Fibra de carbon în construcții

Performantele fibrelor de carbon

Fibrele de carbon au o paletã mare de proprietãti mecanice, fiind rezistente din punct de vedere chimic, la variatii de temperaturã si având densitate redusa. Sunt recomandate,îndeosebi, pentru armarea compozitelor cu performante ridicate, a maselor plastice si a metalelor.

Materialul folosit preponderent pentru consolidarea materialelor plastice nu incetează să ofere surprize: un exemplu recent îl constituie construcţia de poduri.

Materia primã este diversã, întâlnindu-se la toate formele de agregare, in care se gãsesc substantele bogate în carbon:

-solidã: cãrbune amorf, asfalt de petrol, fibre organice

(celuloza, fibre acrilonitriile sau acrilice, reziduri de

la distilarea gudroanelor);

-lichidã: petrol, uleiuri aromatice, gudroane;

-gazoasã: hidrocarburi, acetilenã.

Fibrele de carbon sunt obtinute prin pirolizã controlatã la 1000-1700`C in atmosfera inerta, a unor materiale organice (celulozã, fibre acrilonitrilice, reziduri distilarea gudroanelor, fibre acrilice si în unele cazuri chiar a gudronului).

In aplicãri simultane a unor tratamente termice si mecanice se ajunge la realizarea unor armãturi sub formã de fire, benzi, tesãturi, pãturi preimpregnate sau cristale orientate preferential.

Utilizarea fibrelor de carbon in constructii

Printre materialele ne-conventionale care s-au impus tot mai mult in ultimul timp se numară şi fibrele de carbon. Acestea si-au gasit de mult o paleta largă de utilizări, printre altele în construcţia de maşini şi de avioane

Constructorii de poduri cred ca fibrele de carbon ar putea revoluţiona acest sector tehnic. Primul pod de autostradă construit în Europa care foloseşte module sandwich din fibre de carbon şi din fibre de sticlă, se întinde deasupra noii autostrăzi a aeroportului din Asturia, în nordul Spaniei. Prototipul finanţat de Uniunea Europeană, testat acum cu succes, se află pe drumul spre aeroportul Oviedo pe Costa Verde şi are o întindere de peste 46 m.

Inovaţia tehnică a fost posibilă datorită cercetărilor efectuate la centrul de teste al Uniunii Europene din Ispra în Italia. Pe terenul de 80 ha al complexului se află Elsa - cel mai mare ansamblu european de laboratoare pentru simulări seismice, testarea componentelor de poduri şi a materialelor de construcţii în condiţii extreme. După 5 saptămăni de testare a reacţiei la vibraţii şi la alte solicitări, modulul din fibre de carbon a primit certificatul "capabil de funcţionare în condiţii sigure".

Eugenio Gutierrez Tenreiro, directorul proiectului "materiale compound" arată că fibrele de carbon se evidenţiază ca material de construcţie prin două însuşiri esenţiale: el este uşor, iar construcţia are loc cu costuri reduse. Podul de la aeroportul din Oviedo cântăreşte 200 de tone, mai puţin de jumătate din greutatea unui pod din beton armat construit convenţional. La aceasta se adaugă viteza neobişnuită cu care poate fi construit: podul a fost terminat în două zile. Construcţia portantă din fibre de carbon şi de sticlă a fost montată într-o zi de lucru. Stratul de beton pentru carosabil a fost turnat in cea de-a doua zi, fără să fie nevoie de lucrări de cofraj. Autostrada a fost inchisă pentru construcţia podului mai puţin de două zile; în cazul unei construcţii convenţionale, ar fi fost închisă câteva săptămâni.

În prezent, costurile de fabricare a unui pod cu fibre de carbon sunt de câteva ori mai mari decât cele ale unui pod convenţional. Dar, pe de-o parte, modul rapid şi simplu de montare economiseşte costurile colaterale. Iar pe de altă parte, întreţinerea, renovările şi înbunătăţirile ce se impun neîntrerupt în cazul podurilor cu armături de metal, fiind extrem de costisitoare. Comparaţia este în ultimă instanţă în favoarea noului pod high-tech, în timp, acesta amortizând eficient costurile.

Tehnicienii americani urmăresc cu deosebit interes noua construcţie europeană. Daunele datorate coroziunii la podurile de autostradă din Statele Unite se cifrează anual la aproximativ 10 miliarde de dolari. Există aşadar o şansă reală ca materialele compozite din fibre de carbon şi optice, să se impună în viitor în construcţia de poduri. Dar nu numai în construcţia de poduri: cercetatorii europeni de la Ispra au deja şi alte proiecte în colaborare cu partenerul spaniol, concernul de constructii Necso. Ei au în vedere construcţii portuare şi construcţii portante pentru staţiile eoliene.

REABILITAREA STRUCTURILOR DE BETON ARMAT PRIN FOLOSIREA

COMPOZITELOR PE BAZĂ DE FIBRE DE CARBON

1. INTRODUCERE

Structurile de beton armat existente în număr mare sunt, multe dintre ele, proiectate corespunzător la acţiuni gravitaţionale dar având o capacitate portantă insuficientă la acţiuni orizontale de tip seism. Aceste structuri au fost proiectate conform standardelor în vigoare la data execuţiei lor, standarde care s-au modificat şi îmbunătăţit de-a lungul anilor. Multe construcţii existente au depăşit durata de exploatare proiectată fiind încă în exploatare datorită costurilor mari de înlocuire. Normele de proiectare mai vechi nu au inclus măsuri antiseismice sau au specificat nivele reduse ale acţiunii seismice. Comportarea structurilor proiectate la acţiuni gravitaţionale este neductilă şi implicit prezintă moduri de distrugere inacceptabile. Proiectarea s-a făcut în scopul realizării unei rezistenţe adecvate la acţiuni orizontale. Normele recente, pe plan naţional şi internaţional, au început să pună accentul pe detaliile de alcătuire şi armare ale elementelor structurale în scopul comportării ductile generale în paralel cu asigurarea cerinţelor de rezistenţă.