fibra de carbon lucrare

UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTIFacultatea de Construcii Civile, Industriale si Agricole

Catedra de Construcii Civile, Inginerie Urban i Tehnologie

B-dul Lacul Tei nr.124, sector 2, Bucureti, Romnia

CONTRIBUII PRIVIND TEHNOLOGIILE MODERNE DE REABILITARE STRUCTURAL A ELEMENTELOR

DIN BETON ARMAT

REZUMAT - TEZ DE DOCTORAT

elaborat de

ing. Cezar CIOCNEL

Conductor tiinificProf. Univ. Dr. Ing. Mihai VOICULESCU

2010

Contribuii privind tehnologiile moderne de reabilitare structurala a elementelor din beton armat

ing. Cezar CIOCNEL

Cuprins

CAPITOL 1

Introducere. Prezentare tez

CAPITOL 2

Cutremurele, fondul construit din Bucureti, Romnia i msurile de protecie antiseismic

CAPITOL 3

Cauzele care pot conduce la degradarea construciilor i tipurile de avarii la elementele din beton

3.2. Probleme de durabilitate 3.3. Cauze care conduc la apariia deteriorrilor

3.4. Factori de degradare i avarii specifice

CAPITOL 4

Tehnici i mijloace de investigare a elementelor structurale din beton. Investigarea strii structurilor

4.1. Aspecte generale 4.2. Sisteme de msurtori pentru determinarea caracteristicilor betonului

4.3. Evaluarea rezistenei materialelor n structurile existente

4.4. Investigarea strii structurilor

4.5. Studii de caz

CAPITOL 5

Utilizarea aditivilor de nalta performanta pentru realizarea betoanelor utilizate la repararea structurilor cldirilor

5.1. Aditivi pentru betoane

5.2. Elemente privind controlul calitii aditivilor

5.3. Utilizarea aditivilor n betoane

5.3.2. Modul de utilizare al aditivilor

5.3.3. Incompatibilitatea aditivilor 5.3.4. Prepararea betoanelor, mortarelor i suspensiilor cu aditivi

5.3.5. Recomandri pentru utilizarea i dozarea aditivilor

5.3.6. Exemple de utilizare a aditivilor n betoane. Tipuri i productori. Recomandri pentru dozare

CAPITOL 6

Tehnologii pentru repararea i / sau consolidarea elementelor i structurilor din beton armat6.1. Aspecte generale

6.2. Tehnologia lucrrilor de protecie a elementelor de beton i beton armat 6.2.2. Clasificarea proteciilor 6.2.3. Tehnologia de realizare a proteciilor

6.2.4. Controlul, ntreinerea i repararea proteciilor

6.3. Tehnologia lucrrilor de consolidare a elementelor din beton i beton armat 6.3.1. Remedierea fisurilor elementelor de beton i beton armat prin tehnologia lucrrilor de chituire

6.3.2. Remedierea fisurilor elementelor de beton i beton armat prin tehnologia lucrrilor de injectare

6.3.3. Remedierea defectelor de suprafa la elementele de beton i beton armat

6.3.4. Consolidarea elementelor de beton armat prin tehnologia betonrii golurilor

6.3.5. Consolidarea elementelor de beton armat prin tehnologia cmuirilor

6.3.6. Alte tehnologii de consolidare a elementelor din beton armat 6.3.7. Consolidarea elementelor de beton armat prin utilizarea materialelor compozite din fibra de carbon

CAPITOL 7

Reabilitarea elementelor / structurilor de beton armat prin folosirea materialelor compozite FRP

7.1. Aspecte generale

7.2. Prezentarea programului experimental. Realizarea elementelor experimentale i rezultate experimentale obinute 7.2.1. Consolidarea pe dou direcii la plci prin utilizarea materialelor compozite (FRP)

7.2.2. Repararea grinzilor din beton armat, dup cedarea la fora tietoare prin aplicarea de materiale compozite (FRP)

7.2.3. Armarea stlpilor din beton armat cu materiale compozite pe baz de fibr de carbon (CFRP)

7.2.4. Consolidarea cadrelor din beton armat cu materiale compozite pe baz de fibr de carbon (CFRP) 7.3. Aplicaii practice a consolidrilor cu materiale compozite pe baz de fibre de carbon (CFRP)

Capitol 8

Concluzii. Contribuii personale

Bibliografie selectiv

Rezumatpag 2 din 44


ing. Cezar CIOCNEL

CAPITOL I - Introducere

Romania este o ar cu activitate seismic important. Se afl pe locul 24 dintre cele 80 de ri care au nregistrat victime la seisme, n perioada 1900-1990.

Din acest motiv, se impune necesitatea reabilitrii structurale (consolidri) a tuturor imobilelor / cldirilor proiectate i realizate nainte de anul 1977, an care datorit cutremurului devastator a obligat statul roman s impun cerine superioare n proiectarea cldirilor.

Normele de proiectare mai vechi nu au avut incluse msuri antiseismice sau au avut specificate nivele reduse ale aciunii seismice.

Normele recente, pe plan naional i internaional, au nceput s pun accentul pe detaliile de alctuire i armare a elementelor structurale n scopul comportrii ductile generale, n paralel cu asigurarea cerinelor de rezisten, fapt ce conduce automat la necesitatea reabilitrii structurale (consolidri) a acestora pe elemente dar si pe ansamblu cldire, pentru cldirile realizate nainte de apariia acestor norme.

Aceast lucrare abordeaz un domeniu de cercetare de interes major, de mare actualitate n contextul actual, n care se pune un accent tot mai mare pe protecia mediului nconjurtor, economia de resurse materiale i umane prin dezvoltarea i crearea unor noi tehnologii de fabricaie i execuie, care s fie folosite att n cadrul noilor construcii inginereti ct i la reabilitarea i reconsolidarea structurilor existente.

Teza de doctorat, intitulat "Contribuii privind tehnologiile moderne de reabilitare structural a elementelor din beton armat", este structurat n 8 capitole, cuprinde: 395 pagini, 26 tabele, 21 grafice, 179 figuri, o schem logic, ncheindu-se cu lista celor 232 titluri bibliografice.

Rezumatul lucrrii de doctorat pstreaz structura acesteia n ceea ce privete numerotarea capitolelor, figurilor, tabelelor, relaiilor de calcul i a referinelor bibliografice.

n capitolul 1 intitulat Introducere. Prezentare tez au fost prezentate principalele obiective ale tezei de doctorat, prin descrierea succint a studiilor / cercetrilor tratate n fiecare capitol ce a urmat.

n capitolul 2 intitulat Cutremurele, fondul construit din Bucureti, Romnia i msurile de protecie antiseismic se prezint:

un scurt istoric al cutremurelor produse n lume dar i pe teritoriul Romniei i efectele acestuia,

factori care contribuie la protecia antiseismic,

fondul construit i aspecte specifice privind protecia antiseismic,

msuri de protecie antiseismic i direcii de efort pentru viitor.

n capitolul 3 intitulat Cauzele care pot conduce la degradarea construciilor i tipurile de avarii la elementele din beton sunt descrise problemele de durabilitate ale construciilor, cauzele care conduc la apariia deteriorrilor elementelor de beton i beton armat i sunt enumerai factorii de degradare i avarii specifice ntlnite la elementele structurale din beton.

n capitolul 4 intitulat Tehnici i mijloace de investigare a elementelor structurale din beton. Investigarea strii structurilor sunt detaliate cercetri i studii cu aplicabilitate practic. Dintre acestea se enumer:

conceptul de calitate ct i organizarea general a verificrilor calitii;

sistemele de msurtori pentru determinarea caracteristicilor betonului prin metode diferite (nedistructive, semidistructive, distructive) prin care se determin: rezistena la compresiune / ntindere a betonului; localizarea i tipurile de defecte din beton, etc.,

evaluarea rezistenei materialelor n structurile existente (metode de investigare, alegerea tipurilor de metode i a zonelor de investigare, identificarea degradrilor pre-seism),

metode de investigarea strii structurilor sintetizate sub forma unei scheme logice,

studii de caz prin care se verific practic metodele de determinare a caracteristicilor de rezisten pentru betonul ce intr n alctuirea structurii de rezisten a unui imobil (grinzi, stlpi, etc.).

n capitolul 5 intitulat Aditivi pentru betoane se prezint aditivii necesari n lucrrile de construcii n ceea ce privete realizarea unor structuri noi din beton armat dar i pentru folosirea betonului ca material de consolidare / reabilitare a elementelor structurale din beton i beton armat (aditivi modificatori de priz i ntrire a betoanelor, aditivi antigel, aditivi impermeabilizatori, etc.). Se prezint civa furnizorii importani de aditivi i se dau recomandri privind utilizarea aditivilor n betoane.

Rezumatpag 3 din 44


Introducereing. Cezar CIOCNEL

n capitolul 6 intitulat Tehnologii pentru repararea i / sau consolidarea elementelor i structurilor din beton armat sunt prezentate detaliat tehnologii moderne de consolidare / reabilitare a elementelor structurale din beton folosind materialele clasice dar i materiale moderne i anume materiale compozite pe baz de fibr de carbon CFRP1.

n capitolul 7 intitulat Reabilitarea elementelor / structurilor de beton armat prin folosirea materialelor compozite FRP sunt descrise cercetri experimentale care probeaz aportul adus la consolidarea / reabilitarea elementelor sau structurilor de beton armat prin folosirea materialelor compozite (FRP2). n ncheierea capitolului sunt prezentate dou aplicaii practice care descriu n detaliu tehnologia de consolidare.

1 CFRP este abrevierea pentru materialele compozite cu fibr de carbon (CFRP = Carbon Fiber Reinforced Polymer). n normativul romnesc, abrevierea este PAFC (Polimer Armat cu Fibr de Carbon).

2 FRP este abrevierea internaional pentru materialele compozite armate cu fibr (FRP = Fiber Reinforced Polymer). n normativul romnesc, abrevierea este PAF (Polimer Armat cu Fibr).

Rezumatpag 4 din 44


ing. Cezar CIOCNEL

CAPITOL 2 - CUTREMURELE, FONDUL CONSTRUIT DIN BUCURETI / ROMNIA I MSURILE DE PROTECIE ANTISEISMIC

n perioada 1900-1990 n lume s-au produs cca. 1.100 cutremure cu urmri grave n privina pierderilor de viei cauznd peste 1.530.000 mori. Romnia se afl pe locul 24 dintre cele 80 de ri care au nregistrat victime la seisme.

Pe teritoriul Romniei, n acest secol, dintre cele 109 cutremure cu magnitudine M>5.0, nregistrate n teritoriu, 100 de seisme s-au produs n zona Vrancea. n privina cutremurelor puternice, intermediare, unele studii seismologice iau n considerare o relativ ciclicitate de cca. 100 ani, cu trei intervale de timp n care activitatea seismic este mai intens (anii 5; 35; 80 din fiecare secol); urmtorul cutremur puternic (M>7.0), n Romnia, este prognozat statistic de unii specialiti pentru primul deceniu al secolului XXl.

Ca urmare a studiilor, rezult c teritoriul Romniei este afectat n cazul cutremurelor de Vrancea cu magnitudine M>7.0 de intensiti I>VII MSK pe mai mult de 50% din suprafa, o zon dens populat (cca. 60% din populaia de cca. 23 milioane, incluznd Bucuretiul, capitala rii cu peste 2 milioane locuitori), cu o suprafa de cca. 100.000 km2, caz unic n lume, din punct de vedere al ariei expuse riscului seismic.

Oraul Bucureti, propriu-zis, are o suprafa de 227 km2 i o populaie de circa 2.073.900 locuitori, repartizai n 6 sectoare, cu peste 110.000 cldiri, incluznd 866.000 locuine sau apartamente, dintre care o mare parte sunt situate n cldiri nalte.

Specificul urban al Municipiului Bucureti (construcii, reele i dotri industriale existente) este reprezentat de urmtoarele caracteristici:

n perioada 1925-1940 au fost executate n zona central cteva sute cldiri nalte (7-12 niveluri) cu schelet din beton armat, fr a fi proiectate s reziste la cutremure; aceste tipuri de cldiri sunt situate pe axele principale ale aezrii i n interiorul primului inel de circulaie;

dup 1950, n zonele periferice, s-au construit peste 30 de ansambluri (cartiere noi sau sistematizri de-a lungul unor artere principale i centuri interioare), n intersecii au fost amplasate structuri cu 8-18 niveluri, iar n interiorul cartierelor cldiri cu 5-11 niveluri;

toate structurile de construcii, executate dup 1950, au fost proiectate s reziste la cutremur potrivit cunotinelor existente la data respectiv. Pn n 1977 a existat o hart de microzonare a teritoriului oraului, dar aceasta a fost infirmat de analiza efectelor reale i scoas din uz;

construciile proiectate antiseismic dup 1940-1950 au avut o comportare satisfctoare n 1977, dar anumite categorii de structuri au suferit avarii i necesit consolidri;

specificul vulnerabilitii construciilor din Bucureti este n consecin dominat de lipsa de rezisten antiseismic a unui numr mare de cldiri dinainte de 1940, n special cele nalte din beton armat, precum i prin unele sensibiliti la micri seismice de Vrancea ale unor structuri flexibile proiectate ntre anii 1950-1977. n aceste cldiri nalte locuiete o pondere important din populaia capitalei;

privit ca un sistem funcional, din punct de vedere urban, Municipiul Bucureti poate reprezenta caracteristici de vulnerabilitate din cauza concentrrii de cldiri nalte vulnerabile construite nainte de 1940 n zona central i a efectelor negative care se pot produce prin avarierea unor construcii industriale, reele de utiliti, lucrri inginereti, al cror potenial de a suferi avarii la seism nu a fost cuantificat nc. La acest fapt contribuie i efectele seismelor anterioare (1940, 1977, 1986, 1990 2004 i 2009) reparaiile i consolidrile precedente, n cazul n care s-au efectuat, precum i lucrrile de ntreinere curente.

2.4. Msuri de protecie antiseismic

2.4.2. Elaborarea i aprobarea de urgen a unei ordonane guvernamentale prin care s se dispun trecerea la expertizare i, n caz de nevoie, la intervenii imediate, asupra construciilor de interes public deinute de diferitele organe centrale, asupra construciilor cu funciuni vitale i de emergen n caz de dezastru (uniti din reeaua medico-sanitar, uniti de pompieri, construcii din reeaua de nvmnt) i asupra lucrrilor care includ surse de mare risc.

2.4.3. Identificarea de urgen a construciilor de locuine cu risc ridicat de prbuire n cazul incidenei unui cutremur comparabil cu cele din 1940 i 1977 i intervenii efective la termen de maxim 3-4 ani asupra acestora.

2.4.8. Program de reacie de urgen n condiiile incidenei unui cutremur puternic i anume: investigarea construciilor afectate,

stabilirea prioritilor de intervenie,

msuri de punere n siguran provizorie, etc.

Rezumatpag 5 din 44


ing. Cezar CIOCNEL

CAPITOL 3 - CAUZELE CARE POT CONDUCE LA DEGRADAREA CONSTRUCIILOR I TIPURILE

DE AVARII LA ELEMENTELE DIN BETON


Conform unor date unanim acceptate dup un numr mare de teste efectuate n lume i prezentate cu diverse prilejuri, cauzele ce influeneaz negativ durabilitatea betonului sunt:

coroziunea armturilor;

agresiviti chimice (sulfatice, magneziene, carbonice, etc.);

umezirea alternant;

agresiviti fizice (temperaturi nalte, nghe - dezghe, etc.);

aciunea de levigare;

agresiviti mecanice (ocuri, vibraii, ncrcri verticale orizontale, etc.);

calitatea betonului (compoziia betonului, porozitate, fisuri, zone degradate, goluri mari, etc.);

fluajul;

cristalizarea srurilor;

reacia agregatelor cu cimentul;

abraziunea.

3.2. Probleme de durabilitate

Durabilitatea betonului este influenat de mai muli factori:

permeabilitate,

gelivitate,

carbonatare,

coroziunea chimic,

reaciile alcali-agregate.

3.2.1. Influena permeabilitii asupra durabilitii betonului

Factori care influeneaz permeabilitatea betonului:

fineea de mcinare a cimentului. Cu ct cimentul este mai fin, cu att scade permeabilitatea;

dozajul de ciment: creterea dozajului de ciment reduce permeabilitatea;

tipul de ciment: cimenturile cu adaosuri necesit o cantitate mai mare de ap, ce poate mri permeabilitatea;

fineea agregatului fin (nisip): creterea fineei nisipului mrete permeabilitatea; se prefer agregate calcaroase;

tratarea betonului dup punerea n lucrare: pstrarea ct mai mult timp a betonului proaspt n mediu umed, scade permeabilitatea;

utilizarea aditivilor n compoziiile betoanelor: utilizai corect, reduc considerabil permeabilitatea;

existena unor solicitri de ntindere i a unor eforturi de compresiune peste limita de fisurare: cresc permeabilitatea.

3.2.2. Influena gelivitii asupra durabilitii betonului

n timpul exploatrii anumitor construcii, pe perioadele de iarn, betonul din elementele de construcii este supus, n general, la cicluri alternante de nghe-dezghe. Dac masa de beton ntrit, expus acestui fenomen se gsete n stare umed i saturat cu ap, deteriorarea se va finaliza printr-o distrugere rapid a betonului.

Factorii cei mai importani n mbuntirea comportrii betonului la nghe-dezghe sunt:

tratarea betonului dup punerea n lucrare, prin meninerea umiditii;

meninerea raportului A/C n limitele admise,

existena n masa betonului a unui volum corespunztor de aer antrenat (aditivi antrenori de aer), etc.

Rezumatpag 6 din 44


Capitol III - Cauzele care pot conduce la degradarea construciilor i tipurile de avarii la elementele din betoning. Cezar CIOCNEL

3.2.3. Influena carbonatri asupra durabilitii betonului

fig.3.2.5.

Fenomenul de carbonatare asupra betoanelor are influene contradictorii, n funcie de puterea de agresivitate i de viteza de reacie.

n general, carbonatarea are o influen negativ asupra proteciei armturilor din beton i o influen pozitiv asupra rezistenei la ape agresive i a permeabilitii betonului.

Viteza fenomenului de carbonatare este accelerat de prezena adaosurilor active din ciment i micorat de creterea dozajului de ciment (fig.3.2.5.).

3.2.5. Influena aciunii corozive a acizilor asupra durabilitii betonului

Aciunea coroziv a acizilor are loc n medii cu pH < 6,5. Acizii se gsesc n general n ape (naturale, reziduale, industriale).

n zonele carbonifere poate aciona chiar CO2 liber i apele minerale. Pericolul apare atunci cnd masa de beton are n volumul su o suficient reea de microfisuri, care va permite infiltrarea acestor acizi pn la armtur. Corodarea armturii va conduce i la dislocri n straturile de acoperire cu beton

3.2.6. Influena reaciilor alcali-agregate asupra durabilitii betonului

Agregatele care conin bioxid de siliciu activ, reacioneaz cu alcaliile din ciment. Produii de reacie sunt geluri care au proprietatea de a se umfla considerabil n prezena umiditii. Deci deteriorarea betonului se realizeaz prin expansiune.

3.3. Cauze care conduc la apariia deteriorrilor

3.3.1. Cauze datorate calitii necorespunztoare a proiectrii

3.3.2. Cauze datorate calitii necorespunztoare a executrii lucrrilor

3.3.3. Cauze datorate condiiilor de exploatare necorespunztoare.

3.3.4. Cauze datorate efectelor extraordinare externe

3.3.1. Cauze datorate calitii necorespunztoare a proiectrii

datele iniiale incomplete sau inexacte asupra caracteristicilor geologice i geotehnice ale terenului de fundare (sondaje geotehnice insuficiente sau lipsa lor);

necunoaterea, cunoaterea incorect sau cunoaterea insuficient a condiiilor de exploatare;

stabilirea incorect sau parial a solicitrilor fizico-mecanice;

combinaii de solicitri incorecte sau insuficiente;

stabilirea incorect a schemelor statice de calcul, a evalurii ncrcrilor i modului de aciune i distribuire a lor;

calcule greite, incorecte sau incomplete;

utilizarea unor sisteme constructive noi i a unor materiale recente, insuficient experimentate i studiate;

modificarea unor aspecte n proiectul de execuie / consolidare, n timpul executrii lucrrilor;

nerespectarea prescripiilor tehnice prevzute n actele normative specifice;

slaba corelare dintre proiectele de specialitate ale proiectului de execuie;

neverificarea calitii lucrrilor executate de ctre proiectant, etc.

3.3.2. Cauze datorate calitii necorespunztoare a executrii lucrrilor

utilizarea unor materiale necorespunztoare din punct de vedere al tipului i al calitii;

utilizarea unei tehnologii neconforme cu ceea ce impune proiectul de execuie;

nerespectarea parial sau integral a proiectului de execuie;

aplicarea incorect a tehnologiilor;

Rezumatpag 7 din 44



nerespectarea tuturor instruciunilor i recomandrilor tehnice, ncepnd cu alegerea materialelor, prepararea, transportul, manipularea, punerea n lucrare i tratarea ulterioar a materialelor;

lipsa competenei n timpul execuiei sau lipsa sistemului de verificare a calitii lucrrilor executate;

lucrri realizate defectuos ce devin ascunse, neverificate nainte de execuie;

deficiene mari la recepionarea lucrrilor, etc.

3.3.3. Cauze datorate condiiilor de exploatare necorespunztoare

modificarea destinaiei construciilor (ceea ce conduce la modificarea solicitrilor fizice, chimice, mecanice);

modificarea condiiilor de exploatare;

exploatarea neraional a instalaiilor i mainilor generatoare de vibraii sau ocuri;

ntreinerea necorespunztoare a construciilor;

neglijarea msurilor de observare i control;

ne-repararea la timp a eventualelor degradri;

neeliminarea cauzelor ce pot provoca degradri, etc.

3.3.4. Cauze datorate efectelor extraordinare externe

catastrofe naturale (seisme, inundaii, incendii, furtuni foarte puternice, bombardamente, etc.);

calamiti locale (explozii);

modificri ale terenului de fundare (tasri importante, alunecri de teren);

aciunea puternic a unor agresiviti chimice (datorate unor cauze excepionale) i a unor agresiviti biologice;

influena factorilor climatici;

cauze datorate modificrilor fizico-chimico-mecanice sau funcionale, din cauza mbtrnirii materialelor, etc.

3.4. Factori de degradare i avarii specifice

3.4.1. Generaliti

Principalele forme de degradare a elementelor din beton armat se regsesc ntr-unul din aspectele: fisurare,

strivire,

dislocare-dezagregare,

segregare.

zone de beton degradate, goluri, cu sau fr obiecte nedorite nglobate.

3.4.2. Solicitri mecanice i avarii specifice

Avariile cele mai frecvent ntlnite sunt:

fisuri cu: deschideri mici 2 mm (fig.3.4.3).

beton zdrobit (fig. 3.4.12; fig. 3.4.14);

armtur ajuns la curgere (fig. 3.4.14);

flambarea armturii (fig.3.4.14);

smulgerea armturii (fig.3.4.14);

defecte de execuie, inclusiv rosturi de turnare, puse n eviden prin efectul aciunii seismice (fig.3.4.5);

desprinderea stratului de acoperire cu beton a armturilor;

rosturi deschise ntre elementele prefabricate, etc.

Rezumatpag 8 din 44



fig.3.4.1fig.3.4.2fig.3.4.3.

Fisur cu deschidere mic (2 mm), stlp din beton armat

n funcie de tipul elementului de beton armat i felul avariilor suferite, putem realiza o clasificare a celor mai importante tipuri de avarii existente:

3.4.2.1. Avarii ale stlpilor din beton armat

fisuri nclinate la intersecia grinzilor cu stlpii (zonele nodale);

fisuri transversale, una sau mai multe pe nivel, datorate solicitrii de ncovoiere alternant; aceste fisuri apar, de regul, n zonele extreme ale stlpilor (fig. 3.4.12);

fisuri nclinate, una sau mai multe pe nivel, datorate efectului forelor tietoare i ncovoierii (fig. 3.4.12);

zone (articulaii) plastice, cu ruperea betonului i eventual deformarea (flambarea) armturilor, cauzate de eforturile axiale i de ncovoiere alternativ (fig.3.4.8, fig. 3.4.12, fig. 3.4.14);

ruperea (desprinderea) stratului de acoperire a armturilor de col (fig.3.4.8);

rupere local datorit unei execuii defectuoase rezultat n urma segregrii betonului;

fisuri longitudinale datorit eforturilor de ntindere n stratul de acoperire a barelor intermediare: fisurile pot fi superficiale sau pot ajunge pn la armtur (fig.3.4.6, fig.3.4.7, fig.3.4.8);

ruperea betonului, cu sau fr flambarea armturii, datorit eforturilor axiale de compresiune (fig. 3.4.8, fig.3.4.17). n general, o astfel de rupere este asociat cu un rost de turnare a betonului.

fig.3.4.6fig.3.4.7fig.3.4.8

Defecte de execuie. Stlp prefabricat, din beton armat

Fisuri longitudinale la un stlp din beton armat

3.4.2.2. Avarii ale grinzilor din beton armat

fisuri verticale cauzate de eforturile de ntindere provenind din reeaua triunghiular format de stlpi, grinzi i zidrie de umplutur (fig. 3.4.13);

fisuri nclinate datorate efectelor forelor tietoare i solicitrilor de ncovoiere;

fisuri verticale cauzate de smulgerea armturilor ancorate n stlpi sub efectul eforturilor de ntindere din solicitrile de ncovoiere;

zone (articulaii) plastice, cu ruperea betonului i flambarea eventual a armturilor, datorit eforturilor axiale i ale ncovoierii alternante.

Rezumatpag 9 din 44



fig.3.4.13fig.3.4.17

3.4.2.3. Avarii ale planeelor din beton armat

fisuri paralele sau nclinate n raport cu laturile de reazem ale plcii, cauzate de efectul forelor tietoare i ale ncovoierii care solicit diafragma (aib) orizontal n planul su (fig.3.4.10);

fisuri paralele cu grinzile prefabricate (de exemplu pentru planee cu grinzi prefabricate i corpuri de umplutur sau fii prefabricate); asemenea fisuri pot exista chiar nainte de un cutremur, efectul acestuia punndu-se i mai mult n eviden.

fig.3.4.5fig.3.4.10.fig.3.4.11

Defecte de execuie. Planeu peste o grind segregat din beton armat

Planeu fr centur, peste perei din zidrie portant

Fisur n planeu executat fr centur, peste perei din zidrie portant

3.4.2.4. Avarii ale pereilor portani din beton armat

fisuri nclinate cauzate de efectele forelor tietoare, ale solicitrii de ncovoiere i eforturilor axiale

(fig. 3.4.15);

fisuri verticale n stratul de acoperire a barelor de armtur;

fisuri orizontale la marginea (captul) liber a peretelui, datorate eforturilor din solicitarea de ncovoiere;

ruperea betonului n rostul tehnologic de turnare;

rupere local evident prin segregarea betonului.

3.4.2.5. Avarii datorate solicitrilor predominante din momente ncovoietoare

La stlpi cu zveltee mare, din momente ncovoietoare predominante, apar fisuri orizontale normale pe axul stlpilor. Fisurile se dezvolt n zonele de la capetele stlpilor unde apar momente maxime ce pot duce i la articulaii plastice cu intrarea n curgere a armturilor. n aceste zone apar deteriorri ale stratului de acoperire1 (fig.3.4.12). La grinzi, din efortul de ncovoiere, apar fisuri n zona ntins, perpendiculare pe axa grinzilor. Fisurile pot aprea fie numai pe reazem, fie numai la mijlocul grinzii, ori n ambele zone. Betonul din zona comprimat poate fi zdrobit. (fig.3.4.13)

3.4.2.6. Avarii datorate solicitrilor din eforturi axiale

La stlpi i grinzi, eforturile axiale puternice pot provoca efecte de strivire, cu deosebire n zonele slbite (segregate). Strivirea betonului se produce cu fenomene de expulzare lateral, iar armturile longitudinale flambnd, pot uneori desface sau rupe etrierii (fig.3.4.14).

1 Betonul se zdrobete

Rezumatpag 10 din 44



3.4.2.7 Avarii datorate solicitrilor predominante din fore tietoare

La pereii structurali pot aprea frecvent fisuri nclinate uneori pe dou direcii, sub form de X, din eforturi importante de for tietoare (fig.3.4.15).

fig.3.4.12fig.3.4.14fig.3.4.15

La grinzi se pot ntlni cazurile:

n cazul rezemrii grinzilor secundare pe grinzile principale, n special n timpul cutremurelor, apar fisuri verticale n dreptul lor;

prezena unor ziduri bine mpnate care reduc deschiderile grinzilor;

efecte de tirant din pricina panourilor de zidrie nrmat, ceea ce conduce la combinarea solicitrilor de ntindere, ncovoiere, for tietoare, acestea fisurnd grinda;

la perei structurali insuficient dimensionai la for tietoare, primele elemente afectate sunt buiandrugii, care pot avea i cedri casante, n special la pereii structurali cu goluri.

3.4.2.8 Avarii datorate efectelor combinate dintre solicitrile axiale, de ncovoiere i for tietoare

La fundaii, solicitrile combinate (n special ncovoierea i fora tietoare), conduc la fisurri i ruperi totale ale cuzineilor.

La nodurile de cadre, apar degradri generalizate ale betonului n miezul nodurilor sau n tot volumul lor, precum i flambarea barelor longitudinale cu ruperea sau desfacerea etrierilor. Fenomenul este foarte casant. Se ntlnete rar, la structurile vechi, n urma seismelor;

La structurile n cadre, combinarea eforturilor la valori ridicate se ntlnete n general n timpul seismelor. Apariia articulaiilor plastice este nsoit de fisurri normale pe axele elementelor, ce nu constituie un pericol dac betonul nu are zone n care s-a zdrobit.

La pereii structurali, eforturile combinate din ncovoiere, for axial i for tietoare pot produce ruperi casante ale bazei pereilor, datorit existenei zonelor defectuos executate (beton, armturi, etc.). La zonele de legtur ntre pereii structurali longitudinali cu cei transversali, pot aprea fisuri verticale. La fel, n zonele de legtur ntre planee i perei, ntreruperile betonrii (rosturi de turnare) sau petreceri i legturi defectuoase ale armturilor elementelor, pot conduce la dezvoltarea unor fisuri orizontale.

La stlpi pot aprea uneori din aceast combinaie de eforturi, plastificri la capete, n general la structuri cu variaie brusc de rigiditate pe nlime (exemplu: parter flexibil).

3.4.2.9. Avarii produse de aciunea ocurilor

Accidental, n viaa construciilor pot s apar fenomene care acioneaz sub forme de oc:

cutremure,

explozii,

vibraii foarte mari,

ocuri din izbituri sau lovituri.




3.4.3. Factori fizici i avarii specifice

3.4.3.3. Avarii produse de fenomenul de nghe - dezghe

Fenomenul de nghe-dezghe, constituie un factor esenial n durabilitatea betonului.

Aciunea fenomenului de nghe-dezghe este important n producerea unor avari, de tipul exfolierii feelor expuse ale elementelor de beton i dezagregrii locale a betonului din elemente. Este de menionat faptul c gradul deteriorrii este dependent de caracteristicile betonului (structura porilor) i de intensitatea aciunii nghe-dezgheului (numrul de cicluri de nghe-dezghe i duratele de aciune) .

3.4.4. Factori chimico-biologici i avarii specifice

3.4.4.1. Avarii produse de coroziunea armturilor

Definiia coroziunii poate fi dat innd seama de schimbarea prin care trece metalul, de la condiia sa elementar la cea combinat complex. Coroziunea metalelor se realizeaz prin formarea oxidului n contact cu aerul sau a ruginii (oxidului hidros) n contact cu apa sau atmosfera umed. Procesul de coroziune a oelului este nsoit, n general de o mrire a volumului acestuia (volumul oxidului, provenit din coroziune este de circa 2 ori mai mare dect cel al metalului din care provine) fapt care conduce la exercitarea unor presiuni asupra betonului adiacent armturii i respectiv la apariia unor eforturi de ntindere n masa acestuia. Atunci cnd aceasta depete valoarea rezistenei la ntindere a betonului se declaneaz procesele de fisurare a betonului din stratul de acoperire, fenomen care favorizeaz accelerarea procesului de coroziune. n cele mai multe din cazuri, stratul de acoperire a betonului poate fi ndeprtat, armtura ajungnd sa fie lipsit de protecie (fig. 3.4.21, fig. 3.4.22)

fig.3.4.21fig.3.4.22

3.4.4.2. Avarii produse de reacii chimice

Cauzele apariiei degradrilor elementelor aflate n medii agresive sunt:

dizolvarea unor produi de hidratare ai cimentului (hidroxid de calciu);

formarea produilor de reacie uor solubili;

formarea unor compui care mresc volumul i pot distruge betonul prin expansiune

fig.3.4.30.a)fig.3.4.30.b)

Semnele unui atac chimic constau n dezagregrile suprafeelor elementelor, mrirea fisurilor i a rosturilor, dislocrile generale ale maselor de beton, umflri etc.

Cnd dilataiile sunt libere, fisurile se produc haotic. Dac dilataia se produce de-a lungul unei direcii, fisurile se dezvolt n deschideri paralele, perpendiculare pe axa pe care acioneaz sarcinile (fig.3.4.30).

3.4.4.3. Avarii ale betonului datorit agresiunii biologice

Pot aprea deteriorri ale elementelor din beton determinate de atacul biologic (de exemplu la sistemele de canalizare), sau de substane de natura organica (licheni, alge) sau rdcini de plante ce ptrund n beton prin fisuri sau zone cu rezisten sczut.




Aceste agresiuni de natur biologic cauzeaz degradri datorate presiunii interne i/sau reinerii apei la suprafaa betonului, care conduce astfel la creterea riscului de deteriorare prin nghe, la coroziunea armturii din beton, etc.

3.4.5. Executarea necorespunztoare a lucrrilor i avarii specifice

3.4.5.1. Avarii datorate fenomenului de segregare a betonului

Cauzele principale care favorizeaz segregarea sunt:

compoziie necorespunztoare;

transportul betonului care poate duce la apariia segregrilor interioare i exterioare;

cderea betonului de la nlimi mari, descrcri n faa unui obstacol, frecri mari;

compactarea necorespunztoare (utilizarea unei tehnologii necorespunztoare sau aplicare necorespunztoare a acesteia);

depirea timpului maxim de amestecare .

Trebuie acordat atenie faptului c uneori armturile groase sau cele rigide, mpiedic aezarea omogen a betonului. Sub aceste obstacole, betonul nu ptrunde suficient i se pot forma zone segregate sau caverne (fig. 3.4.31).

fig. 3.4.31.a)fig. 3.4.31.b)

3.4.5.2. Avarii datorate erorilor de executare a lucrrilor

La executarea lucrrilor trebuie respectate toate regulile impuse de proiectul de execuie / tehnologic.

Nu de puine ori, apar o serie de degradri sau chiar avarii mai nsemnate, vizibile dup decofrare. n alte cazuri, executarea necorespunztoare provoac degradri greu de observat, acestea fiind ascunse n interiorul elementelor (fig.3.4.31). Deosebit de periculoase, acestea se remarc n timp, pe parcursul exploatrii.

Degradrile aprute frecvent n urma executrii necorespunztoare sunt urmtoarele:

insuficient grosime a stratului de acoperire cu beton a armturilor datorit lipsei sau numrului insuficient al distanierelor, deplasrii (dezaxrii) armturilor sau cofrajelor, etc.;

deformaii mari i fisuri - produse n urma deplasrii cofrajelor, a decofrrilor premature sau a depirii ncrcrilor admise;

segregri superficiale sau de profunzime i caverne n masa betonului - datorit unei compactri insuficiente sau n exces;

fasonri incorecte a armturilor;

deschiderile rosturilor de turnare - datorate unor poziionri, executri incorecte, sau / i relurii betonrii incorecte;

fisurri i ruperi ale elementelor din ncrcri excesive, greeli de armare, folosirea unor materiale necorespunztoare calitativ, ocuri etc.



ing. Cezar CIOCNEL

CAPITOL 4 - TEHNICI I MIJLOACE DE INVESTIGARE A ELEMENTELOR STRUCTURALE DIN

BETON

4.1.1. Conceptul de calitate lucrrilor

Elaborarea i aplicarea n construcii a conceptului de calitate presupune stabilirea caracteristicilor tehnice i de calitate att pentru ntreaga construcie ct i pentru subansamblele acesteia (divizate pn la nivel de element sau material), a limitelor admisibile n care trebuie s se ncadreze acestea, a metodelor i tehnologiilor de realizare a lor i respectiv a modalitilor de verificare i a frecvenei acestora, astfel nct construcia s rspund corect tuturor exigenelor stabilite pentru utilizarea ei.

Un factor deosebit de important n obinerea calitii l reprezint lucrrile de verificare a ei.

4.1.2. Organizarea generala a verificrilor calitii

Verificarea calitii lucrrilor este absolut obligatorie i se face n scopul prevenirii, depistrii sau ndeprtrii unor defecte sau greeli de execuie care se pot transmite sau s-au transmis construciei n curs de realizare. Ea const n stabilirea corespondenei lucrrilor cu proiectul i cu prescripiile tehnice specifice, n limitele indicatorilor de calitate i a abaterilor admisibile prevzute n actele normative n vigoare.

Verificarea calitii construciilor este necesar sa fie continuat i dup darea n exploatare a acestora, n vederea prevenirii i depistrii din timp a unor eventuale avarii sau deteriorri, n scopul remedierii acestora pentru asigurarea durabilitii corespunztoare.

De asemenea, verificarea calitii este necesar i n cazul expertizrii tehnice a construciei respective, atunci cnd acesteia i se schimb destinaia, condiiile de exploatare sau i se mrete capacitatea portant.

Verificarea calitii lucrrilor, n sensul respectrii condiiilor tehnice de calitate, se execut permanent de ctre efii formaiilor de lucru i de ctre personalul tehnic nsrcinat cu conducerea acestor lucrri.

Suplimentar, se mai efectueaz verificri n urmtoarele faze de realizare a construciei:

a) pe parcursul execuiei, pentru toate categoriile de Iucrri care condiioneaz rezistena, stabilitatea, durabilitatea i funcionalitatea construciei, nainte ca ele s devin ascunse prin nglobare sau prin acoperire.

b) la terminarea unei faze de lucru (lucrri de terasamente, infrastructur, suprastructur, etc.).

c) la recepia preliminar (la predarea construciei ctre beneficiar).

Pentru a asigura integritatea i funcionalitatea unei structuri este necesar s se fac inspecii periodice avnd ca scop depistarea eventualelor avarii i defeciuni structurale. Inspeciile se pot face aplicnd diferite metode de control nedistructiv.

Controlul nedistructiv const n aplicarea unor metode de testare pentru a examina un obiect, un material sau un sistem fr a-i periclita funcionalitatea ulterioar.

Obiectivul unei metode complet de control nedistructiv, este s furnizeze informaii despre urmtorii parametrii ai materialului testat:

Discontinuiti i detalii despre acestea. Exemple: fisuri, goluri, delaminri la care trebuie s determinm anumite caracteristici fizice cum ar fi: grosimea, diametrul sau mrimea discontinuitii;

Structura materialului, incluznd structura cristalin, dimensiunea granulelor;

Gradul de segregare;

Proprietile fizice i mecanice cum sunt: coeficientul de reflexie, conductivitatea, modulul de elasticitate, viteza de propagare a undelor sonore, etc.

4.2. Sisteme de msurtori pentru determinarea caracteristicilor betonului

Dintre toate caracteristicile care dau informaii despre elementele de beton, se vor detalia:

rezistenta la compresiune;

rezistenta la ntindere;

defecte ale elementelor din beton;

determinarea poziiei / grosimii armturilor i a grosimii stratului de acoperire;



Capitol IV - Tehnici i mijloace de investigare a elementelor structurale din betoning. Cezar CIOCNEL

vizualizarea suprafeelor elementelor de rezistena n zone greu accesibile;

msurarea transmitanei termice a betonului.

4.2.1. Determinarea rezistenei la compresiune a betonului

Metode de determinarea rezistenei la compresiune:

4.2.1.1. Metoda amprentei;

4.2.1.2. Metoda reculului;

4.2.1.3. Metoda acustica;

4.2.1.4. Metoda microcarotelor.

4.2.2. Determinarea rezistenei la ntindere i la compresiune a betonului

Determinarea rezistenei la ntindere i la compresiune a betonului se poate realiza uzual utiliznd metoda microcarotelor.

4.2.3. Determinarea defectelor betonului

Prin defecte n beton, se neleg: goluri, fisuri, rosturi de turnare, cuiburi de segregare, betoane poroase, straturi de beton degradat datorit ngheului, incendiilor sau aciunilor agresive.

Pentru identificarea acestora s-a ales descrierea urmtoarele metode:

4.2.3.1. Metoda ultrasunetelor;

4.2.3.2. Metoda radiometriei;

4.2.3.3. Metoda radiografiei;

4.2.3.4. Metoda radioscopiei;

4.2.3.5. Metoda impact-echo.

4.2.4. Determinarea poziiei armturilor, a diametrului acestora i grosimea stratului de acoperire

cu beton

Pentru a afla poziia armturii, a diametrului acesteia, se pot folosi urmtoarele metode:

4.2.4.1. Metoda radiografiei;

4.2.4.2. Metoda radioscopiei;

4.2.4.3. Metoda nchiderii liniilor de for ale unui circuit magnetic deschis prin armatura din beton.

4.2.5. Verificarea strii armturilor nglobate n beton determinarea gradului de coroziune al armturii prin msurarea potenialului de electrod al armturii, comparat cu al unui electrod de referin

4.2.6. Verificarea locurilor greu accesibile

4.3. Evaluarea rezistenei materialelor n structurile existente

Capitolul sintetizeaz metodele de investigare (n situ i n laborator) a materialelor elementelor componente structurilor din beton armat, inclusiv a elementelor i structurilor prefabricate.




Metodele care se aplic i zonele n care se fac ncercrile n situ i / sau se preleveaz probe pentru ncercrile de laborator sunt de regul stabilite de ctre experi tehnici n colaborare cu ingineri cu experien n efectuarea investigaiilor n situ i n laborator.

4.3.1. Metode de investigare

Metodele de investigare ale construciilor existente (pentru determinarea caracteristicilor materialelor) trebuie s urmreasc etapele:

Colectarea datelor privind desenele de execuie, informaii privind execuia i istoria construciei;

Corelarea vrstei construciei (inclusiv prin datele din proiect dac acestea exist) cu reglementrile i standardele existente n perioada realizrii structurilor;

Identificarea materialelor i a caracteristicilor acestora prin examinare vizual i efectuarea de teste nedistructive;

Prelevarea de probe reprezentative i efectuarea de ncercri de laborator (mecanice, fizico-chimice, etc.) pentru a determina caracteristicile materialelor din lucrare;

Determinarea adncimii de carbonatare i a coninutului de ioni agresivi pentru beton (n cazuri speciale) i a strii armturii.

4.3.2. Alegerea tipurilor de metode i a zonelor de investigare

Alegerea tipurilor de metode i a zonelor de investigare depind de o serie de factori cum ar fi:

A. Informaiile privind:

proiectul de execuie, calitatea materialelor utilizate, execuia construciei,

modificri suferite n timpul duratei de serviciu,

evenimente deosebite suferite de construcie (aciuni excepionale) i orice alte date referitoare la istoria construciei.

n cazul n care aceste informaii sunt numeroase i cu grad ridicat de ncredere (documente scrise) numrul necesar de metode de investigare se poate reduce.

B. Natura i extinderea avariilor. Cu ct gradul de avariere al construciilor este mai mare, este necesar aplicarea mai multor metode de investigare. De asemenea construciile care au suferit degradri i din alte cauze fa de cele legate de aciunea seismic trebuie investigate cu atenie pentru a face o distincie ntre avariile produse din diverse alte cauze.

C. Calitatea execuiei. n cazul n care se constat diferene ntre calitatea materialelor definite prin proiectare i cele efectiv puse n oper, sunt necesare investigaii suplimentare.

D. Corelarea ntre informaiile obinute analitic i observaiile pe teren. Dac prin calcul nu se confirm degradrile observate, este necesar extinderea investigaiilor.

E. Posibilitile de acces pentru inspecia vizual.

4.4. Investigarea strii structurilor

Investigarea strii structurilor are ca obiect identificarea strii tuturor tipurilor de elemente care alctuiesc construciile ce se doresc a fi examinate.

Un asemenea proces presupune planificarea n detaliu a fiecror pai ce trebuie urmai (diagrama 4.4.1.)

Etapele logice ce trebuiesc fcute pentru o investigaie:

4.4.1. Examinarea vizual a construciei

4.4.2. Determinarea caracteristicilor terenului de fundare

4.4.3. Determinarea caracteristicilor betonului i armturii.




Diagrama 4.4.1.Date iniiale privind construcia

Este necesar o

Vizita preliminaraciune urgent?

NuDa

Planificarea inspeciei

Propunerea programului de inspectare

Inspecie curent

Inspecie extins

Inspecie vizualncercarea

betonului

ncercri curente

ncercarea

armturii

Sunt necesare altencercarea n

Dasitu a structurii

ncercri sau

determinri?

Nu

EvaluareNuSunt necesare i

alte informaii?

Condiii de

evaluareDa

Beton

CapacitateAlegerea modalitii de intervenie

portant

Evaluarea

Evaluareareparaiei

duratei de via

Reabilitare

Estimare

iniialConsolidare

elemente

Consolidare

Este necesar unstructur

raport preliminar?nlocuire

Nu

Da

Nu

A fost completatEvaluarea

interveniei

procesul de evaluare?

DaDa

DaEste necesar

Sunt necesare aciuniextinderea evalurii?

de remediere?

Nu

Nu

Raport final



ing. Cezar CIOCNEL

CAPITOL 5 - UTILIZAREA ADITIVILOR DE NALT PERFORMAN PENTRU REALIZAREA BETOANELOR UTILIZATE LA REPARAREA STRUCTURILOR CLDIRILOR

5.3 Utilizarea aditivilor n betoane

Succesul folosirii unui aditiv impune respectarea tuturor condiiilor de transport, depozitare, manipulare n funcie de natura acestuia i de starea lui de agregare: lichid, past, solid.

Aditivii lichizi sunt cei mai utilizai pentru c ei sunt dizolvai (sau dispersai fin) i se dozeaz uor.

Sunt livrai i depozitai n recipiente, bidoane, flacoane din material plastic i metalice sau n cisterne pentru cantiti mari. Se livreaz la concentraii mai mari dect cele necesare utilizrii i de aceea s-ar putea ca, n timp, s precipite i s sedimenteze substane solide, mai ales n cazul temperaturilor sczute; de aceea, n astfel de cazuri trebuie omogenizai nainte de dozare.

5.3.2. Modul de utilizare al aditivilor

Condiiile de pregtire a aditivilor pentru dozarea i utilizarea lor corect sunt hotrtoare asupra proprietilor betonului. Indiferent de metoda de dozare, precizia n msurare nu trebuie s admit abateri mai mari de 3%. Aditivul bine dozat trebuie s fie bine omogenizat n amestecul preparat.

5.3.3. Incompatibilitatea aditivilor

Folosirea a doi sau mai multor aditivi cu aciuni diferite n acelai amestec de beton, trebuie s fie precedat de cercetri prealabile sistematice. Aditivii pot avea aciuni separate favorabile asupra betonului i s fie incompatibili n aceeai soluie. n acest caz nu se vor amesteca aprioric ci se vor introduce n beton n etape diferite ale amestecrii. Aditivii diferii pot fi amestecai numai dac exist o astfel de indicaie.

Sistemul de dozare se alege n funcie de starea de agregare a aditivului folosind mijloace de dozare volumetrice sau gravimetrice, manuale, semiautomate sau automate. Pulberile minerale se dozeaz n greutate, iar aditivii sub form de past sau lichizi se dozeaz gravimetric sau volumetric.

5.3.4. Prepararea betoanelor cu aditivi

5.3.5. Recomandri pentru utilizarea i dozarea aditivilor

Pentru aceasta se va proceda astfel :

5.3.5.1. Se va pleca de la reeta etalon (fr aditiv), determinndu-se tasarea i apoi se vor preleva cuburi pentru ncercri (7, 28 zile);

5.3.5.2. n aceleai condiii cu reeta etalon (tip ciment, agregate) se va calcula reeta cu aditiv i se vor face urmtoarele determinri :

5.3.5.2.a) Iniial se va reduce numai cantitatea de ap din reeta etalon, funcie de dozajul de aditiv (vezi recomandrile pt. dozare). Se va face tasarea probei dup omogenizare.

5.3.5.2.b) Funcie de dozajul de aditiv se poate reduce cantitatea de ciment (unde este permis), pstrndu-se constant raportul A/C obinut la proba de la pct. 5.3.5.2.a)

ATENIE. Cantitatea de aditiv se va calcula funcie de cantitatea de ciment, prin reducerea cimentului, implicit, se va reduce i cantitatea de aditiv. Dup determinarea lucrabilitii (tasarea) se vor preleva cuburi de beton pentru stabilirea rezistenei la compresiune (Rc) la 7 i 28 zile. Interpretarea rezultatelor se va face prin comparaie cu cele obinute la proba etalon .

Se vor face determinri, pentru fiecare arj, pentru beton proaspt (tasare, densitate). Se vor preleva probe (cuburi) de beton n vederea determinrii rezistenei la compresiune (Rc) la 7 i 28 zile.

Se propune acest lucru deoarece exist astfel un controlul ct mai real al umiditii agregatelor din staia de betoane. n cazul n care se reduce apa i cimentul, cantitile rezultate se vor distribui agregatelor - procentual pe sorturi (fr a depi ncadrarea n curba granulometric impus de gradul de omogenizare).

n final se compar rezultatele.



ing. Cezar CIOCNEL

CAPITOL 6 - TEHNOLOGII PENTRU REPARAREA I / SAU CONSOLIDAREA ELEMENTELOR I

STRUCTURILOR DIN BETON ARMAT

Consolidrile sunt lucrri foarte costisitoare care presupun un consum de for de munc foarte calificat i specializat, ele necesitnd o atenie sporit att din partea beneficiarilor, ct i a personalului tehnic de specialitate.

Realizarea unei consolidri presupune patru etape:

6.1.1 - Evaluarea gradului de asigurare (diagnosticarea);

6.1.2 - Stabilirea deciziei de intervenie (tratamentul);

6.1.3 - Elaborarea proiectului tehnologic de intervenie;

6.1.4 - Executarea lucrrii.

6.2. Tehnologia lucrrilor de protecie a elementelor de beton i beton armat

Alegerea materialului de protecie ct i a tehnologiei de aplicare a acestuia trebuie s aib la baz pe de o parte cunoaterea teoretic a fenomenelor care pot produce degradarea, a proprietilor materialului ales pentru protecie, a comportrii sale n mediul agresiv i a influenei proteciei asupra elementului protejat, iar pe de alta experiena dobndit pe baza practicii n ceea ce privete tehnologia de aplicare a materialului de protecie i comportarea n timp a acestuia.

Pentru realizarea unei alegeri optime a tipului de protecie i a tehnologiei de realizare a ei este necesar s se cunoasc:

cauzele care pot s produc degradarea;

fenomenele fizico-chimice care se dezvolt n materialul din care este realizat elementul de construcie i ce modificri fizico-chimice-mecanice se pot produce n acesta;

factorii care influeneaz procesul de degradare - natura i intensitatea agresivitii, temperatura, umiditatea i presiunea mediului nconjurtor, razele solare, ocurile termice, natura, structura, dimensiunile, forma i natura suprafeei elementului de construcie, timpul de acionare a agentului agresiv, etc.

Realizarea unei protecii trebuie s satisfac minimum, urmtoarele cerine:

s protejeze elementul de construcie de agresivitatea respectiv;

s nu afecteze (n sens negativ) funcionalitatea acestuia; s prezinte un aspect estetic corespunztor (dac este cazul).

6.2.2. Clasificarea proteciilor

6.2.2.1. Tratamente de suprafa

6.2.2.2. Pelicule de protecie

6.2.2.3. Mase de paclu

6.2.2.4. Folii

6.2.2.5. nzidiri i placri

6.3. Tehnologia lucrrilor de consolidare a elementelor din beton i beton armat

Materiale de reparaii

A. Materiale de reparaii pe baz de ciment

A.1. Materiale primare

(a). ciment;

(b). ap;

(c). nisip;

(d). pietri;

(e). aditivi.



Capitol VI - Tehnologii pentru repararea i / sau consolidarea elementelor i structurilor din beton armating. Cezar CIOCNEL

A.2. Materiale pentru reparaii

Pasta de ciment este compus din materialele primare: (a)+(b);

Mortarul de ciment este compus din materialele primare: (a)+(b)+(c); Betonul de ciment este compus din materialele primare: (a)+(b)+(c)+(d)+(e);

B. Materiale de reparaii pe baz de rin epoxidic

B.1. Materiale primare

(a). rin epoxidic;

(b). ntritor rin;

(c). parte solid inert (ciment, filer de cuar);

(d). nisip;

(e). pietri.

B.2. Materiale pentru reparaii

Rina epoxidic este compus din materialele primare: (a)+(b); Chitul epoxidic este compus din materialele primare: (a)+(b)+(c);

Mortarul epoxidic este compus din materialele primare: (a)+(b)+(d);

Betonul epoxidic este compus din materialele primare: (a)+(b)+(d)+(e);

6.3.1. Remedierea fisurilor elementelor de beton i beton armat prin tehnologia lucrrilor de chituire

Fisurile din elementele de beton i beton armat se pot remedia folosind amestecuri pe baza de:

ciment;

rini epoxidice.

6.3.2. Remedierea fisurilor elementelor de beton i beton armat prin tehnologia lucrrilor de injectare

Materialele utilizate pentru injectare sunt:

pasta de ciment,

rin epoxidic, chit epoxidic.

6.3.3. Remedierea defectelor de suprafa a elementelor de beton i beton armat

6.3.3.1.A. Remedierea defectelor de suprafa. Segregri sau pori la suprafaa elementelor de beton remediate cu past de ciment

6.3.3.1.B. Remedierea defectelor de suprafa. Segregri sau pori la suprafaa elementelor de beton remediate cu chit epoxidic

Aceste tehnologii se aplic pentru segregrile de suprafa care au maxim 10 mm adncime.

6.3.3.2.A. Remedierea defectelor n stratul de acoperire a armturilor n elementele de beton cu ajutorul mortarului de ciment

6.3.3.2.B. Remedierea defectelor n stratul de acoperire a armturilor n elementele de beton cu ajutorul mortarului epoxidic

Aceste tehnologii se aplic pentru remedierea defectelor n stratul de acoperire a armturilor (segregri sau desprinderi de beton) care au o adncime ntre 10 i 40 mm.




6.3.4. Consolidarea elementelor de beton armat prin tehnologia betonrii golurilor

6.3.4.A. Consolidarea elementelor de beton armat prin tehnologia betonrii defectelor (segregri, goluri) cu beton de ciment

6.3.4.B. Consolidarea elementelor de beton armat prin tehnologia betonrii defectelor (segregri, goluri) cu beton epoxidic

n unele cazuri, la punerea n lucrare a betonului fr respectarea regulilor specifice, vibrare insuficient, granulozitate greit, fenomene de segregri, rezult caverne i goluri n elemente. Ele pot fi vizibile sau se pot depista cu metode nedistructive. Aceste goluri se rezolv n general prin umplerea lor cu materiale de reparaii pe baz de ciment sau de rini epoxidice

6.3.5. Consolidarea elementelor de beton armat prin tehnologia cmuirilor

Consolidarea reprezint un procedeu de remediere prin refacerea i/sau creterea capacitii portante a elementelor. n funcie de scopul aplicrii procedeului i de tipul de element, cmuirea cu beton armat se poate realiza pe o latur sau pe mai multe, pe toat nlimea construciei sau local la unele niveluri, acest procedeu putnd fi asociat i cu alte tehnologii precum injectarea fisurilor i/sau completri cu beton a golurilor.

6.3.5.1. Consolidarea stlpilor de beton armat prin tehnologia cmuirii;

6.3.5.2. Consolidarea grinzilor de beton armat prin tehnologia cmuirii;

Consolidarea grinzilor de beton armat prin tehnologia cmuirii grinzilor pe trei laturi;

Consolidarea grinzilor de beton armat prin tehnologia cmuirii grinzilor pe patru laturi;

6.3.5.3. Consolidarea pereilor structurali de beton armat prin tehnologia cmuirii.

6.3.6. Alte tehnologii de consolidare a elementelor din beton armat

6.3.6.1. Consolidarea plcilor din beton armat prin suplimentarea armturilor la partea inferioar;

6.3.6.2. Consolidarea plcilor din beton armat prin suplimentarea armturilor i suprabetonare la plci;

6.3.6.3. Consolidarea plcilor din beton armat prin utilizarea profilelor metalice la partea inferioar a plcilor;

6.3.6.4. Consolidarea plcilor din beton armat prin utilizarea tiranilor la panourile de planeu prefabricate;

6.3.6.5. Consolidarea chesoanele prefabricate de beton armat prin suplimentarea reazemelor;

6.3.6.6. Consolidarea grinzilor din beton armat prin suplimentarea armturilor la partea inferioar;

6.3.6.7. Consolidarea grinzilor din beton armat prin utilizarea tiranilor metalici la grinzi;

6.3.6.8. Consolidarea grinzilor din beton armat prin utilizarea cornierelor metalice.

6.3.7. Consolidarea elementelor de beton armat prin utilizarea materialelor compozite din fibra de carbon (CFRP1)

Pentru consolidarea elementelor de beton armat prin utilizarea materialelor compozite din fibra de carbon (CFRP) se pot alege materiale de la diveri productori. S-au ales materialele de la ISOMAT Grecia datorit colaborrii cu acetia n cadrul unui proiect de consolidare. Nu pot de asemenea s nu amintesc de unul dintre cei mai mari productori din lume i furnizori de soluii i anume Sika2.

1 CFRP este abrevierea pentru materialele compozite cu fibr de carbon (CFRP = Carbon Fiber Reinforced Polymer). n normativul romnesc, abrevierea este PAFC (Polimer Armat cu Fibr de Carbon). 2 Sika este prezent pe piaa din Romania sub denumire de Sika Romnia cu sediul n Braov pe str. Ioan Clopoel Nr. 4.




6.3.7.1. Consolidarea stlpilor de beton armat prin materiale compozite pe baz de fibr de carbon (CFRP)

Este posibil ca, n anumite condiii, stlpii unei construcii s prezinte insuficient rezisten sau / i ductilitate, impunndu-se consolidarea lor urgent.

Consolidarea stlpilor se face n urmtoarele situaii:

adaptarea unor construcii vechi la noi reglementari.

mbtrnirea materialelor de construcie i coroziunea armturii.

defeciuni de construcie (de exemplu numr, repartizare i plasament insuficient al etrierilor).

creterea sarcinilor sau schimbarea destinaiei spaiului.

remediere dup seism, etc.

Materiale necesare:

Megawrap-200:estur din fibre de carbon orientate pe o direcie. Dimensiuni

uzuale: (l*h-L) 600*0,11 mm - 50m;

Epomax-Ld:Rin epoxidic bi-component pentru impregnare;

Epomax-Ek (dac este cazul):Past epoxidic;

Megacret-40(dac este cazul):Mortar cu rin pentru reparaii, armat cu fibre disperse.

Nisip cuaros:Conform proiect;

Aceton tehnic:Pentru curarea echipamentelor de lucru, conform proiect

tehnologic.

Utilaje / echipamente minime necesare:

Termometru:1 bucat

Higrometru:1 bucat

Dalt, pi, ciocan:minim 2, 3 seturi

Perie de srm:minim 2 buci

Aparatul Pull-off (dup caz):1 bucat

Compresor:1 bucat

Popi / elemente de susinere (dup caz):Conform proiect tehnologic

Echipament de protecie:mnui, ochelari, etc.

Lucrrile de remediere nu pot ncepe dect dup ndeplinirea urmtoarelor condiii:

temperatura mediului ambiant i a elementului care se remediaz trebuie s fie de minimum +10 grade C n perioada execuiei remedierii i de minimum 7 zile dup executarea acesteia;

umiditatea relativ a aerului s fie de maximum 60% n perioada execuiei remedierii;

temperatura materialelor utilizate s fie de minimum +10 grade C i de maximum +30 grade C;

suprafeele de beton care vin n contact amestecurile pe baz de rini epoxidice s fie uscate;

nisipul cuaros ct i uneltele cu care se lucreaz s fie perfect uscat/uscate;

Vasele i celelalte unelte de lucru se vor cura imediat dup terminarea lucrului.

Operaiile tehnologice sunt urmtoarele:

01 Se realizeaz lucrrile de sprijinire (dac este cazul);

02 Se cur bine suportul de prile slabe (tencuieli, vopsele, grsimi) de pe toate suprafeele laterale ale stlpului; Suprafeele de beton decopertate se cur cu peria de srm (de sus n jos), se sufl cu aer comprimat.

03 Fisurile existente (dac exist) se repar prin injectarea de rin.

04 Colurile exterioare se rotunjesc cu o raz de 10-30 mm.

05 Suprafeele pe care urmeaz s se fac aplicarea trebuie s fie netede. Eventualele reparaii ale netezimii suportului se fac cu mortarul de ciment armat cu fibre Megacret-40 sau cu past epoxidic Epomax-EK.




06 Suprafaa pregtit corect se acoper cu rina epoxidic Epomax-LD. estura Megawrap-200 se taie cu foarfeca la dimensiunile necesare, se aplic cu atenie, bine ntins, pe stratul proaspt de rin i se preseaz meticulos cu un rulou de plastic, pentru un contact bun cu suportul, pentru impregnarea sa i eliminarea bulelor de aer. Dac, n ciuda presrii minuioase, pe estur rmn puncte uscate, aceste puncte vor fi acoperite i pe deasupra cu Epomax-LD, pentru ca toat estura s fie impregnat perfect. La nfurarea stlpilor este necesar suprapunerea capetelor fiei pe 15-20 cm.

07 Dac proiectul prevede mai multe straturi, procedura de aplicare de mai sus se repet. n acest caz va trebui ca stratul precedent de Epomax-LD s nu se fi uscat total, altfel se impune frecarea temeinic a suprafeei naintea unei noi aplicri.

08 Ultimul strat se acoper, de asemenea, cu Epomax-LD i pe stratul nc proaspt se presar nisip cuaros, urmnd ca mai trziu s se acopere cu un strat protector de mortar.

NOT

Eficiena consolidrii se stabilete din raportul laturilor seciunii stlpului (un raport mai mare al laturilor nseamn un coeficient mai mic de eficien), ca i din raza de curbur a colurilor (o curbur mai mare nseamn o eficien mai mare a consolidrii).

Dac se cere verificarea rezistenei suportului, aceasta se face cu aparatul Pull-off.

n multe cazuri, consolidrile prin utilizarea materialelor compozite presupun o pregtire nalt n acest domeniu de cunoatere. Din acest motiv, att experiena aplicatorilor ct i supravegherea atent sunt considerate absolut necesare pentru asigurarea unor intervenii corecte.

O atenie deosebit se va acorda la tierea esturii, pentru a nu produce ndoituri i rupturi n estur. De asemenea, suprafaa esturii trebuie s fie curat atunci cnd se aplic, fr praf, grsimi, etc.

La nfurarea stlpilor nu este necesar suprapunerea a dou fii succesive ntre ele pe nlime. Distana dintre acestea ns nu trebuie s fie mai mare de 10 mm.

Timpul de aplicare a sistemelor epoxidice se reduce o dat cu creterea temperaturii mediului.

Dat fiind faptul c pe timpul dezvoltrii unor temperaturi nalte n construcie (de exemplu n caz de incendiu) eficiena consolidrii se reduce semnificativ, este necesar protejarea exterioar a confinrii de materiale compozite (tencuieli speciale, gips carton, etc.). De asemenea, suprafaa final reparat trebuie protejat i de expunerea la radiaia solar.

Pe timpul aplicrii este necesar utilizarea echipamentului de protecie (mnui, ochelari, etc.).

6.3.7.2. Consolidarea grinzilor de beton armat cu materiale compozite pe baz de fibr de carbon (CFRP) la creterea rezistenei la fora tietoare

Necesitatea creterii rezistenei grinzilor din beton armat la fora tietoare poate s apar n urmtoarele situaii:

Creterea sarcinilor sau schimbarea destinaiei spaiului.

Necesitatea adaptrii unor construcii vechi la noi reglementari.

mbtrnirea materialelor de construcie, coroziunea armaturii sau/i defeciuni de construcie.

Necesitatea remedierii dup seism.

Consolidarea poate fi realizat prin:

Confinri nchise, care mbrac grinda total (fig.6.27.a) sau confinri deschise (fig.6.27.b);

Confinri continue (fig.6.27.c) sau fii pe segmente (fig.6.27.d).

Dei confinrile nchise constituie soluia optim din punct de vederea al comportrii mecanice (fig.6.27.a), lucrul acesta nu este realizabil la cele mai multe grinzi, din cauza existenei plcilor sau altor elemente sprijinite pe acestea, care nu permit nfurarea esturii pe faa superioar a grinzii. n felul acesta, n cazul grinzilor de plac, modul obinuit de consolidare este cel cu material compozit aplicat n forma de U, pe laturile laterale i inferioar a elementului (fig.6.27.b).




fig.6.27.a)fig.6.27.b)

fig.6.27.c)fig.6.27.d)

Operaiile tehnologice sunt urmtoarele

01 Se realizeaz lucrrile de sprijinire (dac este cazul);

02 Se cur bine suportul de prile slabe, tencuieli, vopsele, grsimi, etc., i n continuare se freac bine cu o perie tare.

03 Fisurile existente se repar prin injectarea de rini.

04 Suprafeele pe care se face aplicarea trebuie s fie absolut netede. Eventualele reparaii ale netezimii suportului se fac cu mortar de ciment armat cu fibre MEGACRET-40 sau cu past epoxidic EPOMAX-EK.

05 Suprafaa pregtit corect se acoper cu rina epoxidic EPOMAX-LD. estura MEGAWRAP-200 se taie cu foarfeca la dimensiunile necesare, se aplic cu atenie, bine ntins, pe stratul proaspt de rin i se preseaz meticulos cu un rulou de plastic, pentru un contact bun cu suportul, pentru impregnarea sa i eliminarea bulelor de aer. Dac, n ciuda presrii minuioase, pe estur rmn puncte uscate, aceste puncte vor fi acoperite i pe deasupra cu EPOMAX-LD (pentru ca toat estura s fie impregnat perfect).

06 Dac proiectul prevede mai multe straturi, procedura de aplicare de mai sus se repet. n acest caz va trebui ca stratul precedent de EPOMAX-LD s nu se fi uscat total, altfel se impune frecarea temeinic a suprafeei naintea unei noi aplicri.

07 Ultimul strat se acoper, de asemenea, cu EPOMAX-LD i pe stratul nc proaspt se presar nisip cuaros, pentru ca mai trziu s se poat aplica tencuiala (stratul de finisaj).

NOT

n orice situaie, lipirea optim a confinrii (pregtirea perfect a suportului), ca i ancorarea temeinic (la capete) este condiia esenial pentru realizarea eficienei consolidrii.

Dac se cere controlul rezistenei suportului, acesta se face cu aparatul Pull-off.


O atenie deosebit se va acorda la tierea esturii, pentru a nu produce ndoituri i rupturi n estur. De asemenea, suprafaa esturii trebuie s fie curat atunci cnd se aplic.


Pentru motive de respiraie a elementelor de construcie (pentru evacuarea umezelii ocluse), se recomand ntreruperea continuitii mantalei n lungul elementului de construcie, la fiecare circa 600 mm.

Dat fiind faptul c pe timpul dezvoltrii unor temperaturi nalte n construcie (de exemplu n caz de incendiu) eficiena consolidrii se reduce semnificativ, este necesar protejarea exterioar a confinrii de materiale compozite (tencuieli speciale, gips carton, etc.). Protecia este necesar i n cazul expunerii la radiaia solar.

Pe timpul aplicrii este necesar utilizarea echipamentului de protecie (mnui, ochelari, etc.).




6.3.7.3. Consolidarea grinzilor i plcilor cu materiale compozite pe baz de fibr de carbon (CFRP) pentru creterea rezistenei la ncovoiere

Necesitatea creterii rezistenei la ncovoiere a grinzilor sau plcilor din beton armat poate s apar n urmtoarele situaii:

Creterea sarcinilor sau schimbarea destinaiei spaiului.

Necesitatea adaptrii unor construcii vechi la noi reglementari.

mbtrnirea materialelor de construcie, coroziunea armaturii sau/i defeciuni de construcie.

Necesitatea remedierii dup seism.

Consolidarea rezistenei la ncovoiere a elementelor de construcie din beton armat (grinzi, plci, ziduri mici, etc.) se realizeaz prin lipirea exterioar a materialelor compozite pe talpa elementelor de construcie supuse tensiunii. Pentru aceasta se folosesc n principal lamele industriale din fibre de carbon (Ex: Megaplate), ca i esturi din fire de carbon orientate pe o direcie (Ex: Megawrap-200), care se aplic cu fibrele pe direcia armturii elementului.

Materiale necesare:

Megaplate (dac este cazul):Lamele din fibre de carbon. Dimensiuni uzuale: (l*h) 50*1,2 mm sau

100*1,2 mm. Lungimi: 50, 100, 250m;

Epomax-Pl :Past epoxidic bi-component pentru lipit;

Megawrap-200:estur din fibre de carbon orientate pe o direcie;

Epomax-Ld :Rin epoxidic bi-component pentru impregnare;

Epomax-Ek (dac este cazul):Past epoxidic;

Megacret-40 (dac este cazul):Mortar cu rin pentru reparaii, armat cu fibre disperse;

Nisip cuaros:Conform proiect;

Utilaje / echipamente minime necesare:

Termometru:1 bucat

Higrometru:1 bucat

Dalt, pi, ciocan:minim 2, 3 seturi

Perie de srm:minim 2 buci

Aparatul Pull-off (dup caz):1 bucat

Compresor:1 bucat

Popi / elemente de susinere (dup caz):Conform proiect tehnologic

Echipament de protecie:mnui, ochelari, etc.

Lucrrile de remediere nu pot ncepe dect dup ndeplinirea urmtoarelor condiii:

temperatura mediului ambiant i a elementului care se remediaz trebuie s fie de minimum +10 grade C n perioada execuiei remedierii i de minimum 7 zile dup executarea acesteia;

umiditatea relativ a aerului s fie de maximum 60% n perioada execuiei remedierii;

temperatura materialelor utilizate s fie de minimum +10 grade C i de maximum +30 grade C;

temperatura maxim pe parcursul exploatrii s fie de maximum +50 grade C;

suprafeele de beton care vin n contact amestecurile pe baz de rini epoxidice s fie uscate;

nisipul cuaros ct i uneltele cu care se lucreaz s fie perfect uscate;

Vasele i celelalte unelte de lucru se vor cura imediat dup terminarea lucrului.

Operaiile tehnologice sunt urmtoarele

01 Se cur bine suportul de prile slabe, tencuieli, vopsele, grsimi, etc., i n continuare se freac bine cu o perie tare.

02 Suprafaa pe care urmeaz s se fac aplicarea trebuie s fie neted. Eventualele reparaii ale netezimii suportului se fac cu mortarul de ciment armat cu fibre MEGACRET-40 sau cu pasta epoxidic EPOMAX-EK.




03 n continuare se scoate banda protectoare de pe una din suprafeele lamelei de MEGAPLATE, pe care, cu un paclu, se aplic past epoxidic EPOMAX-PL. Pasta se aplic de aa natur nct surplusul de material s se concentreze spre mijlocul lamelei, nu spre margini.

04 n continuare, lamela se monteaz pe suprafaa curat i se preseaz temeinic cu un rulou de plastic, pentru ca surplusul de past s ias pe margini i s nu rmn aer oclus ntre past i beton. Grosimea total a pastei EPOMAX-PL dup efectuarea presrii trebuie s fie de 0,5-2mm.

05 Dup montarea lamelei pe suprafaa de aplicare se face i un control acustic, cu bti uoare pe profil, pentru descoperirea eventualului aer oclus.

06 n cazul n care este prevzut mbuntirea ancorrii lamelelor la capete, lucrul acesta poate fi realizat prin utilizarea unor fii de materiale compozite (MEGAWRAP-200), care funcioneaz i ca armtur contra forfecrii (fig.6.28).

fig.6.28

NOT

Elementele de construcie care urmeaz a fi consolidate trebuie s fie pe ct posibil libere de sarcini, dat fiind faptul c materialele compozite ncep s lucreze o dat cu creterea deformrii existente.

Sudarea optim a lamelei (pregtirea perfect a suportului), ca i ancorarea sa temeinic (dincolo de zona supus consolidrii rezistenei la ncovoiere) este condiia esenial pentru realizarea eficienei consolidrii.

Se recomand evitarea fragmentarii lamelelor, care oricum nu este necesara, dat fiind disponibilitatea materialelor de lungimi mari. Sunt ns permise intersectrile lamelelor sau esturilor (cu lipirea suprafeelor de contact).

Dac se cere verificarea rezistenei suportului, aceasta se face cu aparatul Pull-off.


Lamelele MEGAPLATE sunt prevzute cu o band special pe ambele fee, care se detaeaz cu puin timp naintea aplicrii, ea asigurnd o suprafa rugoas, perfect curat, pentru o mai bun aderen att a rinii, ct i a acoperirii finale cu mortar.

Pentru verificarea eficienei aplicrii, ar putea fi aplicate 1-2 lamele n plus fa de proiectul de structur, care vor fi controlate dup metoda Pull-off imediat dup uscarea sistemului sau periodic, pe durata de via a consolidrii.


Dat fiind faptul c pe timpul dezvoltrii unor temperaturi nalte n construcie (de exemplu n caz de incendiu) eficiena consolidrii se reduce semnificativ, este necesar protejarea exterioar a sistemului de materiale compozite (tencuieli speciale, gips carton, etc.). Protecia este necesar i n cazul expunerii la radiaia solar.



ing. Cezar CIOCNEL

Capitol7 REABILITAREA STRUCTURILOR DE BETON ARMAT PRIN FOLOSIREA

COMPOZITELOR PE BAZ DE FIBRE DE CARBON


Structurile de beton armat existente n numr mare sunt, multe dintre ele, proiectate corespunztor la aciuni gravitaionale dar avnd o capacitate portant insuficient la aciuni orizontale de tip seism. Aceste structuri au fost proiectate conform standardelor n vigoare la data execuiei lor, standarde care s-au modificat i mbuntit de-a lungul anilor. Multe construcii existente au depit durata de exploatare proiectat fiind nc n exploatare datorit costurilor mari de nlocuire. Normele de proiectare mai vechi nu au inclus msuri antiseismice sau au specificat nivele reduse ale aciunii seismice. Comportarea structurilor proiectate la aciuni gravitaionale este neductil i implicit prezint moduri de distrugere inacceptabile. Proiectarea s-a fcut n scopul realizrii unei rezistene adecvate la aciuni orizontale. Normele recente, pe plan naional i internaional, au nceput s pun accentul pe detaliile de alctuire i armare ale elementelor structurale n scopul comportrii ductile generale n paralel cu asigurarea cerinelor de rezisten.

De asemenea structurile ductile existente, avnd o alctuire i armare bun, se pot comporta deficitar la ncrcri orizontale datorit aciunilor seismice reale mai mari dect cele de proiectare, modificrilor destinaiei cldirilor, factorului de importan, deteriorrilor de durabilitate n timp. S-a observat recent, la cutremurele din Hanshin-Awaji (Kobe, Japonia - 1995) i Kocaeli (Turcia - 1999), c structurile de beton armat existente, proiectate conform normelor mai vechi la ncrcri gravitaionale sau fore seismice reduse, s-au comportat nesatisfctor.

n prezent, proiectarea antiseismic structural a atins un nivel ridicat, oferind o imagine real asupra performanelor de comportare structural. Pe de alt parte, simularea i evaluarea comportrii structurilor existente este n stadiul de dezvoltare prezentnd limitri de siguran n folosirea i aplicarea la un numr larg de tipuri de structuri.

Evaluarea comportrii structurilor existente la aciuni seismice a fost recent luat n considerare. La ora actual, cu excepia Normelor japoneze pentru evaluarea capacitii seismice a cldirilor existente de beton armat i a unor ndrumtoare de proiectare, exist puine specificaii n normative cu privire la determinarea rezistenei la aciuni seismice a construciilor existente. Cteva normative, cum ar fi EUROCODE 8, au nceput s cuprind indicaii pentru reabilitarea i consolidarea structurilor existente.

7.2. Prezentarea programului experimental. Realizarea elementelor experimentale i rezultate experimentale obinute

n cele ce urmeaz, se prezint programul experimental n care s-au folosit materiale FRP1 pentru consolidarea anumitor tipuri structurale de elemente din beton armat:

7.2.1. Consolidarea pe dou direcii la plci prin utilizarea materialelor compozite (FRP);

7.2.2. Repararea grinzilor din beton armat, dup cedarea la fora tietoare prin aplicarea de materiale

FRP;

7.2.3. Armarea stlpilor din beton armat cu CFRP2;

7.2.4. Consolidare cu CFRP a cadrelor din beton armat.

7.2.1. Consolidarea pe dou direcii la plci prin utilizarea materialelor compozite (FRP)

Soluia de consolidare cu materiale FRP a plcilor armate pe dou direcii la ncovoiere are :

avantajul unui montaj rapid ;

dezavantajul unui cost ridicat dar i a unei flexibiliti / rigiditate sczut a materialului care poate cauza o scdere a ductilitii plcilor.

1 FRP este abrevierea internaional pentru materialele compozite armate cu fibr (FRP = Fiber Reinforced Polymer). n normativul romnesc, abrevierea este PAF (Polimer Armat cu Fibr).

2 CFRP este abrevierea pentru materialele compozite armate cu fibr de carbon (CFRP = Carbon Fiber Reinforced Polymer). n normativul romnesc abrevierea este PAFC (Polimer Armat cu Fibr de Carbon).



Capitol VII Reabilitarea structurilor de beton armat prin folosirea compozitelor pe baz de fibre de carboning. Cezar CIOCNEL

7.2.1.1. Program experimental

Betonul preparat a fost conceput pentru a atinge o rezistenta medie la compresiune de 34 N/mm2 dup28 de zile C25/30 (Bc30). Armturile de oel sunt 10 mm din PC 52.

Lamele de GFRP1 i CFRP au fost principalele dou materiale utilizate n acest experiment.

GFRP: Lamele din fibr de sticla (GFRP) de grosime 1,0 mm / strat.

CFRP: Lamele din fibr de carbon (CFRP) de grosime 1,2 mm / strat.

S-a folosit rin epoxidic bi-component pentru amndou tipurile de materiale (GFRP i CFRP) conform specificaiilor productorului.

Proprietile materialelor sunt enumerate n:

tabel 7.2.1.1 (reet beton),

tabel 7.2.1.2 (proprieti oel beton),

tabel 7.2.1.3 (proprietile materialelor de consolidare FRP)

Tabel 7.2.1.1

Nr.Materiale pentru 1 mc deUMCantitate

crtbeton C25/30

1.PietrisKg1.160

2.NisipKg690

3.CimentKg382

4.Raport A/C-0,5

5.Superfluidizantml440

6.Aer agent de antrenareml68,3

Tabel 7.2.1.2

DiametrulLimita deRezistenaRezistenaAlungirea lancercarea la ndoire la rece

Nr.Marcacurgereminim la

nominalde calculrupereUnghiul deDiametrul

crt.de oeltraciune

ndoiredornului

[mm][N/mm2][N/mm2][N/mm2][%]grade

1.PC 5210355300510201803 d

Tabel 7.2.1.3.

GrosimeRezistena laModulul elastic

Tiptraciune

[mm][N/mm2]

[N/mm2]

Banda CFRP1,22.800163.000,0

Banda GFRP1,060026.130,0

Plci din beton armat pentru test

Plcile testate au avut forma unui ptrat de latur 1.900 mm i 150 mm grosime. Au fost realizate ase

(6) plci din care dou au fost folosite ca exemplare de control (neconsolidate) i anume:

Ref-0,35% cu raportul de armare de 0,35%;

Ref-0,50% cu raportul de armare de 0,50%.

Cele patru (4) plci consolidate folosind benzi FRP au fost numite dup materialul folosit i procentul de armare astfel:

CFRP

CFRP-0,35% avnd raportul de armare de 0,35%;

CFRP-0,50% avnd raportul de armare de 0,50%.

GFRP

GFRP-0,35% avnd raportul de armare de 0,35%;

GFRP-0,50% avnd raportul de armare de 0,50%.

1 GFRP este abrevierea internaional pentru materialele compozite armate cu fibr de sticl (GFRP = Glas Fiber Reinforced Polymer). n normativul romnesc abrevierea este PAFS (Polimer Armat cu Fibr de Sticl).




Plcile testate au fost simplu sprijinite de-a lungul celor patru margini avnd colurile libere pentru a se putea ridica. Au fost ncrcate axial, prin intermediul unui stlp ptrat, de latura 250 mm i nlimea de 850 mm. Dispunerea i armarea plcii testate este prezentat n fig. 7.2.1.1.

fig. 7.2.1.1.afig. 7.2.1.1.b

7.2.1.2. Procedura de consolidare

Exemplarele de control, Ref-0,35% i Ref-0,5%, au fost testate pentru a estima capacitatea i caracteristicile tipice ale mostrelor neconsolidate. Mostrele au fost ncrcate la jumtate din sarcina final corespunztoare plcii de referin.

Modul de realizare a consolidrii

Suprafeele plcilor care s-au consolidat, ct i cea a materialelor de consolidare (FRP) s-au curat cu grij prin eliminarea prafului i a materialelor fine, conform specificaiilor productorului. A fost aplicat o rin epoxidic compus din dou pri (EPOMAX-PL), dup ce-a fost bine omogenizat prin malaxare, pe suprafaa betonului precum i pe suprafaa materialului FRP. Apoi, materialele FRP s-au aezat pe suprafaa cu rin epoxidic a plcii de beton. Materiale de consolidare (FRP) au fost dublate la ambele capete chiar nainte de zona de sprijin i numai la partea de jos (ntins) a plcii pe o lungime de 60 mm (fig. 7.2.1.1). Aceste straturi transversale de benzi (FRP) s-au legat la sfritul materialului (FRP) ca o ncercare de a reduce dezlipirea materialelor.

7.2.1.3. Rezultate experimentale

Rezultatele testelor includ msurtori ale capacitii sarcinii finale, caracteristicile de deformare i deformarea armturilor. De un interes deosebit n studiul curent este capacitatea final a fiecrei plci testate. Consolidarea plcilor a artat o cretere a capacitii de ncrcare, comparativ cu elementele de referin. Plcile CFRP-0,35% i GFRP-0,35% au artat o cretere de circa 31% i respectiv circa 28%, la capacitatea de ncrcare maxim n comparaie cu cea a elementelor neconsolidate REF-0,35%. n plus, plcile CFRP-0,50% i GFRP-0,50% au artat o cretere de circa 27% i respectiv 20,48%, din capacitatea maxim de ncrcare n comparaie cu cea a elementului neconsolidat, REF-0,5%.

Se prezint capacitatea maxim a fiecrei plci testate (Tabelul 7.2.1.4)Nr.Denumire mostraPmaxcretere

Crt.(kN)%

1.REF - 0,35%2500

2.CFRP - 0,35%36130,75

3.GFRP - 0,35%34527,54

4.REF - 0,50%3300

5.CFRP - 0,50%45026,67

6.GFRP - 0,50%41520,48

7.2.1.4. Rezumat i concluzii

Plcile consolidate cu benzi de CFRP au demonstrat o cretere medie de sarcin, ducnd la o cretere a capacitii maxime de aproximativ 31% peste cea a plcii de control. Consolidarea plcilor cu materiale GFRP au demonstrat o cretere medie a capacitii maxime de ncrcare de aproximativ 28% fa de cea a plcii de control neconsolidat.




7.2.2. Consolidarea / repararea grinzilor din beton armat, dup cedarea la fora tietoare prin aplicarea de materiale compozite (FRP)

Scopul acestei cercetri este de a observa experimental modul de lucru al materialelor compozite la grinzile din beton armat deteriorate i comportarea acestora dup reparare.

7.2.2.1. Realizarea experimental

Specificaii grinzi

Patru grinzi cu dimensiuni identice (2.440x150x100 mm), din aceeai marc de beton i avnd acelai tip de armare, au fost realizate conform figurii 7.2.2.1.

S-a folosit o armare insuficient la fora de forfecare astfel nct s avem daune semnificative, din forfecare, atunci cnd sunt suprancrcate.

Grinzile au fost ncrcate treptat pn la distrugere, care a corespuns unei fore n medie de 39 kN, ca sarcin total. Daune din fora de forfecare au aprut la un capt al grinzii, cealalt parte a rmas relativ intact. Deschiderea fisurilor de forfecare au fost, n medie, de aproximativ 25 mm i a fost observat o pierdere semnificativ de beton. Acest lucru este normal pentru distrugerea la fora de forfecare observate dup solicitarea din cutremurele de pmnt.

fig. 7.2.2.1.

7.2.2.2. Procedura de consolidare a grinzilor la for tietoare.

Patru metode diferite pentru reparare se aplic dup cum urmeaz:

Grinda 1 este reparat prin metoda elementelor metalice, jug din oel. Trei (3) juguri din oel constnd din tije filetate (2 buci) avnd diametrul de 10 mm dispuse pe ambele laturi ale grinzi sunt prinse cu ajutorul a dou plci din oel dispuse deasupra, respectiv dedesubtul grinzii, prin care trec tijele care se strng de plcile metalice cu ajutorul unor piulie.

Grinda 2 este reparat prin metoda benzilor CFRP. Benzile CFRP au o lime de 80 mm i grosime de 1,2 mm i sunt lipite la 45 grade nclinare n zona predispusa la fisurare din fora de forfecare pe ambele laturi ale grinzii. Distanta dintre benzile CFRP pe direcia orizontal: 110 mm.

Grinda 3 este reparat prin confinare cu estur GFRP. Se aplic cinci (5) straturi peste zona fisurat din fora de forfecare cu orientare pe vertical a fibrelor. Limea acestei esturi: 600 mm.

Grinda 4 este reparat prin confinare cu estur. Se aplic cinci (5) straturi peste zona fisurat d

fibra de carbon lucrare

Documents