BAC de tip VMA (Viscosity-Modifying Admixture); BAC de tip combinat.BAC de tip pulbere are un coninut de parte finmare, iar raportul A/P este sczut.BAC de tip VMA are un coninut de parte fin mic, iar raportul A/P trebuie crescutn

raport cu primul tip de BAC, se impune folosirea VMA pentru a asigura rezistena la segregare.

Volumul de past nu difer semnificativ ntre cele dou tipuri.BAC de tip combinat are un volum moderat de parte fin i de VMA (Tabel 2.13)

ParametruConinut de pulbere

[%]Masa de pulbere

[kg]

BAC de tip pulbere 16-19 500-600

BAC de tip VMA 9,5-16 300-500

BAC de tip combinat >13 >410

Tabel 2.13 Clasificarea BAC dup JSCE[69]

Partea fin este recomandat a fi alctuitdin ciment i adaosuri de tip cenu, zgur saufiler de calcar.

Cantitatea de ap folosit n cazul BAC de tip pulbere este mai mic i determin rapoarteA/P=0,28-0,37. n cazul BAC de tip VMA cantitatea de ap poate depi 178 l/m3, iar pentruBAC de tip combinat raportul A/P are limite de variaie foarte strnse.

n (Tabel 2.14) este prezentat acest metodcu precizarea c eapoate fi aplicat doarpentru BAC care au n componen agregatgrosier cu dimensiunea maxim de 20 sau 25mm.


40/204

- 39 -

ComponeniFr agent de

vscozitateTipul agentului de vscozitate

celuloza acrilic glycol polizaharid

Agregat grosier [m3/m3] 0,28-0,35

Ap [kg/m3] 155-175 170-180 - 155-170

Raport ap/pulbere 0,28-0,37

Depinde de proprietile n stare ntrit la care se

dorete s se ajungPulbere

0,16-0,19m3/m3

300-450kg/m3

400-450kg/m3

400-480kg/m3

>0,13m3/m3

Aer n mod normal aproximativ 4,5%

Agregat finSe determin n funcie de agregatul grosier, ap, pulbere i

coninutul de aer

Superplastifiant n funcie de specificaiile productorului

Agent de vscozitate [%] - 0,15-0,30 3-5 2-3 0,05

Tabel 2.14 Metoda JSCE de proiectare a compoziiei BAC [69]

Compoziii ale amestecurilor pentru BAC utilizate n Japonia sunt date n (Tabel 2.15).

Componente[kg/m3]

Amestec J1 Amestec J2 Amestec J3

Ap 175 165 175



Zgur granulat de furnal 0 220 0Agregat fin 751 870 702


Aditiv reductor de ap 9 4,4 10,6

Aditiv modificator de vscozitate 0 4,1 0,0875

Rspndirea din tasare [mm] 625 600 660

Tabel 2.15 Reete pentru BAC din Japonia [68]

2.5.3 Ghidul american pentru betonul autocompactant

Conform ghidului ACI 237R-07 [70], naintea stabilirii compoziieiamestecului de BAC,trebuie analizate cerinele proiectului pentru care se dorete utilizarea BAC. n cadrul acesteianalize, primul pas este stabilirea valorii int a rspndirii din tasare conform (Tabel 2.16).

Caracteristicile elementuluiRspndirea din tasare

650 mm)

Gradul de armare sczutmediuridicat


41/204

- 40 -

Complexitateaformei

sczutmediuridicat

nlimea sczutmediuridicat

Importanafinisriisuprafeei

sczutmediuridicat

Lungimea sczutmediuridicat

Grosimeaperetelui

sczutmediuridicat

Coninut de

agregate grosiere

sczut

mediuridicatEnergia decompactare

sczutmediuridicatTabel 2.16 Valori int ale rspndirii din tasare [70]

Suprafeele de culoare nchis evideniate n tabel, reprezint poteniale zone problematicecare la stabilirea valorii int a rspndirii din tasare trebuie evitate.

Ghidul ACI [70] trateaz deasemenea icelelalte metode de testare ale caracteristicilor

BAC, care determin abilitatea de umplere, abilitatea de trecere i stabilitatea compoziiei.O metod inovativ n contextul reglementrilor europene i japoneze cunoscute, de

determinare a stabilitii compoziiei BAC este aceea a indicelui de stabilitate bazat peexaminare vizual (VSI - visual stability index) introdus de Daczko i Kurtz [71] n anul 2001. n(Tabel 2.17) este prezentat clasificarea BAC n funcie de VSI.

Valoarea VSICriteriuvizual asupra turtei de beton la

determinarea rspndirii din tasare0stabilitate ridicat fr tendine de segregare1stabil fr halo de mortar sau pilon de agregat

2instabil halo de mortar 10 mm) sau/ipilon de agregat central

Tabel 2.17 Clasificarea BAC n funcie de VSI [70]

Compoziii ale amestecurilor pentru BAC utilizate n America sunt date n (Tabel 2.18).


42/204

- 41 -

Componente[kg/m3]

Amestec U1 Amestec U2 Amestec U3

Ap 174 180 154



Zgur granulat de furnal 0 119 0

Agregat fin 1052 936 1015


Aditiv reductor de ap [ml] 1602 2500 2616

Aditiv modificator de vscozitate [ml] 0 0 542

Rspndirea din tasare [mm] 710 660 610

Tabel 2.18 Reete pentru BAC din SUA [68]


43/204

- 42 -

3. ADERENA DINTRE BETON I ARMTUR

Conlucrarea dintre cele dou materiale este posibil deoarecela suprafaa de contact dintreacestea se realizeaz o legtur, cunoscut sub numele de aderen, care ia natere n decursul

procesului de ntrire a betonului. Aderena mpiedic lunecarea armturii i asigurcaracterul

monolit al elementului de beton armat pn la rupere. Chiar dac betonul solicitat la ntinderefisureaz i armtura lunec n beton pe o anumit poriune n imediata vecintate a fisurii,conlucrarea dintre cele dou materiale continu s existe pe distana dintre fisuri. Conlucrareacelor dou materiale este favorizat de mrimile apropiate ale coeficienilor de dilatare termic.

Explicaia fenomenului de aderen a fcut obiectul multor studii i cercetri ajungndu-sela concluzia c ea se datoreaz urmtoarelor trei cauze:

adeziunea chimic dintre piatra de ciment i armtur;

mpnarea betonului n neregularitile suprafeei armturii; frecarea dintre armtur i beton n procesul smulgerii barei.

Aceste trei cauze ale aderenei se activeaz n funcie de gradul de solicitare al armturii[72].

3.1 Stadiile interaciuniibeton-armtur

Cercettorii care au contribuit la cunoaterea a multor aspecte ale fenomenului de aderenau convenit c interaciunea dintre beton i o bar supus la o for de smulgere este caracterizatde patru stadii diferite (Figura 3.1):

Figura 3.1 Stadiile interaciunii beton-armtur

Stadiul I (beton nefisurat, stadiul elastic)Pentru o valoare mic a efortului de aderen, , aderena este

asigurat de adeziunea chimic dintre beton i armtur. Bara de armtur nu lunec n beton,

dar la partea superioar a nervurilor apar concentrri mari de eforturi(Figura 3.2).


44/204

- 43 -

Figura 3.2 Eforturi maxime n stadiul elastic

Adeziunea chimic este de asemenea nsoit de interaciunea micromecanic dintre betoni armtur datorit rugozitii la nivel microscopic a suprafeei barei. Adeziunea chimic ifizic nu reprezint o component importanta fenomenului de aderen, acest lucru fiindconfirmat n cazul barelor netede unde s-au nregistrat eforturi mici de adereni unde n urmacedrii adeziunii chimice a urmat lunecarea barei.

Lunecarea relativa barei este ntotdeauna msurat avnd ca punct de referin betonul

nainte ca bara sa fie supus lafora de smulgere i se compune din dou pri, lunecarea relativa barei la interfaa beton-armtur i deformaiile datorit forfecrii din beton (Figura 3.3).

Figura 3.3 Lunecarea relativ a barei

Stadiul II (prima fisurare)Pentru valori ale efortului de aderen mai mari , adeziunea chimic cedeaz. n

cazul barelor profilate nervurileprovoac presiuni mari n beton, (Figura 3.4) i microfisuriletransversale dezvoltate de la partea superioar a nervurilor permit barei s lunece n beton, darefectul de mpnare al nervurilor este limitat, nepermind astfel despicarea betonului.

Figura 3.4 Lunecarea relativ a barei la interfaa beton-armtur


45/204

- 44 -

Stadiul III (propagarea fisurilor)Pentru valori i mai mari ale efortului de aderen , fisurile longitudinale

(fisuri de despicare) (Figura 3.5) se propag radialdatorit efectului de mpnareal betonuluizdrobit din faa nervurilor.Betonul din jurul barei realizeaz o confinare a barei, aderena esteasigurat de interaciunea dintre armtur, dinii de beton formaii betonul nefisurat.Limita

superioar a acestui stadiu o reprezintmomentul n care se despic stratul de acoperire cu beton,urmat de o cedare mai mult sau mai puin brusc n funcie de nivelul de confinare transversal aelementului.

Figura 3.5 Fisuri transversale si longitudinale

Stadiul IVaAcest stadiu de comportare este caracteristic barelor netede. n cazul armturilor netede

acest stadiu urmeaz dup cedarea adeziunii chimice i fizice.Transferul eforturilor se realizeazprin frecare, care esteputernic influenat de ctre presiunea transversal, contracia betonului irugozitatea suprafeei barei.

Stadiul IVbn cazul barelor profilate prezente n elemente de beton cu un nivel mic sau mediu de

confinare transversal, fisurile longitudinale(fisuri de despicare) traverseaz tot stratuldeacoperire cu beton i spaiuldintre armturi, avnd loc o cedare brusc a aderenei(Figura 3.6 c).O suficient cantitate de armtur transversal(etrieri) asigur eficiena aderenei chiar dac

betonul fisureaz, din cauza aciunii de confinare dat de armtura transversal.n acest stadiu sepoate ajunge la un efort de aderen de 30-50% din rezistena la compresiune a betonului, avndloc i o lunecare mare a armturii de 5% fa de diamentrul barei, conformfib 10 [72].

La valori mai mari ale lunecrii, efortul de aderen atinge un maxim dup care ncepe sscad (Figura 3.1), dar valoarea acestuia rmne semnificativ, 15-30% din rezistena lacompresiune, chiar i la lunecri foarte mari, 30% fa de diametrul barei.n cele din urmaderena se realizeaz doar prin frecare, deoarece dinii de beton dintre nervuri sunt zdrobiisauforfecai (Figura 3.6 a,b).


46/204

- 45 -

Figura 3.6 Moduri de cedare a adereneia) smulgere;b) despicare i zdrobirea sau forfecarea betonului dintre nervuri; c) despicare i

lunecare

Stadiul IVcn cazul barelor profilate prezente n elemente de beton cu un nivel mare de confinare

transversal, fisurile de despicare nu apar, iar cedarea aderenei se realizeaz prin smulgereaarmturii.Mecanismul de transfer al eforturilor se realizeaz prin frecare, aderena fiind dat deaceast for de frecare i rezistena la forfecare a dinilor de beton dintre nervuri.

Eficiena confinrii depinde de:

acoperirea cu beton i distanadintre armturi;

armtura transversal; presiunea transversal;

modul de propagare a fisurilor (cohesive zone model, CZM).Propagarea fisurilor de despicare prin tot stratul de acoperire cu beton i pe toat distana

dintre armturi, poate duce la o rupere casant a elementului de beton. Acest mod de cedarepoate fi mpiedicat doar printr-o proiectare judicioas a grosimii stratului de acoperire cu beton ia procentului de armturtransversal.

n cazul betoanelor de nalt rezisten (fc=60-120 MPa) fisurile se propag ntreparticulele de agregat din cauzaputernicei adeziuni chimice dintre agregate i pasta de mortar iaproprietilor mecanice ale mortarului.

3.2 Factorii care influeneaz aderena

Aderena dintre beton i armtur depinde de o serie ntreag de factori dintre careprincipalii se refer la armtur (bar laminat, toron, fascicul), beton i starea de solicitare dinbar i betonul nconjurtor. Pe lng acetia se mai pot enumera i urmtoarele aspecte:diametrul barei, coeficientul lui Poisson, stratul de acoperire cu beton, distana dintre barele dearmtur, numrul de rnduri de armtur, direcia de turnare a betonului n raport cu orientarea

barelor i poziiaarmturilor fa de suprafaa betonului.


47/204

- 46 -

3.2.1 Calitatea betonului

Calitatea betonului are o influen de importan major asupra aderenei, dar nu att prinrezisten ct prin unele aspecte tehnologice legate de turnarea acestuia i care n mod frecventau o importan mai mare chiar dect rezistena nsi.

Deoarece aderena rezult din presiunea localizat n dreptul nervurii i este n directlegtur cu forfecarea betonului, performanele de aderen depind de comportarea lacompresiune multiaxial a betonului precum i de rezistena la ntindere fct. n (Figura 3.7 a,b) se

prezint pentru diferite valori ale lunecrii captului nencrcat al barei, variaiaefortului unitarde aderenn funcie de rezistena betonului. Se constat de asemenea i influena semnificativa poziiei barei n timpul turnrii betonului.

Figura 3.7 Influena rezistenei betonului i a poziiei barei la turnare asupra adereneia) bar perpendicular pe direcia de turnare; b) bar paralel cu direcia de turnare

Aderena este mai bun n cazul barelor orizontale plasate n vecintatea prii inferioare acofrajului precum i n cazul barelor verticale ncrcate n sens contrar direciei de turnare abetonului deoarece n ambele cazuri betonul este mai compact. n cazul barelor orizontale plasatespre partea superioar a cofrajului i al celor verticale ncrcate n direcia de turnare a betonuluiaderena este mai redus deoarece nervurile ntlnesc rezistena unui beton mai puin compact.

Starea de eforturi unitare din betonul de nglobare are o influen important asupraaderenei. Eforturile unitare transversale de ntindere afecteazn mod negativ comportareanndirii i ancorrii barelor putnd nlocui cedarea prin smulgere printr-una de despicare.Situaia poate fi nrutit i mai mult dac n afar de eforturile unitare de ntindere apar iefecte ale temperaturii i contraciei.

n (Figura 3.8 a) se prezint efectul negatival eforturilor unitare transversale de ntindereasupra unui ancoraj scurt pentru trei valori diferite ale stratului de acoperire, constatndu-se cmrirea grosimii stratului de acoperire nu are o influen favorabil semnificativ n cazuldespicrii. Influena ntinderilor transversale asupra mbinrii prin suprapunere a armturilor esteredat n (Figura 3.8 b), constatndu-se o scdere vertiginoas a forei ce poate fi transmis prin

mbinare.

7/24/2019 Efectul confinrii asupra conlucrrii betonulu

efectul confinării asupra conlucrării betonului autocompactant cu armătura

Documents