math in constr

Beton

Materiale de constructii

Studiul materialelor pentru construcii n ceea ce privete materia prim, tehnologiile de fabricaie, caracteristicile structurale n corelaie cu proprietile fizice i mecanice i n primul rnd cu domeniile optime de folosire, este indispensabil activitilor de proiectare i execuie a unei construcii.Cunoaterea terminologiei este obligatorie pentru evitarea erorilor n interpretarea unor caracteristici sau a unor valori experimentale ce ar putea avea urmri asupra durabilitii[footnoteRef:1] construciilor. [1: Durabilitatea unui material de construcii definete calitatea acestuia de a nu-i schimba proprietile sub aciuni mecanice i a agenilor fizici i chimici la care sunt supuse.]

Alegerea unui material pentru construcii, corespunztor domeniului de utilizare se va face pe criteriul proprietilor chimice, fizice i mecanice[footnoteRef:2]. [2: Valoarea care exprima o proprietate a unui material de construcii, ce constituie criteriul de folosire a acestuia ntr-un domeniu, se numete caracteristic tehnic a materialului.]

Caracteristicile tehnice ale materialelor se determin prin analize[footnoteRef:3] i ncercri de laborator. [3: Analiza const n descompunerea materialului n prile constituente i poate fi calitativ (care sunt constituenii) i cantitativ (proporia componenilor).ncercarea const n supunerea materialului, cu structur i compoziie nemodificate, la aciuni mecanice, fizice i chimice pentru determinarea comportrii la aceste aciuni.]

ncercrile i analizele se execut pe probe extrase din material i n cazul cnd probele se confecioneaz n buci cu form geometric regulat se numesc epruvete sau cnd se extrag dintr-un element de construcie deja executat se numesc carote.

1.1. Macrostructura materialelorMaterialele pot avea o structur unitar la un volum suficient pentru realizarea unui element de construcii dar n majoritatea cazurilor au o macrostructur compozit, rezultat din componeni de diferite forme (fig. 1.1). Fig. 1.1. Componeni ai structurii compoziiei

a - particule (granule) - corpuri de form neregulat cu dimensiunile cuprinse ntre 0,2...150 mm (nisip, pietri etc.); b - pulberi - particule cu dimensiuni foarte mici - reacionabile chimic sau inerte (ciment, ipsos, trass);c - buci - corpuri de form geometric regulat - prisme n mod obinuit (crmizi, corpuri pentru zidrii sau drumuri etc.);d - fibre, fire, bare - corpuri cu dou dimensiuni aproximativ egale i mult mai mici dect a treia, cu o comportare elastic;e - laminate - bare rigide cu seciune constant; f - plci - corpuri rigide cu dou dimensiuni aproximativ egale i mult mai mari dect a treia - grosimea - (plci pentru pardoseli, faian, placaje etc.);g - foi - plci de grosime foarte mic i elastice (cartoane, table, folii din plastic etc.). Prin aglomerarea sau unirea materialelor pot rezulta elemente de construcii cu aspect unitar, cum ar fi:

- betoane, mortare - rezultate din aglomerarea granulelor; - zidrii, pardoseli - rezult din Iegarea bucilor;- hidroizolaii, tapete - realizate din foi etc. Fibrele, firele, granulele i pulberile nelegate (neaglomerate) formeaz materialele n grmad (vrac).

1.2. Caracteristici fiziceDensitiDensitatea reprezint masa unitii de volum. (l.l)Funcie de modul n care este considerat volumul Vx, corespunztor masei m a materialului, densitatea poate fi:- densitate absolut - sau real () corespunztoare volumului real (Vr) reprezentat de materialul lipsit de pori (alctuit numai din particule constituente);- densitatea aparent (a) - corespunztoare volumului ocupat de un material unitar n spaiu (alctuit din particulele constituente i volumul porilor cuprini n structur);- densitatea n grmad - determinat de volumul de grmad (Vg) care reprezint volumul ocupat ntr-un volum cunoscut de materialul granular. Densitatea reprezint una din cele mai importante caracteristici fizice ale materialelor pentru construcii, permind aprecieri globale cu privire la alte caracteristici tehnice. In activitatea de proiectare, specific activitii arhitecilor, densitile aparente i n grmad permit aprecierea greutii proprii a elementelor de construcii .

1.3 . Caracteristici de structurStructura materialelor, sub aspectul repartiiei materiei solide, a porilor i a golurilor, se exprim prin: compactitate[footnoteRef:4], porozitate[footnoteRef:5] i volum de goluri[footnoteRef:6]. [4: Compactitatea (c) reprezint proporia n care volumul aparent (Va) al materialului este ocupat de volumul constituenilor (Vr).] [5: Porozitatea (P) reprezint proporia n care volumul porilor ocup volumul aparent al unui corp solid i poate fi aparent sau deschis cnd este alctuit din pori deschii (ce comunic cu exteriorul) i nchis cnd este constituit din pori ce nu comunic cu exteriorul.] [6: Volumul de goluri (Vgol) reprezint proporia cu care volumul spaiilor libere dintre granule particip la formarea volumului n grmad a unui material granular.]

(1.2)Compactitatea este n relaie direct cu rezistenele mecanice, care ar trebui s fie cu att mai mare cu ct este mai mare compactitatea aceluiai material.C+P = 1 C % + P % = loo% (13)Porozitatea i n special porozitatea aparent, sunt n relaii inverse cu durabilitatea unui material; cu ct porozitatea aparent este mai mare cu att rezistenele mecanice sunt mai mici iar rezistena la factorii de mediu mai redus dar cu ct porozitatea nchis este mai mare cu att capacitatea de izolaie termic este mai bunVolumul de goluri este important la alctuirea materialelor ce rezult din aglomerarea granulelor - betoane i mortare.Granulozitatea[footnoteRef:7] se determin printr-o analiz granulometric printr-un proces de cernere i fragmentare a materialului granular n sorturi. [7: Granulozitatea exprim coninutul relativ de granule de diferite dimensiuni al unui material granular.]

Granulozitatea se exprim grafic prin curba de granulozitate (fig. 1.2). EMBED MSGraph.Chart.8 \s Fig.l.2. Curba de granulozitatePentru ca un material granular s formeze un schelet cu volum de goluri minim, este necesar ca volumul de goluri creat de granulele mari s fie ocupat de granule mai mici i aa mai departe.1.4. Comportarea materialelor la aciunea apei ntr-un material solid, apa se poate gsi sub urmtoarele forme:- apa liber, absorbit n capilare i care poate circula sub aciunea gravitii, presiunii i capilaritii ;- apa legat fizic - apa de higroscopicitate, adsorbit pe faza solid; - apa legat chimic - intr n structura substanelor .Influena apei asupra proprietilor materialelor de construcii este complex manifestndu-se sub aspect fizic i chimic.Sub aspectul influenei fizice apa are urmtoarele aciuni: - n condiiile temperaturii pozitive, apa adsorbit modific starea de eforturi producnd modificri de volum i scderea rezistenelor mecanice;- n condiiile de temperaturi negative, prin nghearea apei n pori, ce este nsoit de mrire de volum se produc microfisuri i apoi prin repetare fisuri i dislocri.Sub aspect chimic, apa natural fiind o soluie poate produce coroziunea chimic sau prin depuneri modific aspectul elementului de construcii. Comportarea materialelor de construcii la aciunea apei se poate aprecia prin urmtoarele caracteristici tehnice:Absorbia de ap (ai) ce reprezint cantitatea relativ maxim de ap pe care o poate absorbi un material solid, n anumite condiii de presiune i temperatur.Umiditatea (W) reprezint cantitatea relativ de ap absorbit de un material solid, n anumite condiii de presiune i temperatur.Absorbia de ap reprezint deci umiditatea maxim la care poate ajunge un material.Umiditatea i absorbia de ap pot conduce la modificarea unor caracteristici tehnice i crea senzaia de inconfort.

Permeabilitatea la ap este proprietatea unui material solid de a permite trecerea lichidelor sau a vaporilor prin structura lor i se apreciaz prin:

Indicele de permeabilitate, ce reprezint cantitatea de ap (n litri) care trece printr-o prob de material, cu suprafaa de 1 m2 i grosimea de 1 m, n timp de o or, la presiune i temperatur constante.

ntruct determinarea indicelui de permeabilitate este dificil n practic, folosind o instalaie complex, se determin gradul de permeabilitate.Gradul de permeabilitate reprezint presiunea maxim a apei aflate n contact cu o fa a probei, pentru care, ntr-un interval de timp normat, pe o fa opus a probei, nu apar pete de umezire.ntruct apa din structura unui material reduce rezistenele mecanice ale acestuia, se definete coeficientul de nmuiere. Coeficientul de nmuiere exprim reducerea relativ a rezistenelor mecanice ale materialului datorit prezenei apei n structura sa.Influena temperaturilor negative la nghe-dezghe repetat se apreciaz prin pierderile de mas i reducerile de rezisten.Rezistena la nghe-dezghe, numit i gelivitate exprim capacitatea unui material, ce se gsete n stare saturat cu ap, de a rezista la aciunea alternativ a temperaturilor negative i pozitive.1.5. Comportarea materialelor la aciunea clduriiMaterialele de construcii au o comportare diferit dup cum structura lor este de natur anorganic-mineral - sau organic.1.5.1. Comportarea materialelor de natura organic la aciunea cldurii Pn la temperatura de topire, n materialele anorganice solide se produc modificri de volum ce determin variaia densitii, respectiv reducerea compactitii i creterea porozitii. Temperaturile peste limita inferioar a ecartului temperaturilor de topire - datorit n special prezenei impuritilor - provoac topirea parial a materialului, faza lichid umplnd parial porii i reducnd porozitatea.Procesul se numete clincherizare dac porozitatea materialului se reduce la valori cuprinse ntre 2% i 8%, respectiv vitrefiere dac porozitatea materialului se reduce la valori mai mici de 2%. Creterea, n continuare, a temperaturii face ca proporia topiturilor s creasc i materialul ncepe s se deformeze vscos-plastic, sub propria greutate. Dac procesul are loc la temperaturi mai mari de 1580C, materialele se numesc refractare iar dac se produce la temperaturi mai mici de 1580C, materialele se numesc fuzibile.1.5.2. Comportarea materialelor cu natur organic la aciunea clduriiMaterialele de natur organic supuse cldurii se caracterizeaz prin fenomenul de descompunere termic, rezultnd produi gazoi care contribuie la procesul de ardere.Pentru materialele de natur organic se definesc urmtoarele caracteristici: - punctul de aprindere - ce reprezint temperatura la care materialul se aprinde n prezena unei surse de foc;- punctul de inflamabilitate - ce reprezint temperatura la care un material se aprinde chiar n absena sursei de foc.Dup modul de comportare la nclzire, materialele de natur organic se clasific n:- necombustibile - care nu se aprind i nu ard chiar n prezena sursei de foc (acestea se distrug prin topire);- greu combustibile - care se aprind i ard atta timp ct acioneaz sursa de foc;- combustibile - care se aprind sub aciunea sursei de foc i ard i dup ndeprtarea acesteia;- inflamabile - care se aprind chiar i sub aciunea cldurii n absena sursei de foc.Clasificarea prezent servete la stabilirea rezistenei la foc a construciilor.

1.5.3. Caracteristici termofizicePrincipalele caracteristici termofizice ale materialelor de construcii sunt:Deformaiile termice ale materialelor pentru evaluarea crora este necesar cunoaterea coeficienilor de dilataie termic (liniar - i volumic).Temperatura la care se nmoaie (punct de nmuiere) un material astfel nct elementul de construcie poate s-i piard stabilitatea deformndu-se vscos.Capacitatea de izolaie termic a unui material, care se evalueaz prin coeficientul de conductivitate termic.

Coeficientul de conductivitate termic () reprezint cantitatea de cldur ce trece printr-un corp cu grosimea de 1 m, pe o suprafa de 1 m2, n timp de o or, cnd diferena temperaturilor feelor corpului este de 1 K.

n cazul materialelor poroase, transmiterea cldurii se face att prin conducie (din aproape n aproape) ct i prin convecie (prin transport de fluid). n acest caz coeficientul de conductivitate termic determinat experimental se numete coeficient echivalent de conductivitate termic.Capacitatea de izolare termic a materialelor este cu att mai bun cu ct valoarea coeficientului echivalent de conductivitate termic este mai mic i aceasta se obine la materialele poroase sau la straturile de materiale granulare (n vrac) care prezint un volum mare de goluri de dimensiuni mici.

1.6. Caracteristici mecanice ale materialelor de construciiDac asupra unui corp acioneaz o for exterioar i deplasarea sa este mpiedecat, n structura corpului iau natere eforturi i deformaii ce se determin prin ncercri mecanice.

ncercarea mecanic const n supunerea la aciunea unei fore exterioare a unei probe, reprezentativ pentru un material, pn la ruperea sa parial sau total.

Fora intern pe unitatea de suprafa () ce ia natere ntr-un corp, ca rspuns al structurii sale la aciunea forei exterioare, se numete efort unitar sau tensiune intern.

Deformaia specific () reprezint proporia n care se modific dimensiunile unui corp datorit unei aciuni mecanice exterioare.

Scopul ncercrilor mecanice este de a determina rezistena mecanic a unui material (R) care poate reprezenta valoarea maxim a efortului unitar sau valoarea efortului unitar la care deformaiile devin att de mari nct pun n pericol stabilitatea elementului de construcii. n funcie de modul de aplicare a ncrcrilor, ncercrile mecanice pot fi: - ncercri statice - la care ncrcarea se aplic progresiv; - ncercri dinamice - la care ncrcarea se aplic brusc (prin oc).

1.6.1. ncercarea la compresiune staticPentru determinarea rezistenei la compresiune static se folosesc epruvete de forma cubic; prism dreapt cu baza ptrat, cilindric.ncercarea se execut cu ajutorul preselor la care se pot dezvolta fore foarte mari, pn la 5oo tf, prin intermediul a dou suprafee plane i paralele.

Fig. 1.3. ncercarea la compresiune

Epruveta supus la fora de compresiune va suferi scurtri pe direcia forei i alungiri pe direcia perpendicular. La nivelul suprafeelor de rezemare vor aprea fore de frecare ce vor mpiedica libera deformaie a epruvetei i deci va deforma starea de eforturi. Acest mod de ncercare se numete ncercare cu frecare.Rezistena la compresiune se determin cu relaia:(1.4)n care:F = fora maxim nregistrat in timpul ncercrii, n N; Ao= aria iniial a epruvetei perpendiculare pe direcia forei, n mm2.Corpurile de ncercat la compresiune static pot avea forma: cubic, prismatic i cilindric.Mrimea rezultatelor la ncercarea cu frecare va depinde de: Elementele geometrice ale epruvetei (forma epruvetei), astfel: - raportul ntre nlimea i seciunea transversal determin rezultatele cele mai mari pentru epruvete cubice i cele mai mici pentru epruvete prismatice;- forma seciunii transversale a epruvetei determin obinerea rezultatelor din ce n ce mai mari cu ct numrul de laturi este mai mare.Rezult deci, c pentru acelai material, pentru epruvete cu seciuni echivalente, rezistenele obinute pe epruvetele prismatice (Rpr) vor fi mai mici dect cele obinute pe epruvetele cilindrice (Rcil) care sunt mai mici dect cele obinute pe epruvetele cubice. Volumul epruvetei; cu ct volumul epruvetei este mai mare, rezistena la compresiune rezult mai mic. Aceast influen se explic prin ridicarea nivelului de probabilitate a existenei defectelor de structur odat cu creterea volumului epruvetei. Pentru epruvetele cubice, cel mai des folosite, rezultatele obinute pe probele cu latura de 10 cm vor fi cu 10% mai mari dect cele obinute pe probele cu latura de 20 cm.

1.6.2. ncercarea la ntindere staticRezistena la ntindere a majoritii materialelor de construcii este mult mai mic dect rezistena la compresiune, fiind sensibil influenat de starea iniial de microfisurare a structurii materialului, ntruct zonele microfisurate nu particip la rspunsul structurii la forele de ntindere.

Fig.1.4. ncercarea la ntindere static

ncercarea la ntindere static se poate realiza n trei variante (fig. l.4): - ntindere axial (Rt) - ntindere din ncovoiere (Rti) - ntindere prin despicare (Rtd)

1.6.3. ncercrile dinamicencercrile dinamice se execut asupra materialelor care vor suporta, n exploatare, aciuni dinamice (ncrcri mobile, ocuri, vibraii etc.).Aplicarea prin oc a unei fore se realizeaz prin cderea unui corp (berbec, ciocan) de mas cunoscut. de la anumite nlimi. Aciunea mecanic se evalueaz prin energia ce se consum pentru distrugerea probei de material.

1.6.4. ncercri nedistructivencercri nedistructive se bazeaz pe stabilirea unor corelaii ntre caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor i o serie de caracteristici ce pot fi msurate la exteriorul materialelor (variaia vitezei de propagare a ultrasunetelor, modificarea duritii, atenuarea unor radiaii etc.) cu diferite aparate. Metodele nedistructive prezint o serie de avantaje n comparaie cu metodele de ncercare ce implic distrugerea probelor i anume:- elementele de construcii ncercate nu sunt distruse, ceea ce permite fie repararea deteriorrilor, fie executarea mai multor ncercri;- permit executarea ncercrilor in situ pe elementele de construcii;- determinarea defectelor de structur; - rapiditate n execuie.Metodele de ncercare nedistructive prezint ns i dezavantaje pentru c bazndu-se pe corelaiile statistice ntre caracteristici, pot da o serie de erori care, n unele situaii fac ca rezultatele obinute s fie considerate doar informative.

Diametru otel beton PC 52 (mm)Greutate ml/kilogram

Nominala (STAS)MinimaMaxima

Otel (fier) beton striat PC 52 6mm0.2220.1980.230















Otel beton neted OB 37: STAS 438/1Diametrul otel beton: 6, 8, 10, si 12 mmForma de livrare otel beton : colaci, bareDiametrul otel beton : 14 - 20 mmForma de livrare otel beton : bare 12 m

Diametru otel beton OB 37 (mm)Greutate ml/kilogram

Nominala (STAS)MinimaMaxima

Otel beton (fier) OB 37 6mm0.2220.1980.230








PAGE 15

math in constr

Documents