02. Structura+tipuri+rezist-deform beton

7/26/2019 02. Structura+tipuri+rezist-deform beton

http://slidepdf.com/reader/full/02-structuratipurirezist-deform-beton 1/67

Dr.ing. NAGY‐GYÖRGY TamásConferențiar

E‐mail: tamas.nagy‐[email protected]

Tel:+40 256 403 935

Web:http://www.ct.upt.ro/users/TamasNagyGyorgy/index.htm

Birou:A219

ReinforcedConcrete I. / Beton Armat I.

Facultatea de Construcții .Dr.ing. Nagy‐György T.




2.1 STRUCTURA BETONULUI2.2 TIPURI DE BETON

2.3 REZISTENȚELE BETONULUI2.4 DEFORMAȚIILE BETONULUI





Betonul este un material mixt, un amestec de:‐ agregate naturale balastieră sau carieră

artificiale zgură/argilă expandat ă/reciclate

balastieră

carieră

Obs: ‐ Agregatele mari ofer ă densitate și asigur ă rezisten ț a‐ Partea fină (nisip) umple golurile dintre agregatele mari și cre ște rezisten ț a liantului de ciment





Agregat balastieră Agregat carieră






artificiale zgură/argilă expandat ă/...reciclate

zgură/argilă expandat ă

agregate din sticlă expandat ă






artificiale zgură/argilă expandat ă/reciclate

”In Japan, recycling rate of concrete debris was 96% in 2000…”Koji SAKAI, Prof. of Kagawa University, Japan





Betonul este un material mixt, un amestec de:‐ ciment Portland

Portland cu adaosurihidrotehnicrezistent la sulfați





Betonul este un material mixt, un amestec de:

‐ apă

‐ aditivi (chemical admixtures)reductori de apă (rezistență )antrenori de aer (microporozitate)acceleratori de priză (iarna) întârzietori de priză (vara)plastifianți (lucrabilitate)pentru impermeabilizare (bazine)





Betonul este un material mixt, un amestec de:

‐ adaosuri (mineral admixtures)cenuşă volantă uscată (zburătoare)zgura granulată de furnal înalt (măcinată sau nemăcinată)silicea ultrafină (SUF) sau silicea amorf ă






artificiale zgură/argilă expandatăreciclate

‐ ciment PortlandPortland cu adaosurihidrotehnicrezistent la sulfați

‐ apă

‐ aditivi reductori de apăantrenori de aeracceleratori de priză întârzietori de prizăplastifianți

‐ adaosuri cenuşă volantă uscată (zburătoare)zgura granulată de furnal înalt (măcinată sau nemăcinată)silicea ultrafină (SUF)sau silicea amorf ă

AerCiment

Apă

Nisip

Pietriș





Agregate mari Agregate finePropor ția volumetrică

Pastă de ciment

70‐80 %

(Weiss J – Purdue University)





Betonul = material bifazic, format din agregatele înglobate în matricea de piatră de ciment :

‐ Neomogen‐ Anizotrop

‐ Material elasto ‐plasticObs: ‐ Elasticitate: datorit ă agregatelor și a pastei de ciment înt ă rit

‐ Plasticitate: datorit ă microfisur ă rii ‐ Viscozitate: datorit ă pastei de ciment neînt ă rit.

Piatra de ciment este un pseudosolid, format din:

1. formaţiunile cristaline de ciment întărit, nucleele nehidratate de ciment faza solidă2. gelurile cimentului faza vâscoasă3. apa legată chimic, fizic şi apa liberă faza lichidă4. porii capilari şi porii de gel care comunică între ei şi cu exteriorul faza gazoasă.





100

012631

% din volumul pietrei de ciment

80

6040

20

fază solidă

fază lichidă

fază gazoasăpori cu aer (evaporarea apei)

cim. nehidratat

ciment hidratat

apă

timp (luni)

Modificarea volumului fazelor din piatra de ciment

Evoluţia în timp a structurii betonului





2.1 STRUCTURA BETONULUI

2.2 TIPURI DE BETON






•BETON PROASPĂT ρ = 2300 … 2400 kg/m3

•BETON ÎNTĂRIT ρ = 2000 … 2600 kg/m3

•BETON UŞOR ‐ LIGHT‐WEIGHT CONCRETE (LC)

ρ = 800 … 2000 kg/m3

•BETON GREU ρ > 2600 kg/m3

•BETON ARMAT CU FIBRE ‐ FIBER REINFORCED CONCRETE (FRC)

•BETON AUTOCOMPACTANT ‐ SELF COMPACTING CONCRETE (SCC)











Ruperea betonului la compresiune monoaxială

c /-

ct

alungiretransversală ct

N

N

direcţ ia de încărcare

agregate mari

piatr ă de ciment

microfisuri deaderen ţă

propagareamicrofisurilor

a) b)

N

Nc)

scurtare, c

≈0,2





Ruperea betonului la compresiune monoaxială

1. Faza de comportare elastică : consolidare efortul unitar de compresiune este cuprins în intervalul 0 ‐f 0 (f 0 = rezisten ţ a la microfisurare a betonului)2. Faza de comportare elastico‐plastică : microfisurare efortul unitar de compresiune (f 0 ‐ 0.9 f cr)3. Faza finală de rupere : fisurare–rupere efortul unitar de compresiune depăşeşte valoarea critică( 0.9 f cr); f cil= rezisten ţ a cilindric ă la compresiune sub încă rcă ri statice de scurt ă durat ă este valoarea maximă

atinsă de efortul unitar de compresiune.

Curba c ‐ c a betonului supus la compresiune Variaţia volumului cilindrului comprimat





Ruperea betonului la întindere axial ă

influențat puternic de discontinuităț i





Comportarea cilindrului de beton supus ă la compresiune centrică











Microfisuri în piatra de cimentFacultatea de Construcții .Dr.ing. Nagy‐György T.





Microfisuri în piatra de ciment Forțe interioareFacultatea de Construcții .Dr.ing. Nagy‐György T.

f d





Microfisuri în piatra de ciment Forțe interioare Macrofisuri CedareFacultatea de Construcții .Dr.ing. Nagy‐György T.

Ri f dC t I / Bt A tI




Ruperea unui cub de beton cu frecare – din cauza platanelor presei apare solicitare biaxială


ReinforcedConcreteI / BetonArmatI




Comportarea betonului confinat supus la compresiune centrică

Beton confinat

TUB

Beton confinat

FRETĂ

Forțe interioare


ReinforcedConcreteI / BetonArmatI




Confinarea betonului = Creşterea rezisten ţei la compresiune a betonului prin crearea de solicitări triaxiale

se realizeaz ă prin împiedicarea deforma ţiilor cuajutorul etrierilor


ReinforcedConcreteI./ BetonArmatI.




Comportarea betonului confinat supus la compresiune centrică

Beton neconfinat






beton confinat

beton neconfinat

E f o r t u r i d e c o m p r e s i u n e

Deformații specifice






Fretă





Concluzii privind ruperea betonului:

-ruperea betonului se produce prin decoeziune , indiferent de tipul de solicitare, atuncicând deformaţ iile specifice de întindere ating valoarea maximă (ultimă );

- ruperea betonului are un caracter treptat , datorită acumulă rii unei cantităţ i critice dedegradă ri, sub formă de microfisuri, apoi de fisuri;

- se poate considera o comportare elastic ă până la valori ale eforturilor unitare care nudepăş esc rezisten ţ ele de microfisurare ;

- comportarea plastic ă se datoreaz ă apariţ iei ş i dezvoltă rii deformaţ iilor ireversibile, prinmicrofisurarea betonului ;

- ruperea betonului simplu are un caracter casant , deoarece se produce cu deforma ţ iifoarte mici.





Rezisten ţa Solicitarea Epruveta Denumirea Simbolul

Rezisten ţa lacompresiune

Compresiunemonoaxială

cilindru Rezistenţ a cilindrică(clasa betonului ) f cil

cub Rezistenţ a cubică f cub

prismă Rezistenţ a prismatică f pr

Rezisten ţa la

întindere

Întinderemonoaxială

Prismă ,cilindru Rezistenţ a la întindere f ct

Întindere prindespicare

cilindru,cub

Rezistenţ a la întindereprin despicare f ct sp

Întindere prin încovoiere

prismă încovoiată

Rezistenţ a la întinderedin încovoiere f ct fl

Încerc ă ri uzuale pentru beton






2.3 REZISTENȚELE BETONULUI

2.4 DEFORMAȚIILE BETONULUI





Cauzele care provoac ă deformaţ ii :- intrinseci (proprii) : contracția ș i umflarea- exterioare : încă rcă ri directe, deplasă ri impuse, variaţ ii de temp., etc.

Deformaţ ii :- deforma ţia elastic ă : se datoreaz ă fazei solide (agregate, cristale formate prin

întă rirea cimentului)ş i poate fi liniar ă sau neliniar ă ; la încetarea ac ţ iunii, teoretic corpulrevine instantaneu la forma iniţ ială .






Deformaţ ii :- deforma ţiia plastic ă : se produce datorită discontinuităţ ilor de structur ă (în specialmicrofisuri), care compromit aderenţ a agregat-piatr ă de ciment; apare la un anumitnivel de solicitare, creş te atât timp cât se men ţ ine încă rcarea, iar după încetareaacţ iunii, constituie deformaţ ie ireversibilă .






Deformaţ ii :-deforma ţia vâscoas ă : se datoreaz ă componentei gelice ş i este denumită curgerelentă ; deformaţ ia vâscoas ă se dezvoltă în timp ş i este par ţ ial reversibilă după încetareaacţ iunii.





Volumul betonului păstrat într-un mediu uscat scade Contrac ţia ( cs - shrinkage)

Volumul betonului păstrat în apă creș te Umflarea





Volumul betonului păstrat într-un mediu uscat scade Contrac ţia ( cs - shrinkage)

Volumul betonului păstrat în apă creș te Umflarea





Teoria deformaţ iile proprii ale betonului se datorează deplas ă rii apei în masabetonului

În betonul proasp ă t, apa se deplaseaz ă datorită transformă rii pastei de ciment înpiatr ă de ciment (contracţ ia chimică a cimentului); aceasta este denumit ă contrac ţie

endogen ă , ș i se produce foarte intens în primele zile după turnare.

εca (autogenous shrinkage)

În betonul înt ă rit, apa migreaz ă prin porii capilari din betonş i se elimină sub efectulvariaţ iilor de umiditateş i temperatur ă din mediul înconjur ă tor; aceasta este denumit ă contrac ţie de uscare.

εcd (drying shrinkage)

Pentru calcule, valoarea deforma ţiei specifice totale din contrac ţie

εcs = εca + εcd





Teoria deformaţ iile proprii ale betonului se datorează deplas ă rii apei în masabetonului

Contrac ţie de uscare (sau contrac ția plastic ă dup ă Newman & Choo)

‐ Apar la 1 ‐ 6 ore de la turnare‐ În general au ‐ max. 3 mm deschidere

‐ adâncime de 20‐50 mm

(Newman & Choo)

Evaporare

Faza inițială

După câteva oreFacultatea de Construcții .Dr.ing. Nagy‐György T.




Concluzii privind contracţ ia betonului:- Componenta ireversibil ă a contrac ţ iei se datoreaz ă îmbă trânirii gelurilor ,manifestată prin reducerea progresivă a volumului lor şi creş terea volumuluiformaţ iunilor cristaline;

- Componenta reversibil ă a contrac ţ iei scade în timp ş i se datoreaz ă :- fenomenului de capilaritate , independentă de vârsta betonului,- modifică rii grosimii peliculelor de apă adsorbite pe suprafa ţ a gelurilor,dependent ă de vârsta betonului;

- La nivelul componentelor pietrei de ciment, granulele nehidratateş i cristalele se opuncontracţ iei gelurilor, în consecinţă sunt comprimate, iar gelurile sunt întinse;

- La nivelul betonului, agregatele împiedică deformarea pietrei de ciment, care este întinsă ş i în unele zone fisurează .





Factorii care influen ţează contrac ţia ş i umflarea betonului- Starea de umiditate ş i temperatur ă : umiditatea relativă mai mică , iar temperaturilemai mari duc la valori ridicate ale deformaţ iilor din contracţ ie

RH ↘ + Temp ↗ εcs ↗

- Volumul gelurilor : creş te cu dozajul de ciment

Vgeluri ↗ εcs ↗

- Agregatele: influenţ eaz ă prin raportul P/N

P/N ↘ Apă ↗ Agregate/Ciment ↘ εcs ↗

εcs, ciment > εcs, mortar > εcs, beton





Factorii care influen ţează contrac ţia ş i umflarea betonului (cont)

-Aditivii superplastifian ţi permit reducerea raportului A/C, f ă r ă ca lucrabilitatea săscad ă

-Compactitatea mai mare a betonului rezistenţ ele betonului mai marideformaţ iile din contracţ ie mai mici

-Posibilitatea de evaporare a apei: contrac ţ ia este cu atât mai mare cu cât suprafa ţ aspecifică , dată de raportul dintre suprafaţ a expus ă ş i volumul elementului este maimare.





Contrac ţia betonului armatExperimental: valoarea contrac ţiei betonului armat este mai mică decât cea abetonului simplu,ş i anume cu atât mai mică , cu cât procentul de armare este maimare.

Explicaţ ia: aderen ţa dintre beton ş i armă tur ă diminueaz ă tendin ţa de contrac ţie abetonului, armă tura opunându-se contrac ţ iei.

în armă tur ă se nasc eforturi unitare de compresiune ş i în beton de întindere .





Contrac ţia betonului armat

Element b.a. cu deplasare liber ă :

ε cs = εct + ε sc

Element b.a. cu deplasare împiedicat ă

ε cs = εct

ε cs = deformaţ ia specifică liber ă totală din contracţ ie a b.s.ε sc = deformaţ ia specifică de compresiune din armă tur ă ( = contracție b.a.)

ε ct = deformaţ ia specifică de întindere din beton, cauzat ă de prezen ța armă turii

ε c s

L o

ε c t

ε s c

L

ε c t

L o

= L

Ac As

Beton simplu Beton armat

Beton armat cu

deplasare împiedicat ă





Contracţia betonului armat

Efortul de compresiune în armă tur ă :

For ța de compresiune în arm ă tur ă corespunză toare:

Efortul de întindere în beton:

For ța de întindere în beton corespunz ă toare:

ε cs εscε ct






Condiția de echilibru în direcția longitudinală:

unde coeficient de armare (nu procent!)

și coef. de echivalență (= de câte ori este oțelul mai rigid decâtbetonul)






Efortul în armă tur ă : compresiune

Pt determinarea efortului în beton:






‐ Contracția BA este mai mică decât pentru B

‐ Considerând

1 2 3 1 1%; 2 2%; 3 3%

ρ1

ρ2

ρ3

t

σ s

t

σ c

ρ3

ρ2

ρ1

ε cs εsc

ε ct

Yielding of R Cracking of C

1 ·





Contrac ţia betonului armat

În structuri nedeterminate contrac ția induce eforturi.Aceste eforturi pot fi asimilate cu o variație de temperatur ă (aprox. ‐

15⁰C)





Contrac ţia betonului armat - Cf. 1992-1-1:2004 (EC2)

εcs = εcd + εca

εcd,∞ = kh · εcd,0

Kh = coeficient func. h0

h0 = 2Ac/u (raza medie a sec ț.)

Ac = aria sec ț. de beton

u = perimetrul expuse la uscare

εca (∞) = 2,5 (f ck – 10) · 10-6

Contrac ț ia betonului depinde de umiditatea mediului, de dimensiunile elementului ș i decompozi ț ia betonului.





Contrac ţia betonului armat - Cf. 1992-1-1:2004 (EC2)

εcd(t) = ds (t,ts) · kh · εcd,0 evoluția contracției de uscare în timp

εca (t) = as(t) · εca (∞) evoluția contracției endogene în timp

Contrac ț ia betonului depinde de umiditatea mediului, de dimensiunile elementului ș i decompozi ț ia betonului.





Deformaţiile betonului din variaţiile de temperatur ă

Efectul variaţ iilor de temperatur ă asupra structurilor se poate asimila cu cea adeformaţ iilor impuse.Se iau în considerare varia ţ iile de temperatur ă : - mediului ambiant

- climatice- tehnologice

Undel ‐ lungimea iniţ ială a elementului; Δ t - gradientul de temperatur ă , în °C;α = 10 ·10 -6 /°C ‐ coeficientul de dilataţ ie termică a betonului

∆





Deforma ţiile betonului sub înc ă rcă ri statice de scurt ă durat ă

Curba caracteristic ă a betonului solicitat axial de înc ă rc ă ri de scurt ă durat ă

e - def. specific ă elastic ă

p - def. specific ă plastic ăE

c=

c/

e- modul de elasticitate






Influen ţ a calit ăţ ii betonului asupra formei curbei caracteristice

- deformaţ ia corespunză toare rezisten ţ ei betonului la compresiune este practic aceea ş i indiferent de calitateabetonului (≈ 2... 2,2‰)- deformaţ ia specifică ultimă scade dac ă clasa betonului creş te;- modulul de elasticitate creş te cu rezisten ţ a betonului.- forma curbei depinde ş i de viteza de încă rcare; rezistenţ ele betonului cresc, iar deformaţ iile specifice ultime

scad cu cât înc ă rcarea este aplicat ă cu viteză mai mareFacultatea de Construcții .Dr.ing. Nagy‐György T.





Influenţ a confină rii betonului asupra deformaţ iei specifice ultime de compresiune





Modulii de deforma ţ ie ai betonului

Modulul de elasticitate longitudinal

E c = tg α = σ c / εe (f c ↗ Ec ↗)

Modulul de elasticitate transversal

unde = 0,2 coef. Poisson pt beton

G c = 0,4E c

Modulul de elasticitate ‐ plasticitate (modulul secant)

Modulul tangent

E cT = tg = d σ c / d ε e

2 1

1 /





Deforma ţiile betonului sub înc ă rcă ri statice de lung ă durat ă

Curgerea lent ă (fluaj) (Creep)

Curgerea lent ă a betonului depinde de umiditatea mediului, de dimnesiunile elementului ș i de compozi ț ia

betonului + de vârsta betonului în momentul primei înc ă rc ă ri ș i de durata ș i intensitatea înc ă rc ă rii.

c ≤ f 0 =(0,3…0,6)f c curgere lent ă liniar ă

cc,t = (t, t 0) e - deforma ţia de curgere lent ă la timpul t

(t, t 0) - coeficientul deforma ţiei de curgere lent ă la timpul t

- modulul deforma ţiei de durat ă,

1 ∞, 0







t=0

F = const. F = const.

L =

1

t=t

εφ

ε t ε o


betonului + de vârsta betonului în momentul primei înc ă rc ă ri ș i de durata ș i intensitatea înc ă rc ă rii.Facultatea de Construcții .Dr.ing. Nagy‐György T.






σs ↗ σc ↘ρ ↗ εφ↘ Δσs ↘

ρ ↗ transfer de forță↗ Δσc ↗ σc ↘

ρ1 ρ2

ρ3

t

σ s f

y

f s

t 0 t t 0

σ c

f c

Δσ s=εφ E s

Δσ c

ρ1

ρ2

ρ3

1 2 3








‐ Curgerea lentă și contracția în elemente comprimate ac ționează în aceeași direcție.

‐ În cazul elementelor întinse sau cu zone întinse acțiunea curgerii lente este favorabilă și ducla reducerea riscului de fisurare a betonului.

‐ Armătura transversal ă nu influențează deformația din curgerea lentă, deoarece aceasta arecaracter linear.

‐ Curgerea lentă are influență important ă în cazul săgeților și a flambajelor.







Curgerea lent ă (fluaj) (Creep) – SR EN 1991‐1‐1

t 0 ( z i l e )

( ∞ , t 0 )

‐ Alegerea condițiilor de mediu (RH=50% interior; RH=80% exterior)‐ Alegerea tipului de ciment (N, R, S)

‐ Alegerea clasei de beton ‐ Calculul coef. h0

C f c

k / f c

k , c

u b e

h0=2A c /u

Curgerea lent ă a betonului depinde de umiditatea mediului, de dimensiunile elementului ș i de compozi ț ia






Curgerea lent ă (fluaj) (Creep) – SR EN 1991‐1‐1

t 0 ( z i l e )

( ∞ , t 0 )

1. t0 ‐ vârsta betolnului la prima încărcare2. Secantă

3. h0 [mm]

C f c

k / f c

k , c

u b e

h0=2A c /u

1

2

3

4

5

Curgerea lent ă a betonului depinde de umiditatea mediului, de dimensiunile elementului ș i de compozi ț ia





Deforma ţiile betonului în timp ‐ Deformaţia total ă a betonului





Efectul descărcării asupra deforma țiilor de curgere lentă

εc0

ε cc,t





Deforma ţiile betonului sub înc ă rcă ri dinamice repetate

r = deformaţ ii remanente (ireversibile)Rezistenţ a la oboseal ă f 0






02. Structura+tipuri+rezist-deform beton

Documents