NORMATIV DE PROIECTARE A ELEMENTELOR COMPUSE DIN BETOANE DE VARSTE DIFERITE SI A CONECTORILOR PENTRU

LUCRARI DE CAMASUIELI SI SUPRABETONARI

Indicativ NP 093 – 03

 

Cuprins

* GENERALITATI* PRINCIPII DE BAZA* CALCULUL LA CTIUNEA MOMENTULUI INCOVOIETOR* CALCULUL LA FORTA TAIETOARE (IN SECTIUNEA INCLINATA)* CALCULUL LA LUNECARE* COMPORTARE IN EXPLOATARE (DEFORMATII, FISURARE)* RECOMANDARI PENTRU ALCATUIRE SI EXECUTIE* ANEXA 1: Exemple de calcul* ANEXA 2: Simboluri utilizate în normativ şi echivalentele din STAS 10107/0-1990

 

1. GENERALITATI

1.1. Prezentul normativ stabileşte prevederi de calcul şi alcătuire specifice elementelor din beton armat cu secţiunea realizată în etape diferite (prin cămăşuire sau suprabetonare) .

1.2. Domeniul de aplicare cuprinde, în special, elemente încovoietoare (grinzi şi plăci) şi elemente comprimate excentric (stâlpi) pentru construcţii din beton obişnuit .

1.3. Prezentul normativ are la bază principiile şi metodele de calcul din STAS 10102-75 (Construcţii din beton, beton armat şi beton precomprimat . Prevederi fundamentale pentru calculul şi alcătuirea elementelor) şi STAS 10107/0-90 (Construcţii civile şi industriale. Calculul şi alcătuirea elementelor structurale din beton , beton armat şi beton precomprimat). Pentru calculul şi proiectarea elementelor cu secţiune compusă se pot aplica prevederile generale referitoare la elementele monostrat din beton armat sau beton precomprimat, cu modificările sau verificările suplimentare precizate în prezentele instrucţiuni, care ţin seama de particularităţile lor de alcătuire şi comportare .

1.4. În normativul de faţă se utilizează, în general, notaţiile din EUROCODE EC2 (Calculul şi alcătuirea structurilor din beton), preluate în codul românesc de proiectare pentru structuri din beton) .

[top]

 

2. PRINCIPII DE BAZA

2.1. Secţiunea compusă din betoane turnate în etape diferite poate apare în două situaţii:

a) la suprabetonarea unui element prefabricat, ca o etapă tehnologică gândită ca atare din faza de proiectare.

b) la o intervenţie ulterioară, ca urmare a unor avarii sau din cauza necesităţii de a majora capacitatea portantă sau rigiditatea elementului de construcţie (cazul consolidărilor prin cămăşuire sau suprabetonare).

2.2. Elementele cu secţiune compusă, încovoiate, se calculează şi se verifică la starea limită de rezistenţă, pentru fiecare fază tehnologică, la cele mai defavorabile solicitări.

2.2.1. În cazul elementelor prefabricate suprabetonate, în prima fază, când elementul prefabricat este montat iar suprabetonarea neîntărită, calculul se face fără a ţine cont de aportul acesteia din punctul de vedere al secţiunii active şi al schemei statice (de exemplu, continuizare pe reazeme cu armătură înglobată în suprabetonare). Verificările se fac la încărcările din faza respectivă (greutate element prefabricat, greutate suprabetonare şi încărcări rezultate din procesul de execuţie: circulaţie, descărcarea betonului proaspăt etc.).

2.2.2. În a doua fază, după întărirea suprabetonării, se ţine cont în calcul de aportul acesteia prin considerarea grosimii suprabetonării în cadrul secţiunii active şi luarea în calcul a continuizărilor realizate pe reazeme. Pentru verificări se au în vedere încărcările totale (permanente şi temporare).

2.2.3. În cazul elementelor prefabricate cu înălţime mare comparativ cu cea a suprabetonării şi la care realizarea continuităţii nu condiţionează stabilitatea structurii de rezistenţă (de exemplu, cazul elementelor plane de planşeu cu suprabetonare de grosime mică), se admite ca verificarea în a doua fază să se facă numai la încărcările aplicare după întărirea suprabetonării.

2.2.4. Se recomandă ca secţiunea compusă să se alcătuiască în aşa fel încât dimensionarea armăturilor de rezistenţă să se facă pe baza calculului în faza a doua, când construcţia este terminată. Dacă nu se poate respecta această condiţie, se recomandă utilizarea unor sprijiniri provizorii, care se menţin până la întărirea suprabetonării .

2.3. În cazurile în care rezultă a fi necesar (de exemplu prefabricate cu înălţimea redusă în comparaţie cu grosimea suprabetonării), în prima fază se efectuează şi verificarea la starea limită de deformaţie a elementului prefabricat .

2.4. În cazul cămăşuirii elementelor structurale verticale (stâlpi, pereţi structurali), înainte de intervenţie se va analiza, în funcţie de starea lor tehnică, eventuala necesitate de sprijinire provizorie a structurii .

2.5. O secţiune compusă poate fi considerată ca atare la preluarea solicitărilor ce-i revin în exploatare dacă este asigurată conlucrarea între părţile sale componente, prevenind prin măsuri adecvate apariţia lunecării la interfaţă (Suprafaţa de contact între betoanele turnate în etape diferite) .

2.6. Pentru buna comportare la stările limi9tă ale exploatării normale este esenţială aderenţa la interfaţă. La starea limită de rezistenţă, în situaţia eforturilor de lunecare reduse (cazul plăcilor sau al cămăşuielilor) simpla aderenţă poate fi suficientă pentru preluarea lunecărilor, iar în cazul eforturilor de lunecare mari (grinzi), aderenţa contribuie la preluarea lunecării. Din aceste motive este important să se realizeze o cât mai bună aderenţă între betoanele turnate în etape diferite .

2.7. Aderenţa între betoane de vârste diferite nu poate depăşi rezistenţa la întindere a niciunui dintre betoanele aflate în contact .

2.8. Aderenţa este puternic influenţată de următorii factori :

- rugozitatea suprafeţei de contact;

- rezistenţa betoanelor în zona de contact;

- măsura în care suprafaţa de contact este curată

2.8.1. Rugozitatea suprafeţei de contact contribuie la creşterea aderenţei prin :

- majorarea suprafeţei de contact între cele două betoane;

- reducerea influenţei factorilor naturali negativi (praf, apă, lapte de ciment etc.) care se concentrează la baza asperităţilor; crescând rugozitatea, scade sensibilitatea la calitatea manoperei de curăţire şi pregătire a suprafeţei;

- creşterea secţiunii de forfecare;

- după apariţia lunecării, în cazul împiedicării separării (îndepărtării) suprafeţelor prin măsuri adecvate (conectori), rugozitatea permite preluarea forţei de lunecare printr-un mecanism echivalent cu frecarea.

Prin proiect trebuie să se indice tipul de suprafaţă ce trebuie realizat la execuţie, în baza indicaţiilor de la cap. 5.

2.8.2. Rezistenţa în zona de contact,esenţială pentru asigurarea aderenţei, este în general inferioară rezistenţei betoanelor aflate în contact (datorită existenţei peliculei de lapte de ciment, compactării insuficiente la suprafaţa betonului prefabricat etc.). Prin proiect vor trebuie date indicaţii clare privind măsurile necesare pentru asigurarea la interfaţă a rezistenţei pe care s-a contat în calcul (inclusiv modul de păstrare a betonului în perioada de întărire), în baza prevederilor din cap. 7.

2.8.3. Pentru a nu influenţa negativ aderenţa, interfaţa trebuie să fie curată, fără sedimente (lapte de ciment, nisip, praf, ulei, gheaţă etc.). Prin proiec6t trebuie să se indice măsurile ce trebuie luate pentru a asigura curăţenia interfeţei.

2.9. Dacă la interfaţa de contact acţionează o forţă de întindere normală, între cele două betoane se prevăd conectori metalici suplimentari, special destinaţi şi dimensionaţi pentru reluarea acestei forţe.

2.10. Grosimea minimă a suprabetonării va fi de 50 mm, în caz că sunt necesari conectori şi de 40 mm în rest. În cazuri deosebite (de exemplu monolitizarea între grinzişoare şi corpurile de umplutură) se poate conta pe secţiunea compusă, dacă betonul de monolitizare între cele două elemente prefabricate are grosimea de cel puţin 20 mm, dar cu cel puţin 25% mai mult decât dimensiunea maximă a agregatului utilizat la betonul din monolitizare.

În cazul elementelor proiectate de la început cu secţiunea compusă, se vor respecta, pentru ancorarea conectorilor, prevederile STAS 10107/0-90 pct. 6.2.

Acolo unde conectorii nu se pot prevedea de la început (de exemplu, la cămăşuieli sau suprabetonări în vederea consolidării sau refacerii capacităţii portante a elementelor structurale), conectorii vor fi ancoraţi în conformitate cu precizările de la cap. 7 , fie de barele de armătură existente, fie în betonul existent.

La grosimi ale suprabetonării sub 80 mm trebuie să se dea atenţie deosebită asigurării corespunzătoare, prin prevederea de conectori cu buclă şi bare longitudinale introduse în buclă (fig. 1) sau luarea altor măsuri adecvate.

2.11. Acolo unde este necesar din calcul, se va prevedea sprijinirea suplimentară a elementului prefabricat : sprijinirile vor fi îndepărtate numai după ce în betonul monolit s-a atins cel puţin 50% din rezistenţa corespunzătoare clasei prevăzute prin proiect, pentru a nu apare fisuri sau deformaţii excesive.

2.12. La calculul pentru stările limită ale exploatări normale se va ţine cont de efectul eventualelor sprijiniri provizorii asupra stării de fisurare şi deformaţie.

Calculul la starea limită de rezistenţă se va efectua fără a se ţine cont de faptul că elementul a fost eventual sprijinit.

2.13. În calculul la starea limită de rezistenţă se poate neglija efectul contracţiei diferenţiate a betoanelor de vârste diferite.

2.14. În calculul la stările limită ale exploatării normale efectul contracţiei poate fi important şi se recomandă ca în cazuri deosebite să fie luat în considerare.

[top]

 

3. CALCULUL LA CTIUNEA MOMENTULUI INCOVOIETOR

3.1. Calculul la starea limită de rezistenţă în secţiuni normale se face simplificat, ca pentru o secţiune omogenă din beton armat, cu preluarea eforturilor de compresiune de către betonul şi eventualele armături din zona comprimată (luând în considerare calităţile fiecărui tip de beton sub forma Acfcd) şi preluarea eforturilor de întindere de către armăturile din zona întinsă.

3.2. La evaluarea capacităţii portante a grinzilor de planşeu cu secţiunea de tipul prezentat în fig.2, lăţimea activă de placă se va considera în conformitate cu prevederile STAS 10107/0-90 – Anexa A, unde hp reprezintă grosimea totală a plăcii, compusă din placa chesonului şi suprabetonare.

3.3. În cazul secţiunilor compuse cu alcătuirea prezentată în fig. 3, lăţimea activă a plăcii se evaluează luând în considerare cel mult 3 hp de fiecare parte a grinzii, hp fiind grosimea elementului prefabricat de planşeu.

3.4. Verificarea la moment încovoietor în secţiuni înclinate se face în conformitate cu prevederile STAS 10107/0-90, cu condiţia asigurării preluării lunecării la interfaţa de contact dintre betoanele de vârste diferite, conform indicaţiilor din cap. 5 şi 7 .

[top]

 

4. CALCULUL LA FORTA TAIETOARE (IN SECTIUNEA INCLINATA)

4.1. În calcul se consideră că forţa tăietoare este preluată de întreaga secţiune compusă .

4.2. Calculul la starea limită de rezistenţă în secţiuni înclinate (care trec şi prin interfaţa de contact) pentru preluarea forţei tăietoare se face ca pentru o secţiune omogenă din beton armat, în conformitate cu prevederile STAS 10107/0-90, afectând capacitatea portantă rezultată (luând în considerare caracteristicile betoanelor din zona comprimată) cu un coeficient de reducere egal cu 0,9.

[top]

5. CALCULUL LA LUNECARE

5.1. Principiul de proiectare ce stă la baza calcului la lunecare constă în asigurarea acţiunii compuse prin verificarea eforturilor la starea limită de rezistenţă – utilizând metode de calcul simplificate – recunoscând în acelaşi timp influenţa mare pe care o poate avea asupra lucrului secţiunii compuse tipul şi modul de pregătire a suprafeţei, precum şi faptul că acestea pot avaria foarte mult în execuţie.

5.2. Tipurile de suprafaţă la interfaţa dintre betoane turnate în etape diferite, care pot fi întâlnite în practică, în ordinea crescândă a rugozităţii lor, sunt:

a) suprafaţa drişcuită, astfel încât particulele fine au fost aduse la suprafaţă, însă au rămas mici ondulaţii şi neregularităţi;

b) suprafaţa obţinută prin glisarea grinzii sau plăcii vibrante pe ghidaje;

c) suprafaţa unui element prefabricat obţinut printr-o tehnică de extrudare (presare – vibrare);

d) suprafaţa striată prin perierea betonului neîntărit, după începerea prizei;

e) suprafaţa cu rugozitate pronunţată, obţinută prin mijloace mecanice (striere cu un „pieptene’ metalic sau imprimare cu ajutorul unei profilaturi speciale, din metal);

f) suprafaţa aşa cum rezultă din vibrare în condiţiile unui raport a/c redus, fără netezire, cu o rugozitate pronunţată datorată agregatelor mari, ieşite în relief, fiind însă bine fixate în matrix;

g) suprafaţa obţinută prin spălarea betonului încă neîntărit, expunând agregatul mare, fără însă a-l deranja;

h) suprafaţa cu rugozitate pronunţată, obţinută prin mijloace mecanice după întărirea betonului (sablare, buciardare);

i) suprafaţa prevăzută cu praguri sau dinţi.

Tipul a) face parte din categoria suprafeţelor netede. Celelalte tipuri au toate o anumită rugozitate, rezultată din turnare sau realizată intenţionat.

Tipul e) este cel puţin tot atât de eficace ca şi tipul g). La tipul f) suprafaţa are o rugozitate pronunţată, însă pot apare probleme din cauza compactării insuficiente a betonului în apropierea suprafeţei.

Nu există delimitări clare între diferitele tipuri de suprafeţe, iar ceea ce realizează efectiv depinde mult de calitatea manoperei. Suprafeţele care nu sunt obţinute prin prelucrare ulterioară pot fi

afectate de tehnologia de turnare şi de utilizarea superplastifianţilor sau de calitatea materialelor utilizate pentru decofrare.

5.3. Din punctul de vedere al proiectării elementelor compuse, suprafeţele de beton se împart în următoarele două categorii, cu condiţia ca la execuţia lor să se respecte prevederile de la cap. 7.

5.3.1. Categoria 1. Suprafeţele obţinute în mod obişnuit la execuţia elementelor prefabricate, fără măsuri speciale de creştere a rugozităţii, incluzând tipurile de la a) la d), amplitudinea neregularităţilor (asperităţilor) fiind de până la 1 – 2 mm.

5.3.2. Categoria 2. Suprafeţele cu rugozitate creată intenţionat, fie la execuţia elementului prefabricat, fie prin intervenţie asupra betonului întărit, cu neregularităţi mai mari, de peste 2 mm, incluzând tipurile de la e) la i).

Indiferent de categoria suprafeţei, se contează pe aderenţa între betoanele turnate în etape diferite, iar rezistenţa la lunecare la interfaţă se evaluează cu relaţiile de la pct. 5.6.3.

5.3.3. Dacă din diferite motive, la pregătirea suprafeţei înainte de turnarea betonului monolit (faza determinantă) nu s-au putut respecta prevederile de la pct. 7 (de exemplu suprafaţa este pătată cu decofrol sau există exces de parte fină etc.), există următoarele două soluţii:

- indiferent dacă suprafaţa este netedă sau rugoasă (categoria 1 sau 2) nu se contează pe aderenţă. Se vor prevedea obligatoriu conectori metalici, calculaţi conform pct. 5.6.3.1. şi dispuşi conform precizărilor de la pct. 7.9

- se va prevedea o prelucrare ulterioară pentru crearea rugozităţii cu ajutorul unui echipament special, fără a deranja agregatele, obţinându-se o suprafaţă de tip h. În execuţie va trebuie să se verifice dacă suprafaţa rezultată îndeplineşte criteriile de rugozitate pentru a putea fi inclusă în categoria 2. În caz contrar, se consideră că face parte din categoria 1 şi se vor lua măsuri în consecinţă.

5.4. Intensitatea solicitării se ia în considerare după cum urmează:

- Lunecare de intensitate redusă. Este în general cazul plăcilor (planşeelor realizate din elemente prefabricate de suprafaţă, suprabetonate). Interfaţa de contact între betoanele de vârste diferite este mare, iar eforturile de lunecare sunt reduse (până la 0,5Rt). În cazul în care acestea, calculate cu prevederile de la pct. 5.6.2, sunt inferioare valorii capabile determinate cu relaţia (5.3) şi dacă nu trebuie să se aibă în vedere efectul contracţiei diferenţiale şi/sau acţiuni speciale dinamice sau seismice, nu sunt necesari conectori.

Dacă eforturile calculate depăşesc valorile capabile, sunt necesari conectori metalici care vor fi proiectaţi şi detaliaţi în conformitate cu prevederile de la pct. 5.6.3.

- Lunecare de intensitate mare. Este, în general, cazul elementelor liniare de tip grindă, realizate în două etape (grinzi prefabricate cu suprabetonare sau cu placă monolită). Efortul de lunecare se calculează conform prevederilor pct. 5.6.2. Dacă este inferior valorii capabile calculată cu relaţia (5.3), se va prevedea armătură transversală (conectori metalici) corespunzător procentului minim de armare prevăzut la pct. 5.6.3.1. Dacă efortul de lunecare calculat depăşeşte rezistenţa de calcul la lunecare, armătura transversală de conectare va fi determinată prin calcul cu relaţia (5.2).

5.5. Pentru calculul la lunecare se au în vedere următoarele principii generale:

- calculul general al elementului compus se conduce în baza prevederilor STAS 10107/0-90, dând atenţia cuvenită necesităţii rezemărilor intermediare provizorii; acestea pot influenţa starea de eforturi la interfaţă sub încărcările corespunzătoare exploatării normale (fisurare, deformaţii), chiar dacă în starea limită de rezistenţă efectul lor este nesemnificativ

- efortul de lunecare la interfaţă se calculează cu valorile de calcul ale încărcărilor, utilizând metodele generale pentru proiectarea secţiunilor din beton armat, cu precizările din cap. 5.6. Deşi este necesară asigurarea lucrului ca atare al secţiunii compuse şi sub încărcările de exploatare (la stările limită ale exploatării normale), metodele date pentru calculul la starea limită de rezistenţă, împreună cu rezistenţa la lunecare aleasă, vor asigura implicit acest lucru

- în funcţie de alcătuire, elementul va fi în situaţia de lunecare de intensitate mare sau redusă (pct.4.3), iar proiectantul trebuie să decidă asupra tipului de suprafaţă pentru betonul de la interfaţă. Această decizie depinde de mai mulţi factori, incluzând economicitatea, tehnologia de execuţie disponibilă, dacă armătura este de dorit sau nu, nivelul posibil al controlului şi verificărilor tehnologice

- calculul se face în conformitate cu prevederile de la pct. 5.6, utilizând rezistenţele de calcul la lunecare determinate cu relaţiile 5.2 sau 5.3, după caz

- calculul presupune că în cazul intensităţii reduse a lunecării nu apar fisuri la interfaţă. Dacă datorită mărimii eforturilor, calculate la starea limită de rezistenţă, pot apare fisuri, prevederea de conectori este obligatorie.

5.6. Calculul eforturilor la interfaţă

5.6.1. Lunecarea la interfaţă se verifică numai pentru starea limită de rezistenţă. Metoda de calcul utilizată, bazată pe date experimentale, asigură buna comportare şi la stările limită ale exploatării normale .

5.6.2. Valoarea de calcul a efortului de lunecare la interfaţă sd se calculează cu formula (5.1) :

(5.1)

unde :

VSd - forţa tăietoare cu valoarea de calcul în secţiunea considerată;

bl - lăţimea secţiunii la interfaţa de contact ;

z - braţul de pârghie al eforturilor interioare, care se poate considera z = 0,85d unde d – înălţimea utilă a secţiunii (în notaţia veche h0), se referă la întreaga secţiune compusă

Utilizarea acestei formule conduce, în unele cazuri, la valori prea acoperitoare pentru efortul de lunecare, în special în cazul în care interfaţa se află în limitele zonei comprimate la starea limită de rezistenţă. În aceste situaţii se poate utiliza formula următoare (care evaluează efortul de lunecare asociat capacităţii de rezistenţă a secţiunii):

(5.1.a)

unde:

ASl - aria armăturii întinse ;

Ac - aria betonului comprimat ;

fcd - valoarea de calcul a rezistenţei betonului ;

fyd - rezistenţa de calcul a armăturilor întinse ;

l - distanţa dintre punctul de moment maxim şi cel de moment nul sau minim; pentru calculul lunecării în câmp ll = lc din fig. 4 de mai jos, iar pentru calculul lunecării pe reazem ll = lr

5.6.3. Rezistenţa de calcul la lunecare

5.6.3.1. Pentru cazul lunecării de intensitate mare, când se prevăd obligatoriu conectori, rezistenţa de calcul la lunecare (efortul capabil) poate fi evaluată cu formula (5.2) :

(5.2)

unde :

1 şi 2 sunt coeficienţii daţi în tabelul 1 ;

- coeficient de armare transversală (pentru conectori) ;

ASw - aria secţiunii armăturilor de conectare dintr-o secţiune transversală ;

bl - lăţimea secţiunii de beton în dreptul interfeţei ;

s – distanţa între conectori în lungul elementului ;

fywd - rezistenţa de calcul a armăturii transversale (din conectori) ;

Rt - rezistenţa de calcul la întindere a betonului mai slab .

Coeficientul minim de armare transversală admis este :

w min = 0,0015

Tabelul 1

Coeficienţii 1 şi 2 utilizaţi în formulele 5.2 şi 5.3.

Coeficientul

Categoria suprafeţei

1 2

1 0,6 0,9

2 0,2 0,4

5.6.3.2. Pentru cazul lunecării de intensitate redusă, când nu este necesară prevederea conectorilor, rezistenţa de calcul la lunecare la interfaţă poate fi evaluată în mod obişnuit cu formula (5.3):

Rd = 2Rt  (5.3)

Pentru verificări la oboseală, valorile efortului capabil obţinute cu relaţia (5.3) se reduc cu 50%.

5.6.4. În cazul în care lunecarea de calcul depăşeşte limitarea din relaţia (5.2) se consideră că lunecarea va fi preluată prin frecare, iar aria armăturilor transversale de conectare se determină în consecinţă, conform prevederilor pct. 3.4.2 din STAS 10107/0-90 .

5.7. Armăturile rezultate din calculul la forţa tăietoare (în secţiuni înclinate) şi care intersectează interfaţă de contact, pot fi luate în considerare şi la preluarea lunecării. În cazul armăturilor înclinate, se ţine seama de unghiul de înclinare al acestora prin factorul de proiecţie sin .

5.8. Armăturile transversale de conectare trebuie să fie bine ancorate de ambele părţi ale interfeţei, în conformitate cu prevederile de ancorare pentru armături solicitate la întindere. În cazul cămăşuielilor sau al suprabetonărilor necesare la consolidarea unor elemente existente din beton armat, conectorii trebuie ancoraţi fie utilizând armătura de rezistenţă (prin sudare sau petrecere), fie direct în beton, prin intermediul mijloacelor de fixare chimice (răşini) sau mecanice(de tip con-expand) .

[top]

 

6. COMPORTARE IN EXPLOATARE (DEFORMATII, FISURARE)

6.1. Elementele compuse trebuie să îndeplinească aceleaşi condiţii de exploatare normală din punctul de vedere al deformaţiilor şi fisurilor ca şi elementele monostrat.

6.2. La calculul modulului de rigiditate se va ţine seama de caracteristicile betonului din zona comprimată. Dacă în zona comprimată există betoane de calităţi diferite, caracteristica secţiunii compuse se obţine prin omogenizarea acesteia (determinând lăţimi b echivalente, proporţionale cu raportul modulilor de elasticitate). Simplificat şi acoperitor se pot lua în calcul caracteristicile betonului mai slab .

6.3. Modulul de rigiditate la încovoiere sau încovoiere cu forţa axială, calculat ca pentru o secţiune obişnuită (monostrat) de beton sau beton precomprimat, va fi redus cu :

- 10% în cazul suprafeţelor din categoria 2;

- 20% în cazul suprafeţelor din categoria 1.

6.4. La elementele la care este necesară verificarea deschiderii fisurilor în betonul din suprabetonare, valorile deschiderii fisurilor calculate conform prevederilor STAS 10107/0-90 se majorează cu 15% pentru a ţine seama de efectul contracţiei împiedicate .

6.5. În zona suprafeţei de contact între capătul elementului prefabricat şi monolitizarea (continuizarea) pe reazem, se va considera o deschidere a fisurii majorată cu 30% faţă de valoarea obţinută prin calcul.

6.6. Contracţia diferenţiată, curgerea lentă şi variaţiile de temperatură pot da naştere unor eforturi de lunecare şi întindere la interfaţă . Acestea sunt, în general, reduse ca intensitate şi, dacă se ia în considerare curgerea lentă, adesea pot fi neglijate. La marginea deschiderilor pot apare însă eforturi (de lunecare şi întindere) destul de importante. Din acest motiv, în cazul interfeţelor armate, se recomandă o sporire constructivă a conectorilor în zonele de contur .

În situaţiile cu intensitate redusă a lunecării, unde nu se folosesc conectori, de cele mai multe ori aderenţa între cele două betoane este suficientă pentru a împiedica fisurarea. Fiecare caz trebuie însă tratat separat, iar proiectantul trebuie să decidă dacă foloseşte conectori sau dacă acceptă apariţia eventuală a unor fisuri, chiar dacă este dificil de evaluat prin calcul, eforturile pe care le determină contracţia diferenţială .

Dacă plăcile suprabetonate nu sunt încadrate de centuri armate, se recomandă dispunerea constructivă a unor conectori pe contur.

[top]

 

7. RECOMANDARI PENTRU ALCATUIRE SI EXECUTIE

Aderenţa şi transferul lunecării la interfaţă sunt afectate de rugozitatea, rezistenţa şi gradul de curăţire al interfeţei .

7.1. Tipurile de suprafeţe şi influenţa lor asupra aderenţei sunt precizate la pct. 5.2. Proiectantul trebuie să precizeze categoria de rugozitate necesară şi, atunci când aderenţa are o deosebită importanţă structurală, e bine să precizeze şi mijloacele cu care se poate obţine.

7.2. Întârzietorii de priză permit îndepărtarea stratului superficial de ciment prin spălare, expunând agregatele şi conducând la o aderenţă foarte bună.

7.3. Rugozitatea suprafeţei aşa cum rezultă din vibrare, poate varia în limite largi, în funcţie de consistenţa betonului proaspăt şi de intensitatea şi metoda vibrării. O atenţie specială trebuie acordată duratei vibrării, care nu trebuie prelungită până ce se formează la suprafaţă un strat separat de lapte de ciment.

trebuie evitată pelicula de apă la suprafaţa betonului înainte de terminarea prizei (din vibrare sau din stropirea cu apă pentru menţinerea umezelii în condiţii climatice de uscăciune), deoarece aceasta permite sedimentarea particulelor fine, care formează un strat superficial cu rezistenţă scăzută. Dacă totuşi se întâmplă acest lucru, suprafaţa trebuie prelucrată după cum se indică la pct. 5.3.3.

Metodele de extrudare produc suprafeţe plane cu o microporozitate pronunţată care, în mod normal asigură o aderenţă foarte bună. Trebuie însă şi aici evitată formarea unei pelicule de lapte de ciment.

7.4. Dacă prin proiect se prescrie o macro-rugozitate, este necesar un tratament mecanic al suprafeţei betonului (proaspăt sau întărit). Acest tratament se poate aplica şi în vederea eliminării efectelor nedorite care pot apare la suprafeţele vibrate.

În cazul consolidărilor prin cămăşuire sau suprabetonare, este obligatorie tratare mecanică la interfaţă a betonului existent (prin sablare, prelucrare cu jet de apă de foarte înaltă presiune, buciardare sau un alt procedeu care să asigure rugozitate necesară fără a disloca agregatele mari din matrix).

Pentru betonul proaspăt, mijloacele mecanice cu care se poate realiza rugozitatea necesară variază de la peria de sârmă la dispozitivele metalice cu dinţi, depinzând de consistenţa betonului şi de tipul de rugozitate prescris. Se recomandă să se testeze în prealabil dispozitivul ales pentru a se asigura realizarea tipului de suprafaţă indicat. Este preferabil ca tratamentul mecanic să se facă astfel încât striurile rezultate să fie normale faţă de direcţia forţei de lunecare care trebuie preluată la interfaţă.

Tratamentul suprafeţei trebuie să se efectueze suficient de repede după turnare, ca aderenţa între agregat şi pasta de ciment să nu fie afectată, însă suficient de târziu ca rugozitatea realizată la suprafaţă să fie stabilă. Dacă pentru compactare se utilizează vacuumarea sau extrudarea, trebuie analizat cu grijă efectul tratamentului de realizare a rugozităţii asupra rezistenţei stratului superior de beton.

În cazul separării apei în procesul de vibrare, tratamentul va fi amânat până la dispariţia acesteia. Dacă consistenţa betonului corespunde la o valoare mai mică de 50 mm tasare (clasa de consistenţă T2), tratamentul poate începe imediat după turnare.

7.5. Dacă interfaţa (suprafaţa care urmează să vină în contact cu betonul turnat ulterior) nu îndeplineşte cerinţele specificate în proiect în ceea ce priveşte rugozitatea, sau în cazul cămăşuielilor pe suprafeţe de beton existente, corectarea ei se va face prin prelucrarea mecanică a betonului întărit cu mijloace speciale (sablare, buciardare etc.), cu condiţia ca aceasta să nu distrugă aderenţa între agregate şi matrix.

7.6. În mod obişnuit conectorii se dispun uniform în secţiune şi în lungul deschiderii. Prin proiectare se pot stabili, în lungul elementului, zone cu densităţi diferite ale conectorilor, în funcţie de variaţia intensităţii lunecării (forţei tăietoare).

Pentru a putea fi luate integral în considerare, barele de oţel ce traversează interfaţa (conectorii) trebuie să fie complet ancorate la smulgere de ambele părţi ale acesteia, prin aderenţă şi/sau dispozitive mecanice, cum ar fi plăcile de ancorare.

În cazul intervenţiilor ulterioare, armătura nouă poate fi ancorată în elementul vechi:

- de barele existente;

- în betonul existent

şi trebuie să fie complet ancorată în betonul nou .

Barele noi şi cele existente pot fi îmbinate prin suprapunere, respectând prevederile corespunzătoare din STAS 10107/0-1990.

Dacă nu poate fi asigurată lungimea de petrecere, cerută, armătura nouă poate fi sudată de barele existente (cu cel puţin acelaşi diametru şi limită de curgere) cu condiţia ca ambele oţeluri să fie sudabile. Sudura va fi dimensionată pentru preluarea întregului efort capabil al barei noi.

Ancorarea armăturii noi în betonul vechi se poate face direct sau indirect (prin ancorare sau dornuri). Atât la ancorarea directă, cât şi în cazul folosirii ancorelor sau dornurilor, se poate utiliza fixarea cu mijloace chimice (răşini sintetice) în găuri practicate în betonul vechi, cu respectarea instrucţiunilor specifice.

Ancorarea conectorilor în betonul nou va fi prevăzută la proiectare, cu resetarea prevederilor STAS 10107/0-1990 privind lungimea de ancorare a barelor de oţel. Dacă aceste lungimi nu pot fi asigurate, se vor lua alte măsuri de îmbunătăţire a ancorării (plăcuţe metalice sau cupoane de armătură sudate transversal etc.), pe baza rezultatelor unor verificări experimentale prealabile concludente.

7.7. Este importantă asigurarea unei rezistenţe corespunzătoare a betonului la interfaţă. Diluarea cu apă a pastei de ciment de la suprafaţa betonului în timpul primei perioade de întărire poate duce la un strat superficial de sediment sau lapte de ciment de rezistenţă redusă. Condiţiile nepotrivite de întărire pot reduse mult rezistenţa la interfaţă. Pentru a obţine rezistenţe mari este recomandabilă întărirea betonului în atmosfera umedă până ce atinge 40% din rezistenţa prescrisă. Pentru menţinerea umedă a betonului, stropirea cu apă nu va începe decât după începerea prizei, pentru evitarea formării sedimentului de lapte de ciment.

În condiţii de temperatură ridicată, uscăciune sau vânt, betonul trebuie acoperit înainte de începerea prizei.

Rezistenţa redusă la interfaţă poate fi identificată prin faptul că suprafaţa poate fi uşor zgâriată cu un cui.

E puţin probabil ca eventualele fisuri fine de la suprafaţa betonului să influenţeze aderenţa, însă indică faptul că betonul nu a avut condiţii adecvate în perioada de întărire.

7.8. Înainte de turnarea suprabetonării, interfaţa trebuie verificată din punctul de vedere al existenţei peliculei de lapte de ciment sau sediment (caz în care suprafaţa poate fi uşor zgâriată cu un cui) şi altor factori care pot împiedica aderenţa (praf, nisip, ulei, gheaţă). Petele de ulei, de exemplu, trebuie îndepărtată mecanic. Alţi factori (praf, noroi etc.) pot fi îndepărtat cu jet de apă sau aer comprimat. Simpla măsurare nu este suficientă deoarece micile denivelări ale interfeţei se vor umple cu praf.

7.9. În situaţiile în care sunt necesari conectori suplimentari (suprafeţe de beton vechi care se suprabetonează sau suprafeţe la care nu s-a putut realiza rugozitatea prevăzută), aceştia se sudează de armătura longitudinală (de rezistenţă sau de montaj), dezvelită în prealabil, vor avea de preferinţă forma de bucle şi vor fi înclinaţi în direcţia în care acţionează forţa de lunecare la interfaţă. Trebuie în acelaşi timp să se ia măsuri pentru a nu se diminua capacitatea portantă a elementului (de exemplu: suplimentarea armăturii de rezistenţă cu bare dispuse în suprabetonare).

7.10. Se recomandă ca, înainte de turnarea suprabetonării, interfaţa să fie umezită. Aceasta poate diminua sensibil contracţia diferenţială. Pe de altă parte, în condiţii climatice calde, cu temperatura aerului peste 30oC, este indicată răcirea cu apă a interfeţei înainte de turnarea betonului monolit.

Menţinerea umedă a suprafeţei înainte de turnare trebuie să dureze cât mai mult , cel puţin o zi dacă elementul prefabricat are grosimea sub 150 mm, însă cu cât grosimea prefabricatului este mai mare, cu atât perioada de menţinere umedă trebuie să fie mai mare.

În momentul turnării suprabetonării, suprafaţa trebuie să fie zvântată. Sunt interzise zone cu peliculă de apă liberă. Din acest motiv tratamentul de umezire trebuie întrerupt înaintea turnării cu o perioadă de timp de depinde de condiţiile climatice. O suprafaţă umedă în exces la turnare poate reduce cu până la 50% aderenţa comparativ cu o suprafaţă zvântată. Aceasta din cauză că apa împiedică pasta de ciment să pătrundă în micile depresiuni ale suprafeţei.

7.11. Betonului din suprabetonare trebuie să i se asigure atât rezistenţa, cât şi lucrabilitatea şi contracţia redusă. Foarte important este ca lucrabilitatea să fie corelată cu metoda de compactare folosită. Dimensiunea maximă a agregatelor nu va depăşi 1/2 (preferabil 1/3) din grosimea minimă a suprabetonării. Trebuie evitată granulometria discontinuă.

7.12. Este esenţial ca vibrarea (compactarea) să se facă astfel încât să fie eficace şi la nivelul interfeţei. Aceasta depinde de grosimea suprabetonării, lucrabilitatea betonului şi modul de vibrare. Dacă nu se realizează o compactare bună, aderenţa va scădea pronunţat, având şi valori foarte împrăştiate. Pe de altă parte, supravibrarea betonului nu îmbunătăţeşte aderenţa. Din aceste motive calitatea manoperei are o importanţă deosebită.

Dacă se utilizează grinzi de vibrare, în mod obişnuit este necesară o compactare suplimentară la margini, din cauza amortizării cauzate de prezenţa suporţilor grinzii de vibrare.

Dacă suprabetonarea se realizează în etape, pe o suprafaţă mare, trebuie utilizate tipare de margine pentru a evita scurgerile de beton. dacă acestea au totuşi loc, betonul respectiv trebuie îndepărtat şi interfaţa curăţată. Betonul scurs nu poate avea aderenţă bună la interfaţă din cauza compactării insuficiente şi condiţiilor nefavorabile de întărire.

7.13. Suprabetonarea trebuie protejată şi menţinută umedă pentru a evita contracţia exagerată din cauza pierderii rapide a apei. Protecţia şi umezirea trebuie începute imediat după începerea prizei betonului şi continuate până ce acesta a atins 50% din rezistenţa proiectată.

Nerespectarea condiţiilor de întărire precizate, în special în cazul suprabetonărilor subţiri, vor conduce la o aderenţă scăzută la marginile suprabetonării sau la ruperea aderenţei.

În cazul intervenţiilor structurale

7.14. Documentaţia de proiectare trebuie să cuprindă justificarea intervenţiei şi descrierea funcţiei structurale, inclusiv consecinţele care pot apare : această justificare trebuie pusă la dispoziţia persoanei responsabile cu urmărirea curentă a construcţiei.

7.15. Trebuie analizat efectul pe care intervenţia îl poate avea asupra ductilităţii locale. De obicei creşterea rezistenţei elementelor structurale conduce la reducerea ductilităţii.

La proiectarea intervenţiei trebuie estimate şi consecinţele pe care modificările locale de rigiditate le pot avea asupra rigidităţii de ansamblu a clădirii.

7.16. Trebuie acordată o atenţie specială verificării calităţii lucrărilor pe şantier. Calitatea lucrărilor executate poate fi influenţată hotărâtor de accesilibitatea în spaţiul de lucru şi de nivelul controlului de calitate.

Dacă există motive să se creadă că pe şantier nu se va putea asigura un control de calitate riguros, vor trebuie majoraţi coeficienţii parţiali de siguranţă pentru materiale.

7.17. Ancorarea barelor suplimentare prin sudare de barele existente (direct sau prin intermediul unor distanţieri sudaţi) sau de elemente de fixare mecanice poate fi considerată ca o ancorare rigidă, însă trebuie să existe certitudinea că ambele materiale sunt sudabile. Trebuie să se verifice dacă ancorarea barei existente poate asigura preluarea forţei totale, acţionând asupra ambelor bare (existentă şi suplimentară).

În caz că nu se poate asigura ancorarea deplină a armăturii suplimentare, rezistenţa de calcul a acesteia va trebuie redusă corespunzător şi vor trebuie luate în considerare efectele pe care acest fapt le poate avea asupra ductilităţii locale a elementului structural.

Se va evita ancorarea armăturilor noi în zonele plastice potenţiale.

7.18. La proiectarea intervenţiei trebuie avut în vedere că aceasta are loc pe o structură deja solicitată, fapt ce trebuie analizat cu grijă. În cazul unor avarii importante trebuie luat în considerare şi riscul unor redistribuiri defavorabile ale stării de solicitare.

7.19. Trebuie verificate eventualele efecte ale sprijinirilor provizorii pentru a se evita suprasolicitări sau deformaţii reziduale care ar putea produce redistribuiri neprevăzute în starea finală de solicitare.

7.20. Se vor determina efectele acţiunilor ce pot apare după terminarea intervenţiei structurale, ţinând cont şi de modificările în rigiditatea locală datorate intervenţiei.

7.21. Privitor la încărcările orizontale, atunci când în urma intervenţiei apar elemente verticale foarte rigide, trebuie verificată rigiditatea şi rezistenţa diafragmelor în planul lor.

7.22. Trebuie să se estimeze cât mai realist distribuţia noilor încărcări între elementele structurale existente şi cele adiţionale, precum şi redistribuirea încărcărilor gravitaţionale existente, datorită curgerii lente.

7.23. La estimarea rezistenţei suplimentare care se datorează materialului adăugat (în cazul unei reparaţii sau consolidări) trebuie să se aplice coeficienţi parţiali de corecţie care să ţină cont de gradul diferit de mobilizare la preluarea forţelor în cadrul fiecărui mecanism de transfer (deci nu se pot însuma aritmetic efectele).

Referitor la cămăşuirea stâlpilor

7.24. În cazul structurilor grav avariate, la cămăşuire pe toată înălţimea, factorul de comportare monolitică poate fi luat kr = 0,8 (pentru rezistenţă), respectiv kk = 0,7 (pentru rigiditate), în următoarele condiţii:

- s-a reparat sau înlocuit betonul degradat şi armătura flambată din zona avariată;

- armăturile noi sunt ancorate în totalitate în grinzi sau plăci;

- secţiunea transversală a betonului nou nu depăşeşte de două ori secţiunea stâlpului existent

7.25. Estimări acoperitoare ale proprietăţilor stâlpului cămăşuit se pot obţine astfel:

- pentru rezistenţă, neglijând stâlpul existent;

- pentru rigiditate, acceptând comportarea monolită.

7.26. Se pot avea în vedere câteva reguli acoperitoare pentru proiectarea cămăşuielilor din beton armat:

a) La proiectarea cămăşuieli, atât armătura cât şi aria secţiunii orizontale de beton să fie considerate mai mici decât cele reale) pentru a ţine seama de deficienţe de execuţie datorate grosimii reduse a cămăşuieli şi inerentelor dificultăţi în montarea corectă a armăturii): de exemplu se poate lua:

şi

b) În zona cu forţă axială maximă în cămăşuială (unde stâlpul existent este puternic degradat) sunt necesari etrieri îndesiţi (ca de exemplu 8/100 în fig. 1a) pentru a împiedica flambarea barelor noi de armătură.

c) Pentru a asigura transferul încărcării de la stâlpul existent la cămăşuială, este necesar (fig. 1a):

- Pentru a evita fisurarea din întindere în lungul cămăşuielii:

- Pentru a asigura la interfaţă forţa de frecare necesară :

Pe lungimea u trebuie dispus numărul total de etrieri necesar conform relaţiei de mai sus .

- Trebuie să se verifice ca întreaga încărcare axială să poată fi transferată de la armătura longitudinală veche la cea nouă. Aceasta presupune transferul forţei T, prin conectori sub formă de bare îndoite:

unde Ax este aria transversală totală a barelor îndoite (conectorilor), iar lungimea lor la 450 faţă de axa stâlpului, în timp ce scr este lunecarea critică, corespunzând unei frecări constante. Această lunecare poate fi luată ca valoare egală cu scr = 0,15 mm.

Pe lungimea u definită prin ecuaţia de mai sus, numărul de conectori necesar poate fi estimat în mod empiric astfel:

unităţile de măsură fiind kN şi mm.

[top]

ANEXA 1

Exemple de calcul

Exemplul 1

Verificarea unei plăci la lunecare (cazul lunecării de intensitate redusă)

Se consideră un planşeu realizat din predale din beton precomprimat clasa C25/30, de 5 cm grosime şi 4,5 cm deschidere, suprabetonate cu un strat de 9 cm din beton armat clasa C 16/20. Suprafaţa predalei este prevăzută a se realiza prin compactare cu placă vibrantă (glisând pe ghidaje laterale), deci suprafaţa tip b, categoria 1. Ca variantă se are în vedere şi verificarea la oboseală. Valoarea de calcul a încărcării totale (inclusiv greutatea proprie) este de 6 kN/m2.

Fig. 1

1. Verificarea în secţiunea 1-1

Efortul de lunecare la interfaţă, calculat cu relaţia (5.1) rezultă :

Valoarea efortului capabil la lunecare, calculată cu relaţia (5.3) este:

Rd = 0,2 0,95 = 0,19 N/mm2 > Sd = 0,14 N/mm2

unde:

2 = 0,2 (conform tabelului 1)

Rt = 0,95 N/mm2 pentru beton de clasa C 16/20

Rezultă că nu sunt necesari conectori metalici.

Dacă planşeul trebuie verificat la oboseală:

Rd = 0,5 2 Rt = 0,095 N/mm2 > Sd = 0,14 N/mm2

În această situaţie există două posibilităţi:

a) se prevăd conectori metalici

1 = 0,2 şi 2 = 0,2 conform tabelului 1

Considerând la limită Rd = Sd = 0,14 din relaţia (5.2) rezultă:

unde coeficientul 0,5 apare din cauză că se face calculul la oboseală.

Efectuând înlocuirile se obţine :

w = 0,357 10-3

În această situaţie se alege coeficientul minim de armare w = 0,0015. Aria de armătură de conectare se determină astfel:

ASw = wsbl

Alegând distanţa între conectori s = 250 mm, rezultă:

ASw = 375 mm2

Se aleg conectori buclă, cu 2 ramuri, 8/250 mm; din OB 37 .

Rezultă ASwef = 402 mm2.

b) realizarea unei suprafeţe de categoria 2

În această situaţie :

2 = 0,2 conform tabelului 1;

Rd = 0,5 0,4 0,95 = 0,19 N/mm2 > Sd = 0,14 N/mm2

Rezultă că nu sunt necesari conectori metalici.

2. Verificare în secţiunea 2-2

Se face numai în cazul calculului la oboseală :

Deci, la distanţa de 1,00 m de capete nu mai sunt necesari conectori, chiar dacă planşeul trebuie verificat la oboseală iar interfaţa se încadrează în categoria 1.

În concluzie, dacă planşeul nu trebuie verificat la oboseală, nu sunt necesari conectori, deşi suprafaţa predalei se încadrează în categoria 1.

Dacă se impune verificarea la oboseală, fie se prevăd conectori metalici (sub formă de buclă cu 2 ramuri 8/25 cm OB 37) pe distanţă de câte 1,00 m de la marginile deschiderii, fie se realizează pe predală o suprafaţă de categoria 2 (conform pct. 5.3.2). Modificarea categoriei suprafeţei (de la 1 la 2) se poate face şi prin intervenţie ulterioară, în caz că predalele au fost deja executate.

Exemplul 2

Verificarea unei grinzi la alunecare (cazul lunecării de intensitate mare)

Fig. 2

Pentru grinda din figură, placa se toarnă ulterior, la interfaţă asigurându-se o suprafaţă de categoria 2. Din calculul la forţa tăietoare în secţiuni înclinate a rezultat, pentru armarea transversală, etrieri perimetrali 8/15 cm OB 37, iar forţa tăietoare maximă de calcul pe reazem VSd

= 150 kN .

Efortul maxim de lunecare la interfaţă este:

Luând în considerare şi conectori etrierii dispuşi în grindă, rezultă:

Sunt necesari conectori suplimentari. Se aleg 8/15 cm OB 37, dispuşi intercalat faţă de etrieri.

Lungimea pe care sunt necesari conectorii suplimentari se poate determina prin regula de trei simplă astfel:

Deci etrierii suplimentari trebuie dispuşi pe câte 1,0 m, la marginile deschiderii.

Fig. 3

Pe zona centrală a grinzii nu sunt necesari etrieri conectori pe lungimea de 1,70 m determinată astfel:

[top]

 

ANEXA 2

Simboluri utilizate în normativ şi echivalentele din STAS 10107/0-1990

Simbol Descriere Echivalent

d Înălţimea utilă a secţiunii de beton armat h0

bi Lăţimea secţiunii la interfaţă b

z Braţul de pârghie al eforturilor interioare z

ASI Aria armăturii întinse Aa

ASw Aria armăturii transversale de conectare, într-o secţiune Aac

Ac Aria secţiunii de beton (aria betonului comprimat) Ac

w Coeficientul de armare transversală

fcd Rezistenţa de calcul la compresiune a betonului R*c

fyd Rezistenţa de calcul a armăturii Ra

fywd Rezistenţa de calcul a armăturii transversale (conectori) Rat

Rt Rezistenţa de calcul la întindere a betonului Rt

Rd Rezistenţa de calcul la lunecare (la interfaţă)  

Sd Efort de lunecare de calcul la interfaţă

VSd Forţa tăietoare de calcul Q

ES Modulul de elasticitate al armăturii Ea

[top]