Şef lucrări dr.ing. Eugen Lozincă Catedra Construcţii de Beton Armat B.A. I U N I VERSITATEA TEHNICABETON ARMAT BETON ARMAT ŞI ŞI PRECOMPRIMAT PRECOMPRIMAT Bibliografi e recomandată: 1. Comportarea şi calculul elementelor din beton armat Radu Pascu 2. Beton Armat (Note de curs) –Părţile a I-a şi a II-a Tudor Postelnicu şi Mihai Munteanu 3. SR EN 1992-1-1: Euro co d 2 – Proiectarea stru ct ur il or de bet on 4. Rein fo rced Con cret e – Mechan ic s and desi gn (4th edit ion) James MacGre gor ş i James Wi ght
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
2
Definiţii conform DEX
BETON = Material de construcție obținut prinamestecarea unui material granular (pietriș, nisip) cuun liant (ciment, bitum etc.) și cu apă, și care, după
priză și întărire, devine consistent și rezistent ca piatra.
BETON ARMAT = beton de ciment în masa căruia se înglobează o armătură de oțel, destinată să preiaeforturile de întindere.
BETON PRECOMPRIMAT = beton armat la care se
realizează, înainte de încărcare, o stare permanentă decomprimare (prin întinderea armăturii active de oțel
înainte de (sau după) turnarea betonului.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
4
Noţiuni introductive
În elementele structurale apar de regulă eforturi de întindere, generate în principal de solicitări de încovoiere, respectiv de momentele încovoietoare.
Din cauza slabei rezistenţe la întindere, utilizareabetonului simplu este limitată la elemente masive supusedoar la eforturi de compresiune, cum ar fi fundaţiilemasive, zidurile de sprijin, baraje de greutate.
Utilizarea betonului pe scară atât de largă cum este înprezent a fost posibilă datorită asocierii acestuia cu unmaterial care posedă o bună rezistenţă la întindere.
Prin asocierea betonului cu bare de oţel se obţine unmaterial compozit, numit BETON ARMAT, cu o bună rezistenţă la compresiune, calitate intrinsecă a betonului,şi o bună capacitate de preluare a eforturilor de
întindere conferită de prezenţa armăturilor de oţel.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
8
Comportarea unei grinzi din beton armat
Grinda din material elasto-plastic
În cazul grinzii din material elasto-plastic, distribuţia eforturilor pe
secţiune este liniară până atingerea efortului de curgere în fibra extremă,după care efortul maxim se plafonează, iar curgerea se propagă spreinteriorul secţiunii;
Ruperea se produce în momentul în care se atinge deformaţia specifică
ultimă în fibra extremă a secţiunii.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
9
Comportarea unei grinzi din beton armat
Grinda din beton simplu
În cazul grinzii din beton simplu, ruperea se produce când este atinsă rezistenta la întindere f ct a betonului. O fisură perpendiculară pe axa grinzii
apare la partea inferioară a grinzii, se dezvoltă rapid în sus şi declanşează ruperea.
Efortul maxim de compresiune este mult inferior rezistenţei la compresiunea betonului.
Ruperea este casantă (bruscă), f ără avertizare.
σ
ε
Compresiune
Întindere
cuε
tuε
c f
ct f
cσ
ct f tuε
tuc ε ε =
cσ
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
10
Comportarea unei grinzi din beton armat
Grinda din beton armat
ct f
cd f
s A ss A σ yd s f A
În cazul grinzii din beton armat, atingerea f ct marchează doar începutulfisurării. Eforturile de întindere sunt transferate de la betonul întins la
armătură şi momentul este echilibrat printr-un cuplu format de forţa de întindere din armatură şi rezultanta eforturilor de compresiune din betonulsituat deasupra axei neutre.
La elementele de beton armat corect conformate ruperea se produce numaicând betonul comprimat î şi epuizează capacitatea, mult după intrarea încurgere a armăturii, astfel încât grinda evidenţiază o comportare ductil ă.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
13
Comportarea unei grinzi din beton armat
Deoarece betonul armat este un material compozitrezultat din asocierea a două materiale cu proprietăţimecanice diferite, comportarea betonului armat este
diferită şi mult mai complexă decât cea a materialuluiideal, linear-elastic, pe baza căruia sunt dezvoltateteoriile din Rezistenţa Materialelor, şi, mai general, dinMecanica Mediului Continuu.
În plus, după fisurarea betonului întins, materialul î şipierde şi continuitatea.
De asemenea, atât betonul, cât şi armăturile de înaltă rezistenţă folosite la beton precomprimat auproprietăţi reologice (fluaj şi respectiv relaxare).
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
15
AVANTAJELE betonului armat
1. Economie: Betonul este un material relativ ieftin; deexemplu, pentru o structură etajată (locuinţe sau birouri),structura din beton armat costă aproximativ de două orimai puţin faţă de varianta cu structură metalică.
2. Accesibilitate: principalele materiale componente (cimentul,nisipul şi pietrişul), precum şi echipamentele de amestecare,sunt accesibile în majoritatea zonelor geografice, iar oţelul
beton este în general mai uşor de transportat decâtelementele structurale metalice.
3. Rezistenţă la foc: structurile trebuie să reziste la acţiuneafocului şi să rămână în picioare suficient timp pentru ca
clădirea să fie evacuată. Structurile de beton au o rezistenţă de circa 2-3 ore la foc, f ără a se lua măsuri speciale, ca încazul structurilor metalice.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
16
AVANTAJELE betonului armat
4. Cheltuieli reduse de întreţinere: structurile din betonnecesită cheltuieli mult mai mici cu întreţinerea faţă destructurile metalice (protecţii anticorosivă şi ignifugă).
5. Redundanţă structurală: structurile din beton au de regulă un grad ridicat de nedeterminare statică, ceea ce le conferă rezerve de rezistenţă în cazul unor supraîncărcări sauacţiuni accidentale.
6. Versatilitate: posibilitatea de a realiza o mare varietate deforme şi dimensiuni. Betonul proaspăt este plastic şi iaforma cofrajului în care este turnat.
Dimensiunile elementelor nu sunt limitate de dimensiunilesortimentelor disponibile pe piaţă (ca în cazul profilurilormetalice) sau de gabaritele maxime de transport.
Se pot realiza astfel forme extrem de avantajoase structural
şi arhitectural – de exemplu plăci plane şi curbe.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
21
DEZAVANTAJELE betonului armat
1. Greutate specifică relativ ridicată (circa 2,4 t/m3). Acestdezavantaj poate fi compensat prin utilizarea agregateloruşoare, care dau un beton uşor (sub 1,8 t/m3).
2. Raport rezistenţă/greutate relativ mic (pentru beton este decca. 24 MPa / 2400 kg/m3 ≈ 1/100, în timp ce pentru oţel estede 300 MPa / 7850 kg/m3 ≈ 1/30). Acest dezavantaj poate ficompensat prin realizarea de betoane de înaltă rezistenţă
(care au o rezistenţă la compresiune între 60 şi 120 MPa).3. Rezistenţa redusă la întindere a betonului (1/10 ÷ 1/20 din
rezistenţa la compresiune) provoacă fisurarea zonei întinseşi armătura se poate coroda în anumite condiţii.
4. Permeabilitate relativ ridicată. Betonul este permeabildatorită structurii sale poroase; apa poate transporta agenţiagresivi sau poate cauza cicluri de îngheţ-dezgheţ în masa
betonului.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
22
DEZAVANTAJELE betonului armat
5. Conductivitatea termică şi cea fonică sunt relativ ridicate.6. Necesitatea de a folosi cofraje şi sprijiniri. Realizarea unei
structuri din beton armat implică trei operaţii distincte,consumatoare de materiale şi manoperă, ce nu sunt întâlnitela alte tipuri de structuri: confecţionarea cofrajelor,decofrarea şi susţinerea elementelor până când betonulcapătă suficientă rezistenţă. Eliminarea parţială a acestuidezavantaj se poate face prin standardizarea elementelor (şicofrajelor) şi prin prefabricarea elementelor structurale.
7. Deformaţii care au loc în timp, pe o perioada îndelungată:contracţia de uscare şi curgerea lentă (fluajul). Primul
fenomen poate produce eforturi de întindere dacă deformaţiile sunt împiedecate, iar cel de-al doilea generează creşterea în timp a deformaţiilor (săgeţilor) elementelor
încovoiate. O proiectare şi o execuţie adecvate limitează
efectele negative ale acestor fenomene.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
23
DEZAVANTAJELE betonului armat
8. Fabricarea cimentului este poluantă. În prezent se faceforturi notabile pentru a se dezvolta tehnologii deproducere a cimentului mai puţin poluante.
9. Transformările ulterioare sau eventualele lucrări deconsolidare sunt relativ greu de realizat.
10. Demolarea este costisitoare, materialele rezultate dindemolare sunt greu de reutilizat.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
24
Scurt istoric
Betonul (conform definiţiei generale) a fost folosit camaterial de construcţii încă din epoca romană.Betonul “roman” utiliza ca liant cenuşa vulcanică şi
mortarul de var.
Pantheon-ul din Roma reprezintă un exemplu deconstrucţ ie la realizarea căreia s-a folosit betonul
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
25
Scurt istoric
Treptat betonul dispare ca material de construcţie şireapare abia în secolul al XIX-lea, după inventareacimentului modern.
Louis Vicat
(1786-1861)
Inventarea cimentului modern este revendicată atâtde francezi (Louis Vicat, 1812-1813), cât şi de englezi(Joseph Aspdin, 1824), care au obţinut ciment prin
arderea unui amestec de calcar şi argilă.
Joseph Aspdin
(1778-1855)
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
27
Scurt istoric
Betonul armat este inventat către mijlocul secolului alXIX-lea; paternitatea sa fiind atribuită grădinaruluifrancez Joseph Monier, pentru că patentele înregistratede el începând cu 1867 au avut efecte, contribuind decisivla dezvoltarea betonului armat ca material structural.
Joseph Monier (1823-1906)
Pod în Chazelet realizatconform unui patent a lui Monier
Brevetele sale au fost cumpărate de firma germană Wayss&Freytag, care a executat numeroase lucrări între
1886 şi 1900 folosind “betonul Monier“.
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
28
Scurt istoric
Utilizarea betonului ca material structural se dezvoltă rapid înultimele două decenii ale secolului al XIX-lea şi începutul secolului alXX-lea.
Inginerii francezi (Hennebique, Considéré) şi germani (Mörsch,
Koenen, Dischinger) au avut contribuţii importante la dezvoltareateoriei şi practicii noului material.
Primele norme de proiectare apar în Elveţia (1903), iar până în 1911
apar norme similare în Germania, Franţa, Marea Britanie, StateleUnite şi Rusia. Se pun bazele metodei de calcul la rezistenteadmisibile, care va fi utilizată până în anii ’50:
• 1903 - “Norme provizorii pentru calculul betonului armat”, Elveţia
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
29
Scurt istoric
Începând din anii 1930 devine materialul preferatpentru structuri. Pentru construcţii cu deschideri marişi aspect deosebit se utilizează plăci curbe subţiri dinbeton armat.
Piaţ a acoperită din Algeciras(Eduardo Torroja, 1933, 48 m deschidere)
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
30
Scurt istoric
Un moment important îl constituie apariţia betonuluiprecomprimat, legată de numele inginerului francezEugène Freyssinet (1928).
Prin precomprimare se realizează o stare iniţială de compresiune în beton, eliminându-se astfel, total sau parţial, eforturile de întindere în exploatare. Aceasta face să dispară dezavantajelefisurării betonului armat şi permite utilizarea eficace a unorarmături de înaltă rezistenţă.
În consecinţă se pot realiza elemente cu deschideri mult mai maridecât cu beton armat.
Hangar al aeroportului din OrlyEugène Freyssinet (1879-1962)
S i i
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
31
Scurt istoric
Anii ’40 aduc un progres important prin elaborarea teorieişi calculului la rupere de către cercetătorii ruşi.
Comportarea structurilor din beton armat la acţiuniseismice începe să fie intens studiată după cutremurulcalifornian din El Centro, din 1940.O contribuţie deosebită a avut-o profesorul neozeelandez deorigine maghiară Thomas Paulay, care a dezvoltat în anii
’80 metoda proiectării capacitaţii de rezistenţă, influenţândconcepţia privind proiectarea structurilor din beton armatpe plan mondial (şi implicit în România).
Thomas Paulay(1923-2009)
S t i t i
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
32
Scurt istoric
În prezent, construcţiile de beton armat au ajuns laperformanţe tehnice foarte înalte, în ceea ce priveştedimensiunile şi complexitatea formei, şi sunt utilizate înmediile cele mai defavorabile (platforme marine,
anvelope de reactoare nucleare etc.).
Burj Khalifa, Dubai
(828 m înălţ ime)
Vedere din Burj Khalifa
S t i t i
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
38
Scurt istoric
În România, figura cea mai importantă în perioada de început este Anghel Saligny care a realizat în premieră mondială silozuri de cereale la Brăila şi Galaţi cupereţi din elemente prefabricate (1884-1889).
Elemente prefabricatefolosite de Saligny lasilozurile de la Br ăila
B A I Scurt istoric
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
39
Scurt istoric
În 1903 Şcoala de poduri şi şosele din Bucureştiintroduce betonul armat în programa de învăţământ.Primul curs de beton este ţinut de prof. Ion Ionescu(1870-1946): martie 1903 – conferinţa Prof. Ion Ionescu: “Calculul
betonului armat după metoda lui Mathias Koenen”
1903 – primele proiecte de poduri de beton armat la
“Şcoală” 1910 – proiect obligatoriu de beton armat în anul IV
1915 – curs “Construcţii şi proiecte de beton armat”, cu odurată de 90 ore
1915 – lucrarea “Betonul armat – expunere elementară aregulilor de construcţie şi principiilor de calcul”, prof.Ion Ionescu, reeditată 1928
B A I Scurt istoric
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
40
Scurt istoric
Încă din primul deceniu al secolului XX, academicianulGogu Constantinescu realizează diverse lucrări dinbeton armat la Cazinoul din Constanţa (1909), lamoscheea din Constanţa etc.
Ac. Gogu Constantinescu(1881-1965)
B A I Scurt istoric
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
42
Scurt istoric
Înainte şi după cel de-al doilea război mondial, figuracea mai proeminentă în domeniul betonului armat afost profesorul Mihail Hangan (1896–1964). A fostprimul Şef al Catedrei de Beton Armat din cadrul
Institutului de Construcţii şi a pus în acest timp bazeleprimului Laborator de Beton Armat din România.
Prof. Mihai Hangan(1897-1964)
B.A. I Scurt istoric
5/14/2018 BA I - Partea a 1-a Eugen Lozincă - slidepdf.com
Şef lucrări dr.ing. Eugen LozincăCatedra Construcţii de Beton Armat
B.A. I
U N I V E
R S I TATEA
T E H N I C A
43
Scurt istoric
În anii 1950-1989 construcţiile din beton armat capătă o dezvoltare deosebită, fiind favorizate de politica deindustrializare a ţării şi de cea de construire de locuinţecolective în oraşele care se dezvoltă rapid.
După 1989 urmează un deceniu în care volumul deconstrucţii este foarte scăzut, însă după anul 2000,
odată cu revirimentul economiei, creşte şi volumul deinvestiţii în construcţii, în special clădiri pentrubirouri, locuinţe şi centre comerciale. Se remarcă creşterea deschiderilor (de la cel mult 6 m la 7,5-8 m) şi
a calităţii betoanelor folosite (de la betoane de clasaBc20–Bc25 la betoane de clase Bc30–Bc40).