Cursuri Beton

1.1 B ETONUL NEARMAT , BETONUL ARMAT , BETONUL PRECOMPRIMAT

Betonul este un material de construcţie mixt, obţinut din agregate, ciment şi apă, amestecate în anumite proporţii; pentru a îmbunătăţi proprietăţile betonului, se adaugă aditivi şi uneori adaosuri. După hidratare şi hidroliză, cimentul se întăreşte, înglobând agregatele.

Datorită structurii sale mixte, betonul este neomogen. De asemenea, este anizotrop (nu are aceleaşi proprietăţi după orice direcţie); de exemplu, betonul turnat în cofraj şi vibrat va fi mai compact spre partea inferioară a plăcilor sau grinzilor.

Betonul este caracterizat de rezistenţa relativ mare la compresiune şi rezistenţa mică la întindere;

în funcţie de calitatea betonului, raportul dintre aceste rezistenţe ( f c

întindere) poate fi:

la compresiune şi

f ct la

f c f ct = 10...20

Capacitatea de deformare a betonului este limitată; deformaţiile specifice la care se produce ruperea (deformaţiile ultime) au valori mici, betonul fiind un material casant:

─ la compresiune εcu = 2...3,5‰ (mm/m),

─ la întindere εctu = 0,1...0,15‰ (mm/m).

Datorită acestor proprietăţi, betonul nearmat sau betonul masiv poate fi utilizat raţional în structuri în care este supus la compresiune, cum ar fi fundaţii masive, îmbrăcăminţi rutiere, unele construcţii hidrotehnice. În figura 1.1a se prezintă cedarea unui element încovoiat din beton simplu, produsă prin despicarea lui imediat după apariţia primei fisuri în zona întinsă.

Comportarea betonului se poate îmbunătăţi substanţial, dacă în zonele întinse ale elementelor de rezistenţă se dispun bare din oţel denumite armături, obţinând astfel betonul armat, material compozit cu proprietăţi specifice.

După ce în betonul întins se atinge deformaţia specifică maximă la întindere, în secţiunea cea mai solicitată apare o fisură şi armătura preia tot efortul de întindere. Secţiunea activă luată în considerare

este formată din betonul comprimat şi din armătura de rezistenţă întinsă (fig. 1.1b), betonul întins

dintre fisuri fiind neglijat în calcule în mod curent.

Datorită aderenţei, în armătură şi în fibrele alăturate de beton deformaţiile specifice sunt egale

până la fisurarea betonului, deci

εs = εct . Admiţând pentru beton deformaţia specifică maximă la

întindere εctu = 0,1‰, efortul unitar în armătură în momentul fisurării betonului întins are valoarea:

σs = εs Es = (0,1 1000)⋅ 210000 = 21 N

unde fy este limita de curgere a armăturii.

mm2 (0,08...0,10)f y ,

Pentru ca oţelul să fie folosit eficient, eforturile unitare de întindere produse de încărcările de

serviciu, care apar cel mai frecvent pe durata de viaţă a construcţiei, trebuie să fie suficient de mari,

aproximativ

(0,5...0,7)f y . Evident, valoarea corespunzătoare a deformaţiei specifice a betonului

depăşeşte εctu.

Rezultă de aici una din caracteristicile principale ale betonului armat, aceea de a lucra cu zona

întinsă fisurată sub efectul încărcărilor de serviciu. În practica de proiectare se iau măsuri pentru a limita deschiderea fisurilor la valori acceptabile din punctul de vedere al durabilităţii elementului.

Caracterul ruperii elementelor din beton armat este influenţat în principal de procentul de armare (cantitatea de armătură raportată la secţiunea de beton) şi de modul de solicitare. În general, pentru procente relativ mici de armare, armătura întinsă ajunge la curgere şi ruperea se produce lent, cu deformaţii semnificative, având un caracter ductil.

q beton comprimat σcs < fc

M

L

a) Betonul simplu

h beton întins

b

σci = fct

a.n.

q

As

b) Betonul armat

q

Ac σcs = fc

a.n. M

As

σs = fy

σ + σ q = σ N +q

N 0

Ap

c)

Betonul precomprimat

N 0

Mq Mq

N 0

σci > 0

Fig. 1.1 Comportarea elementelor încovoiate din beton simplu, beton armat şi beton precomprimat

Conlucrarea celor două materiale cu proprietăţi de rezistenţă şi de deformare diferite este posibilă

datorită următoarelor aspecte:

− în cazul unei alcătuiri corecte, aderenţa, adică legătura care ia naştere între beton şi armătură în timpul întăririi betonului, se menţine până la ruperea elementului, asigurând caracterul monolit al

elementelor din beton armat;

− coeficienţii de dilatare termică au valori aproximativ egale pentru beton şi pentru oţel;

− oţelul armăturilor se conservă bine în mediul bazic format prin hidratarea şi hidroliza

cimentului; dacă inevitabilele fisuri din zonele întinse ale elementelor nu au deschideri prea mari,

un strat de acoperire de câţiva centimetri cu beton asigură suficientă protecţie armăturii.

Betonul precomprimat reprezintă o variantă superioară a betonului armat, caracterizat de evitarea fisurării zonei întinse sub efectul încărcărilor de serviciu; astfel, toată secţiunea devine activă (fig.1.1).

În acest scop, în beton se introduce o deformaţie de compresiune cu caracter permanent înainte de aplicarea încărcărilor (precomprimare), de regulă cu ajutorul unor armături pretensionate de mare rezistenţă; starea permanentă de compresiune este menţinută prin intermediul aderenţei sau prin ancoraje speciale. Din cauza solicitării puternice atât a betonului, cât şi a oţelului, este necesară

utilizarea materialelor cu rezistenţe ridicate.