lucr02_rezistentaintindere

Lucrare de laborator nr.1 – Rezistența la compresiune a betonului

2. Rezistența la întindere a betonului

2.1 Introducere

După studiul acestei lucrări studenții trebuie să posede cunoștințe despre mecanismul de cedare a betonului sub tensiuni de întindere, domeniul de aplicarea al metodelor utilizate pentru determinarea rezistenței la întindere a betonului, terminologia utilizată în standardele europene de încercări pe beton întărit. De asemenea trebuie să cunoască epruvetele și aparatura utilizată la încercări, procedura de lucru și modul de calcul al rezultatului obținut la încercări.

2.2 Considerații privind rezistența la întindere

Betonul este

a) b)

Fig. 2-1 – Mecanismul ruperii la întindere uniaxială a) concentrarea de tensiuni de întindere la vârful unui gol de formă eliptică într-un material fragil b) variația concentrării de tensiune de întindere la vârful unei microfisuri sau defect în beton

| 1

Prof. Bărbuță Marinela Conf. Corobceanu Vladimir Asist. Roșca Bogdan

2.2.1 Natura cedării la întindere

In practica construcțiilor determinarea rezistenței la compresiune pe serii de epruvete se află la baza stabilirii clasei de rezistență a betonului. Clasa betonului face parte dintr-o serie de indicatori tehnici prin care urmărește calitatea producției de beton și a execuției lucrărilor de beton. Calitatea producției de beton și execuției lucrărilor de beton se face și prin îndeplinirea unor criterii de conformitate pentru rezistența la compresiune (06). Clasa betonului are la bază valoarea rezistenței caracteristice fck a betonului determinată pe epruvete standardizate, cilindri sau cuburi, la vârsta de 28 zile de la turnare. Rezistența caracteristică a betonului se determină prin calcul probabilistic pe serii de rezultate obținute pe epruvete de beton în condiții standard. Calculul probabilistic al rezistenței caracteristice se va vedea lucrarea practică nr. 8. Rezistența caracteristică a betonului și clasa betonului se exprimă în N/mm2 sau MPa, v. Tabel 2-1. Conform EN 206-1 clasele de beton inclusiv egale cu 50 MPa reprezintă domeniul betoanelor de rezistență normală iar cele peste 50MPa constituie betoanele de înaltă rezistență.

Rezistența la compresiune este folosită și ca indicator pentru determinarea altor proprietăți mecanice ale betonului. De-a lungul deceniilor, începând cu studiului sistematic al betonului au fost elaborate relații analitice între diversele proprietăți mecanice ale betonului. Relații analitice de legătură ce calculează rezistența la întindere a betonului și modulul de elasticitate funcție de rezistența la compresiune sunt date date în (05).

Tabel 2-1- Scara de clase de beton standardizate conf. EN 206-1 (07)

f ckcil(MPa) 8 12 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80 90 100

f ckcub(MPa) 10 15 20 25 30 37 45 50 55 60 67 70 85 95 105 115

2.3 Rezistența la întindere axială

2.3.1 Principiu

2.3.2 Forme de epruvete

2.3.3 Aparatura de încercare

2.3.4 Rezultate și comentarii

2


2.4 Rezistența la întindere prin încovoiere

Incercarea este utilizată la stabilirea rezistenței betonului cu aplicații la controlul conformității în domeniul drumurilor, autostrăzilor, pistelor de rulare în aeroporturi, etc. In mod obișnuit rezistența la întindere prin încovoiere se determină la 28 de zile dar poate fi determinată și mai devreme la 3 și 7 zile atunci când rezistența este necesară în relații de calcul sau se dorește cunoașterea rezistenței betonului mai devreme de intervalul standard.

2.4.1 Forme, dimensiuni și toleranțele epruvetelor

Rezistența la întindere prin despicare se determină pe epruvete standard de formă prismatică. Dimensiunile standard ale prismei sunt 100x100x500mm. În anumite situații în lipsa unor epruvete standard se acceptă determinarea rezistenței betonului pe capete de prismă. Odată turnată o prismă se poate vorbi de fețe turnate aflate în contact cu tiparul și fața de turnare care se află în contact cu aerul atmosferic, v. Fig. 2-2. Dimensiunea nominală, d, este folosită pentru descrierea dimensiunilor standard ale epruvetelor (3). Dimensiunea nominală se exprimă în mm și reprezintă latura cea mai mică a epruvetei între două fețe turnate. Dimensiunea desemnată este dimensiunea selectată și declarată de utilizator dintre domeniile admise ale dimensiunilor nominale. Fețele turnate sunt fețele care s-au aflat în contact cu tiparul, iar fața de turnare este fața mai rugoasă care s-a aflat în contact cu aerul în timpul întăririi betonului.

O condiție obligatorie la alegerea dimensiunii oricărei epruvete este raportul dintre dimensiunea nominală și dimensiunea maximă a agregatului, care trebuie să fie mai mare sau egal cu 3,5.2.4.1.a Epruvete

Dimensiunile nominale d care pot fi selectate la confecționarea epruvetelor și toleranțele lor sunt date în Fig. 2-2. Dimensiunea d1 este distanța de la fața de turnare la fața inferioară în sensul de turnare a betonului, iar d este distanța dintre fețele turnate.

Dimensiuni d (mm) 100 150 200 250 300

Tolerențe dimensionale pentru:- d - ±0,05%- d1 - ±1%- perpendicularitate - ±0,5mm- liniaritate a suprafeței în contact cu

rolele de oțel- ±0,2mmFig. 2-2 – Epruvetă de tip prismă; dimensiuni nominale, după (01)

Conform SREN 12390-1, toleranța de liniaritate se referă la fața potențială de contact cu rolele de încărcare sau sprijinire. Toleranța de perpendicularitate se referă la părțile laterale ale epruvetei față de baza de turnare.

Acolo unde dimensiunile sau formele epruvetelor nu sunt conforme cu cerințele din

| 3


SREN 12390-1 (Fig. 2-2), deoarece nu se încadrează în tolerențe, acestea trebuie să fie respinse sau ajustate după cum urmează:

- suprafețele neregulate trebuie nivelate prin șlefuire;- abaterea unghiurilor trebuie să fie corectată prin tăiere și/sau șlefuire.

2.4.1.b Tipare Tiparele se confecționează conform SREN 12390-1. Tiparele menționate de SREN 12390-

1 sunt tipare calibrate și tipare de unică folosință. Condiția generală este ca materialul să fie impermeabil, neabsorbant, nereactiv cu betonul și suficient de rigid a. î. să nu se deformeze în exploatare. Informații despre tiparele calibrate conform SREN 12390-1 sunt date la lucrarea nr. 1 despre rezistența la compresiune sau în (01)

2.4.2 Pregătirea și condiții de păstrare ale epruvetelor

Pregătirea și păstrarea epruvetelor se face conform SREN 12390-2. Informații despre pregătirea, păstrarea și transportul epruvetelor sunt date în (02) sau în lucrarea nr. 1 despre rezistența la compresune a betonului.

2.4.3 Principiu

Epruvetele prismatice sunt supuse unui moment de încovoiere M prin aplicarea unei sarcini prin rolele de acționare (superioare) și rolelor de sprijinire (inferioare). La rupere se înregistrează forța maximă Fmax și se calculează rezistența la întindere la încovoiere fc,f . La calcul lui fc,f se consideră ipotezele de calcul la încovoiere din teoria rezistenței materialelor.

Schemele de încărcare accepate pentru determinarea rezistenței la întindere prin încovoiere sunt date în Fig. 2-3.

a) b)

Fig. 2-3 – Scheme de încărcare a epruvetei de încercat a) încărcare în două puncte b) încărcare în punct central

2.4.4 Aparatura de încercare

Presa folosită la încercări trebuie să satisfacă cerințele formulate în partea a 4-a a standardului SR-EN 12390. O cerință importantă cu privire la securitatea muncii în timpul lucrului la presă este cea referitoare la existența panoului de comandă separat de corpul presei.

Dispozitivul pentru aplicarea încărcării trebuie să fie alcătuit 2 role de rezemare (2 și 3 în

4


Fig. 2-3) și două role superioare susținute de un braț transversal articulat (1 în Fig. 2-3), care împarte încărcarea aplicată de mașină egal între cele două role.

Toate rolele trebuie să fie fabricate din oțel și trebuie să aibă o secțiune transversală circulară cu un diametru de la 20mm până la 40mm. Acestea trebuie să fie mai lungi cu cel puțin 10mm decât lățimea epruvetei de încercat. Trei dintre rolele de oțel ( 1 și 3 Fig. 2-3) trebuie să fie capabile să se rotească liber în jurul axelor lor și să fie înclinate în plan perpendicular pe axa longitudinală a epruvetei de încercat.

Distanțele dintre axele rolelor de reazemare și rolelor de aplicare a încărcării sunt prezentate în Fig. 2-3. Toate rolele trebuie să fie reglate pe pozițiile prezentate în Fig. 2-3 cu o precizie de ±2mm.

2.4.5 Procedura de încercare

Procedura de încercare constă într-o succesiune de etape care trebuie respectate la încercarea fiecărei epruvete. Procedura prezentată în continuare este procedura standard conf. EN 12390-5.

i) Stabilirea dimensiunilor epruvetei. Se face prin verificarea toleranțelor dimensionale conforme cu fiecare tip de epruvetă.

Dacă toleranțele se respectă atunci dimensiunea selectată a epruvetei se ia egală cu dimensiunea nominală. Dacă dimensiunile sau forma epruvetelor de încercat depășesc toleranțele dimensionale atunci se poate proceda în unul din următoarele moduri:

- se elimină epruveta din seria de încercări;- se ajustează epruveta de încercat;- se aplică o procedură specială de măsurare a dimensiunilor epruvetei.

ii) Pregătirea și poziționarea epruvetei în mașina de încercareEpruveta se așează într-o poziție centrată față de axul presei. Poziționarea epruvetei în

mașina de încercare se face ținând cont de de ghidajele marcate pe platanul inferior. Existența ghidajelor pe platanul de așezare a epruvetei sunt o cerință normativă (04). În cazul cuburilor epruveta se așează cu fețele turnate în contact cu platanele presei.

iii) Aplicarea forțeiForța se aplică crescător și continu fără șoc cu o viteză constantă de creștere a

tensiunilor în epruvetă cuprinsă în (0,04 – 0,06) N/mm2sec până la rupere. Se înregistrează forța maximă de pe cadranul presei. In cazul în care ruperea are loc în afara rolelor de încărcare, situația se raportează.

Viteza de încărcare necesară la mașina de încercare este dată de formula:

( 2-1) R=s ∙ d ∙ d1L

Unde:R - viteza de încărcare necesară, N/sec;s - viteza de aplicare a efortului, în MPa/sec;d și d1 – dimensiunile laterale ale epruvetei, în mm;

| 5


L – distanța dintre rolele inferioare (reazeme), în mm.

iv) Verificarea tipului de cedare a epruveteiRezultatul încercării se ia în considerare dacă forma epruvetei la cedare este conformă,

satisfăcătoare și nu prezintă fisuri anormale. Toate cele patru fețe expuse sunt fisurate aproximativ egal, în general cu deteriorare mică la fețele în contact cu platanele. Nu se admit fisuri pe fețele în contact cu platanele cu excepția zonelor învecinate decât cu muchiile epruvetei.

Cea mai importantă cauză care duce la cedarea nesatisfăcătoare a epruvetelor de beton este plasarea excentrică a epruvetelor pe platanul presei.

v) Exprimarea rezultatelorPentru determinarea rezistenței la compresiune se face ipoteza că eforturile pe

secțiunea transversală perpendiculară pe direcția forței de compresiune sunt constante.

( 2-2) f cf=F ∙ l

d1 ∙ d2

unde:f cf - rezistența la întindere prin încovoiere

F – încărcarea maximă în newtonil – distanța între rolele de reazem

σ

Rezistența la compresiune este dată de ecuația:

( 2-1)

f c=FAc

unde fc – este rezistența la compresiune, în MPa (N/mm2);F – este sarcina maximă la cedarea epruvetei, în N;Ac – secțiunea transversală a epruvetei în mm2 pe care acționează forța de compresiune,

calculată din mărimea desemnată a epruvetei.Rezultatul raportului de mai sus se rotunjește la cel mai apropiat 0,5MPa (N/mm2).vi) Intocmire raport de încercareIn cazul fiecărei încercări se întocmește un raport de încercare în care sunt date detalii

ale încercării. Raportul de încercare trebuie să cuprindă [3]:a) identificarea epruvetei de încercat;b) dimensiunile desemnate ale epruvetei sau dimensiunile reale;c) starea suprafeței epruvetei în momentul încercării;

6


d) detaliile ajustării prin polizare/acoperire;e) data încercării;f) sarcina maximă la cedare, în KN;g) rezistența la compresiune a epruvetei, în MPa;h) cedarea nesatisfăcătoare cu menționarea tipului cel mai apropiat;i) orice abatere de la metoda standard de încercare;j) o declarație de la persoană responsabilă d.p.d.v. tehnic pentru încercare;k) masa epruvetei;l) densitatea aparentă a epruvetei, rotunjită până la cel mai apropiat 10 kg/m3;m) starea epruvetei la recepție;n) condițiile de conservare până la recepție;o) timpul încercării (dacă este cazul);p) vechimea epruvetei la momentul încercării.

Prin efectuarea încercărilor trebuie introduse cât mai puține erori. Încercările trebuie efectuate cu o anumită fidelitate.

2.5 Rezistența la întindere prin încovoiere

Pe lângă factorii ce țin de compoziția amestecului, de procesele tehnologice și de condițiile de păstrare a epruvetelor la care se adaugă factorii de mediu, condițiile de testare a epruvetelor constituie o serie de factori ce pot influența valoarea rezistenței la compresiune.

2.5.1 Epruvete și aparatură

Dimensiuni

d, mm 100 113 150 200 250 300

Toleranțe dimensionale pentru:- d - ±0,05%- h - ±5,0%- planitate – 6d x 10-4 mm - perpendicularitate - ±0,5mm

Fig. 2-4 – Epruvetă de tip cilindru; dimensiuni nominale, după (01)

i) Cu tensiuni de contact (tensiuni de frecare)Modul acesta de testare constituie modul standardizat de testare pentru încercarea la

compresiune. Fețele platanelor se află în contact direct cu fețele epruvetei. La interfața dintre platane și epruvetă i-au naștere tensiuni de frecare (de contact) a căror valoare cresc cu creșterea forței aplicate. Valoarea maximă a tensiunilor de frecare este la interfața dintre epruvetă și platan și scad către centrul epruvetei. Tensiunile de frecare se transmit în structura epruvetei sub un unghi, specific materialului, în cazul betonului cuprins între 60o-80o Modul de

| 7


cedare al epruvetei la încercarea standard ce include frecarea dintre platane și fețele epruvetei este dată în Fig. 2-7a. Cedarea epruvetei se va iniția prin fisurarea zonelor laterale urmată de cedarea părții interne odată cu creșterea forței de compresiune aplicate.

ii) Fără tensiuni de contact (fără frecare)Influența tensiunilor de frecare poate fi micșorată până aproape de zero prin diverse

tehnici de lucru cum ar fi interpunerea unui strat de lubrifiant între epruvetă și platane. In acest caz influența platanelor asupra stării de tensiune și deformație a betonului epruvetei este mult diminuată. Lubrifiantul se introduce între două folii de polietilenă pentru a evita contactul cu platanele presei și cu fețele epruvetei. Fisurile, care conduc la cedarea epruvetei, se formează la valori mai mici ale forței de compresiune și sunt paralele cu forța aplicată. Modul de cedare al epruvetei la încercarea de compresiune fără frecare este dată în Fig. 2-7b.

In cazul epruvetelor cilindrice, ținând cont de unghiul de propagare a tensiunilor de frecare, efectul frecării nu se mai resimte pe zona centrală a înălțimii a. î. cedarea epruvetei este caracteristică încercării fără frecare.

2.5.2 Principiu

Viteza de aplicare a forței respectiv rata de creștere a tensiunilor în epruvetă poate influența valoarea rezistenței la compresiune a betonului în special pentru betoanele de rezistență normală. Concluzii asupra acestui fapt au fost publicate încă din anii 70 ai secolului trecut (10). În Fig. 2-5 sunt prezentate curbe tensiune deformație σ-ε pentru diverse viteze de aplicare a încărcării. Se observă că, față de încercările unde durata de timp este mai mare, pentru viteze mari care duc la un timp de încercare mai redus se obțin valori mai mari pentru tensiuni și implicit pentru rezistența la compresiune.

a) b)

Fig. 2-5 – Scheme de încărcare a epruvetei de încercat a) încărcare în două puncte b) încărcare în punct central

Insăși pentru încărcările de scurtă durată viteza de aplicare a încărcării are influență asupra rezistenței la compresiune. Astfel standardul european 12390-3 reglementează viteza de creștere a tensiunilor în intervalul (0,4 – 1) N/mm2sec pentru încercările la compresiune de scurtă durată.

8



Rezistențele la compresiune ale betonului determinate pe epruvete de formă diferită ce conțin beton cu aceleași caracteristici compoziționale, realizate și păstrate în aceleași condiții, sunt diferite. Considerând trei epruvete standardizate de forme diferite cub, cilindru și prismă rezistențele la compresiune scad odată cu creșterea raportului înălțime lățime epruvetă. Dacă se urmăresc valorile din Tabel 2-1, se observă că rezistența la compresiune pe cub este mai mare decât rezistența pe cilindru. Raporul fcil/fcub este situat în jurul valorii de 0,8. Scăderea rezistenței la compresiune odată cu creșterea raportului h/d este prezentată pentru același tip de epruvetă, cilindrică în Fig. 2-6 Se observă că pentru un raport h/d=2 valoarea rezistenței la compresiune este cel mai puțin influențată de acest raport.

Fig. 2-6 – Influența raportului h/d asupra rezistenței la compresiune pe cilindru

Epruvetele de aceeași formă dar dimensiuni diferite prezintă rezistențe la compresiune diferite. In Tabel 2-2 sunt prezentați coeficienți de corecție pentru transformarea unei valori a rezistenței la compresiune față de rezistența obținută pe epruveta standard cu dimensiunea nominală de 200mm.

Tabel 2-2 – Coeficienți de corecție rezistență la compresiune

Latura epruvetei (mm) 100 150 200 300

Coeficient corecție 0,90 0,95 1,00 1,10

2.6 Rezistența la întindere prin despicare

| 9


2.6.1 Epruvete și aparatură

a)

Fig. 2-7 – Dispozitive de fixare pentru epruvete la despicare a) cilindrice

b) prismatice

b)

2.6.2 Schema de încărcare


( 2-3) f c=2 ∙Fπ ∙d ∙ l

2.7 Bibliografie

01. SR-EN 12390-1 Formă, dimensiuni și alte cerințe pentru tipare și epruvete. 02. SR-EN 12390-2 Pregătirea și modul de păstrare a epruvetelor pentru încercări de

rezistență. 03. SR-EN 12390-3 Încercări pe beton întărit. Rezistența la compresiune a epruvetelor. 04. SR-EN 12390-4 Rezistența la compresiune. Caracteristicile mașinilor de încercare. 05. SR-EN 1992-1-1 Proiectarea structurilor de beton. Reguli generale și reguli pentru

clădiri. 06. NE 012-1: 2007 Cod practică pentru executarea lucrărilor din beton, beton armat și

beton precomprimat. Partea 1: Producerea betonului. 07. SREN 206-1 Beton Partea 1: Specificație, performanță, producție și conformitate. 08. Lucrări Practice de beton, beton armat și beton precomprimat. Iași, Romania:

10


Institutul Politehnic Iași.09. Influența excentricității la încercarea la compresiune a epruvetelor de beton asupra

modurilor de cedare. Raport intern de cercetare BMTO-RIC001/2010. 10. Rusch A. Journal ACI, Vol. 57, Nr.1, 1960. 11. Indrumător laborator de beton și beton armat, Clipii T., Toma A., Tudor A., s.a.,

Institutul Politehnica din Timișoara, 1980. Timisoara.

| 11

lucr02_rezistentaintindere

Documents