Betoanele sunt conglomerate artificiale, obtinute din intarirea unui amestec de liant, agregat mare (pietris, piatra sparta) si apa.Alegerea si dozarea componentilor se face in functie de marca betonului, simbolizata cu B , pentru a se asigura rezistenta mecanica si stabilitatea in timp a constructiei.

Betoanele se folosesc pentru realizarea structurilor de rezistenta, cum ar fi pereti portanti, grinzi, picioare de pod, baraje.

In functie de compozitie si utilizari, se prepara o gama larga de sortimente:

Beton pe baza de ciment Portland Beton aditivat, pe baza de amestec de ciment cu zgura de furnal sau cenusa de

termocentrala in proportie de 20% Beton bituminous, cu continut variabil de bitum sau gudroane.

Betoanele sunt destinate unor lucrari de constructii civile, hidrotehnice sua speciale (in acest caz se folosesc betoane antiacide, termorezistente, rezistente la foc) si difera prin densitate (1000 kg/mc – 2500 kg/mc) si structura, care poate fi compacta (normala), microporoasa sau celulara.

Betonul intarit (produs finit) trebuie sa prezinte anumite caracteristici, de care depinde soliditatea constructiilor, respective o anumita compactitate si elasticitate si o variatie de volum redusa in stare solida, pentru a nu periclita stabilitatea constructiilor.

Compactitatea este caracteristica de baza a betonului care determina rezistenta mecanica, respective rezistenta la compresiune. Aceasta reprezinta principalul indice de calitate a betoanelor, in functie de care se stabileste marca betonului.

Compactitatea reprezinta raportul dintre volumul fazei solide si volumul total al corpului, respectiv indicele de compactitate

trebuie sa aiba valori intre 0,75–0,92 pentru a se asigura calitatea lucrarilor effectuate in constructii.

Compactitatea depinde de cantitatea de ciment si apa folosita la obtinerea betonului si se mareste prin alegerea adecvata a agregatelor (natura, granulometrie) si reducerea raportului apa/ciment folosit la preparare.

In acest sens, variatiile de temperature la preparare determina variatiile de volum, iar acceleratorii de priza si cresterea raportului apa/ciment reduce compactizarea betonului, respective rezistenta mecanica a acestuia.

Compactizarea se realizeaza mechanic in doua variante:- prin vibrare- prin torcretare, procedeul constand in aplicarea unor straturi successive de beton prin

proiectare cu o anumita viteza (150-170 m/s) si de la o anumita distanta (0,9-1,2m) cu ajutorul unui dispozitiv special numit torcret.

Elasticitatea betonului este relative redusa. Depinde de caracteristicile cimentului, umiditate, temperature mediului, varsta betonului, natura agregatelor.

In constructii se foloseste beton armat – un material compozit care reuneste proprietatile betonului (rezistenta la compresiune) cu proprietatile otelului (rezistenta la tractiune si incovoiere). Armaturile sub forma de bare sau plase de otel, au rolul de a prelua eforturile de

intindere pe care nu lepoate prelua betonul. Utilizand beton armat, creste soliditatea si durabilitatea constructiilor.

Contractia si dilatarea betonului se datoreaza modificarilor de volum care incep din momentul amestecarii cimentului si agregatelor cu apa. Umiditatea din aer si temperatura influenteaza de asemenea volumul piesei turnate.

Contractia creste daca proportia de si creste in ciment, daca se adauga

pentru accelerarea prizei si daca raportul apa/ciment creste. Microagregatele

influenteaza contractia prin legarea unei cantitati de apa in functie de dimensiunea lor.Pentru obtinerea betoanelor de calitate sunt necesare conditii optime pentru preparare si

anume :- alegerea agregatelor (natura si dimensiunea lor) si respectarea dozajului- incalzirea apei la 70˚C si a agregatelor la cca 50˚C, inaintea amestecarii- acoperirea lucrarii cu materiale termoizolante pentru ca priza sa se realizeze la

temperatura de cca 40-50˚C; daca temperature mediului este scazuta se adauga acceleratori de priza

- asigurarea omogenitatii prin amestecarea continua a betonului preparat , pana in momentul turnarii

Pentru a face posibila utilizarea (turnarea) in alt loc si in alt moment decat cel al prepararii, se folosesc o serie de aditivi pentru:

- reglarea timpului de priza (intarzietori de priza)- prevenirea inghetarii betonului in anotimpul rece (NaCl)- reducerea permeabilitatii (se utilizeaza pulberi inerte) si reducerea absorbtiei de apa

(se utilizeaza saruri de Fe, Al, care hidrolizeaza, formand geluri ce se intaresc in timp).

De asemenea armaturile sunt tratate cu inhibitori de coroziune de tipul emulsiilor de latex si altele, scopul fiind pasivarea fierului.

Proprietati fizice ale betonului:

Compactitatea reprezinta cea mai importanta caracteristica fizica a unui beton intarit, deoarece de aceasta sunt legate principalele sale proprietati: rezistente mecanice, permeabilitate, gelivitate, rezistenta la actiuni chimice, conductibilitate termica etc. Ea reprezinta raportul dintre densitatea specifica aparenta si densitatea specifica a betonului, respectiv raportul dintre volumul ocupat de faza solida a materialului si volumul sau total (inclusive porii si gelurile).

Compactitatea depinde de compozitia si de modul de punere in opera a betonului;

C = 0,75 ÷ 0,92 C = 0,80 ÷ 0,85 (pentru betonul plin greu folosit la elementele din beton armat)

Permeabilitatea este caracterizata prin usurinta de patrundere a apei in masa betonului

care poate sa-l traverseze de la o fata la alta a probei sau elementului; depinde de compactitate. Iar la compactitate egala, depinde de felul porozitatii betonului: la pori inchisi rezulta o permeabilitate scazuta, iar la pori si canale capilare legate intre ele, se obtine o permeabilitate ridicata, chiar daca compactitatea este egala in cele doua cazuri, precum si de diferenta de presiune dintre cele doua fete. Apa se infiltreaza si circula prin toate defectele de structura cu dimensiuni mai mari de 1µ. Gelurile se umfla si inchid porii betonului, marind permeabilitatea.

Gelivitatea se caracterizeaza prin numarul maxim de cicluri de inghet – dezghet successive pe care probele pot sa le suporte fara ca pierderea de greutate sa depaseasca 5%, iar cea de rezistenta la compresiune 15% fata de o proba martor nesupusa acestui tratament. Betoanele se degradeaza datorita tensiunilor repetate produse de marirea cu 10% a volumului apei ce ingheata in defectele de structura. Apa legata chimic si fizic nu ingheata. Gelivitatea depinde de compactitatea betonului, de natura cimentului si de gradul de impermeabilitate.

Dilatarea termica a betonului depinde de natura componentilor sai si de proportia lor in amestec. Coeficientul de dilatare termica liniara variaza intre 0,009 ÷ 0,011 mm/m∙°C la temperaturi cuprinse intre -15°...+50°C. Pentru betonul armat standardul admite α = 0,014 mm/m∙°C

Conductibilitatea termica se poate caracteriza prin coeficientul λ care reprezinta cantitatea de caldura in kcal care strabate intr-o ora un strat de material de 1m grosime printr-o suprafata de 1m ∙1m , diferenta dintre cele doua fete ale stratului fiind de 1°C. La betoane λ pe masura ce densitatea aparenta scade (cresterea porozitatii betonului conduce la o izolare termica mai buna). Pentru betonul armat λ = 1,1 kcal/m2∙h∙°C.

Proprietati mecanice ale betonului:

Rezistenta betonului reprezinta proprietatea acestuia de a se opune distrugerii in rezultatul actiunii tensiunilor interioare cauzate de forte exterioare.Rezistentele betonului pot fi clasificate in 2 categorii mari: rezistente mecanice si rezistente la actiunea mediului.

Rezistente mecanice: Rezistenta la compresiune este considerata cea mai importanta proprietate a betonului

intarit, cu ajutorul careia se defineste clasa betonului si implicit, principala clasificare a acestuia.

In general rezistenta ofera o imagine de ansamblu asupra calitatii betonului. Rezistenta betonului este „un element vital” la proiectarea elementelor de structura, ea fiind clar specificata de catre proiectanti.

Rezistenta la intindere care se determina in mod special prin metoda incovoierii prezinta un interes deosebit in cazul betoanelor utilizate pentru platforme.

Rezistente la actiunea mediului: Rezistenta la coroziune se caracterizeaza prin capacitatea betonului de a rezista intr-un

mediu agresiv si se poate cuantifica prin pierderea de greutate si rezistenta a probelor (pastrate in mediu agresiv). Depinde de natura cimentului folosit si de gradul de impermeabilitate a betonului.

Rezistenta la foc Chiar daca este supus unor temperature ridicate, betonul nu degaja gaze toxice si/sau fum. In comparative cu lemnul, otelul si alte materiale de constructii, betonul constituie o excelenta bariera impotriva focului, fara a fi nevoie de o bariera de protectie speciala. Cu sau fara armature, betonul poate rezista la temperature de pana la 300°C.

Durabilitatea este proprietatea betonului de a-si pastra in timp proprietatile.

Rezistenta si durabilitatea betonului sunt influentate de:1. Tipul de ciment – influenteaza proprietatile betonului.2. Raportul A/C – prea multa apa duce la obtinerea unui beton cu mai multe defecte de

structura (poros), de rezistenta mai scazuta si implicit, mai putin durabil.3. Aditivi – utilizarea aditivilor specifici pentru cresterea rezistentei si durabilitatii.4. Compactare - o compactare corecta duce la cresterea densitatii betonului si la cresterea

rezistentei si durabilitatii.5. Tratarea betonului – cheia succesului unui beton durabil este o tratare corespunzatoare a

acestuia.

Rezistentele betonului simplu:

A fost marca betonului, apoi a aparut clasa betonului. Diferenta de concept este esentiala, dar redam pentru inceput un tabel (orientativ) de echivalare, urmand sa completam cu explicatii sumare.

Livrarile de beton sunt foarte diverse in ceea ce priveste compozitia. Sunt atat de multe materiale implicate, fiecare cu o variatie a calitatilor sale, si care in plus sunt amestecate incat este imposibil de a da o nota ("marca") betonului dintr-o structura prin luarea catorva probe pentru laboratorul de incercari.

Care sunt elementele de variatie? Incepem o lista pe care nu o sa o terminam:

compozitia chimica a cimentului natura agregatelor umiditatea agregatelor curba granulometrica umiditatea agregatelor continutul de parti levigabile la suprafata agregatelor puritatea apei raportul apa/ciment (A/C) temperatura agregatelor ...

Toate elementele din lista de mai sus (si mai sunt!) contribuie la rezistenta betonului simplu. Noile norme propun o apreciere dubla (incercari pe cuburi si incercari pe cilindri), dar oricum, acest fapt nu este in masura sa clarifice situatia. Singura clarificare este de tip matematic si aici intervine Statistica si Teoria Probabilitatilor care poate ajuta la obtinerea unor valori mai apropiate de adevar. Un termen statistic specific este populatia. Pentru rezultate (cat mai) corecte, populatia trebuie sa fie numeroasa. Dupa eliminarea "accidentelor" (valori neverosimile), urmeaza prelucrarea datelor experimentale.

O proba recoltatata dintr-un beton reprezinta baza pentru obtinerea de date experimentale. Recoltarea de probe la statia de betoane asigura verificarea clasei betonului livrat. Recoltarea de probe in-situ asigura verificarea clasei betonului efectiv turnat. Trebuie amintit ca adaugarea de apa, deci modificarea raportului A/C, sau adaugarea unor aditivi, duce la modificarea calitatii betonului intarit (in sens negativ sau pozitiv). O confruntare (reala) intre probele la preparare si cele in-situ este necesara, dar necesita un efort din partea celor implicati in actul de constructie a structurii de rezistenta.

NormativC140/79

NormativC140/86

NormativNE-012/99

B50 Bc 3,5 C 2,8/3,5

B75 Bc 5 C 4/5

B100 Bc 7,5 C 6/7,5

B150 Bc 10 C 8/10

B200 Bc 15 C12/15

B250 Bc 20 C 16/20

B300 Bc 22,5 C 18/22,5

[B330] Bc 25 C 20/25

B400 Bc 30 C 25/30

B450 Bc 35 C 28/35

C 30/37

B500 Bc 40 C 32/40

C35/45

B600 Bc 50 C 40/50

C 45/55

B700 Bc 60 C 50/60

Betonul simplu este materialul ideal pentru blocurile fundatiilor rigide (izolate sau continue) si pentru zidurile de sprijin de greutate. De asemenea, este un material excelent pentru executarea de elemente secundare, cum ar fi trotuarele de protectie, ca exemplu. In amestec cu anumiti coloranti, sau realizat cu ciment alb in conditiile unei granulometrii mai fine, betonul simplu poate servi unor scopuri arhitecturale. In conditiile aditivarii corespunzatoare si a unui studiu atent al curbei granulometrice, se poate obtine o compactitate ridicata, deci o porozitate minima. In aceste conditii, sensibilitatea materialului la degradare atmosferica (inghet-dezghet, factori chimici agresivi, etc.) scade si mai mult. Betonul simplu poate servi foarte multor scopuri, o singura cerinta nu o poate satisface: sa i se predea eforturi de intindere!. Data fiind natura sa, rezistenta lui la intindere este mult mai mica decat cea la compresiune -- practic neglijabila. Asa se face ca un material compozit precum betonul simplu a devenit mai complex prin armare. Acesta este betonul armat si face obiectul unui lung capitol in continuare.

Betonul ciclopian :

Exista situatii in care o economie importanta de ciment se poate face daca sunt inglobate in betonul simplu materiale afine cu acestea, cum ar fi roci, pietre de rau cu dimensiuni mari, sau caramida. Conditiile de inglobare nu sunt foarte clare, dar cel putin trei elemente trebuie urmarite:

materialul sa fie curat (chiar spalat!) sa contina silice dar sa nu contina elemente agresive pentru ciment sa aiba rezistenta la compresiune de cca 5 N/mmp.

Materialele enumerate mai sus satisfac conditiile de rezistenta, si pot fi folosite chiar si la procente de 50% din volumul total.

Situatia este des intalnita in cazul fundatiilor continue, unde latimea santului nu este data de o conditie de rezistenta ci de gabaritul minim pentru sapare manuala. O latime de 40cm este deja ipotetica, sapatorul neputand sa faca miscarile necesare pentru evacuarea pamantului, recurgand deseori la dimensiuni de cca 50cm sau mai mult. Sarcina transmisa la sol de catre constructie poate fi, in aceste conditii, atat de redusa incat nu este justificata o rezistenta la

Beton ciclopian in Ecuador--dupa G. Minke, 2001--

compresiune ridicata pentru betonul simplu. Deci, este admisibila o scadere a rezistentei betonului prin introducerea de material de umplutura.

Nu vrem sa declansam o discutie pe teme legislative sau normative, si de aceea subliniem ca betonul ciclopian nu poate face obiectul unor investigatii de laborator datorita compozitiei sale amorfe. Este o tehnica empirica deci nu poate fi calculata o clasa a betonului pe baza unor masuratori reale (nu poate fi aplicata o tehnica statistica asupra unui set de date nul!). Cu toate acestea, pentru constructii mici si in conditiile existentei de materiale locale convenabile, tehnica asigura atat economie de ciment cat si recuperarea de materiale locale.

Atat din punct de vedere al calculului cat si din punct de vedere fizic, din cauza prezentei corpurilor de dimensiuni mari, a existentei unor ecluziuni de aer, etc., nu se pune problema armarii betonului ciclopian. Nici macar armarea dispersa (cu fibre, de ex.) nu are un efect semnificativ. El aduce o masa si un suport relativ bun pentru structuri din beton armat sau mixte. Mai mult nu i se poate cere.

De asemenea sunt recomandabile turnarea in straturi (la intervale scurte de timp), compactarea, plasarea rocilor, etc. catre mijlocul sectiunii si sporirea usoara a dozajului de ciment din betonul obisnuit care inglobeaza rocile.

Termenul "ciclopian" deriva de la utilizarea de roci (blocuri) mari. Pare de necrezut, dar o forma a "betonului ciclopian" este zidaria, mai precis zidaria din piatra. Deci, cine face beton ciclopian zideste fara geometrie fixa.

Nu e rau deloc si merita acolo unde este posibil.

Betonul armat:

Betonul armat cu fibreIstoric

Fig. 1 - Patentul lui G.C.Martin, 1927. Reproducere

Armarea cu fibre a materialelor casante are o vechime milenara. Caramizile nearse au fost armate cu paie sau cu par de animale pentru a evita fisurarea si micsorarea rezistentei dupa aparitia unei fisuri. Extrapolarea s-a realizat de la argila la ciment. Betonul armat cu fibre de otel are o istorie de peste un secol, elementele de constructii cu forme diferite s-au realizarea din acest material având o rezistenta marita si o buna lucrabilitate. Se mentioneaza ca primul patent se refera la elemente din beton armat cu fibre, dateaza din 1874 si a fost realizat în California (SUA) de A. Berard, care a încercat sa fortifice betonul prin adaugarea unor resturi de otel inegale.În 1918, în Franta H. Alfsen, a anticipat o îmbunatatire a rezistentei betonului la întindere, prin adaugarea de fibre mai lungi din otel, lemn si alte materiale. La aceste elemente s-a evidentiat influenta suprafetei fibrei asupra comportarii la interfata, fibra-matrice, ca de exemplu îndoirile fibrelor, sau prin utilizarea de geometrii diferite.În 1927 în California, G. C. Martin breveteaza realizarea de conducte din beton armat cu fibre de otel (fig. 1).

Fig.2. - Patentul inginerului românGogu Constantinescu, 1954. Reproducere.

În lucrarie inginerului român Gogu Constantinescu, din 1943 în Anglia si 1945 în SUA se detaliaza noul material, betonul armat cu fibre de otel, în conceptul utilizarii actuale.Studiile inginerului român contin informatii asupra modului de distributie a fisurilor si marirea capacitatii de preluare a eforturilor (fig. 2). În anii urmatori au aparut noi patente în SUA, Franta si Germania. Utilizarea pe scara larga a acestui material a fost limitata de costurile ridicate, dar în special de dezvoltarea betonului armat obisnuit. Pâna la începutul anilor ‘60 se observa o dezvoltare incerta a acestui material, marcata de utilizari de mica importanta.În continuare se poate evidentia o etapa de dezvoltare ascendenta. În paralel cu formularea principiilor teoretice, s-a dezvoltat un domeniu larg de utilizare a betonul armat cu fibre de otel.La începutul anilor ‘70 s-a extins cercetarea pe plan international. Mentionam cercetarile din Germania de la Universitatea Ruhr din Bochum, în realizarea betonului armat cu fibre de otel, utilizat la peretii interiori ai metroului. S-au studiat proprietatile mecanice, tehnologice ale materialului si tehnologii de fabricatie ale betonului torcretat.În 1972 s-a realizat o utilizare practica a acestui material la lucrarile de consolidare a tunelului din Idaho - SUA.În perioada 1974-1976 s-au realizat cercetari sistematice în Germania, la Institutul pentru

Constructii Ingineresti de la Universtatea Ruhr din Bochum, cu privire la utilizarea betonului torcretat cu fibre de otel, la constructiile miniere din muntii Alpi. În 1989 se utilizeaza cu succes acest material la constructia unui tunel de metrou (de 100 metri) în Bielefeld - Germania.

Domenii de utilizareBetonul armat cu fibre de otel nu poate înlocui betonul armat obisnuit. Exista însa domenii de utilizare, în care betonul armat cu fibre de otel poate fi folosit alternativ sau în completare, la cel cu armatura din otel-beton, oferind avantaje constructive si economice. Fibrele de otel îmbunatatesc proprietatile betonului simplu. Oportunitatea utilizarii armarii cu fibre de otel apare în situatia folosirii unui procent mic de armare, sau în cazul armarii constructive a betonului armat obisnuit.

Fig.3. – Fundatii de masini. Utilizarea comparativa a betonului armat obisnuit (a) si a betonului armat cu fibre din otel

(b)

Posibilitatile de utilizare se maresc, datorita îmbunatatirii comportarii la fisurare, a micsorarii deformatiilor din contractii prin uscare sau din marirea rezistentei la forfecare.Un domeniu important îl constituie elementele de constructie solicitate dinamic, la care se poate mari capacitate de preluare a energiei din aceasta solicitare.Domeniile de utilizare a betonului armat cu fibre de otel au o arie extinsa, din care mentionam: conducte din beton, ziduri de sprijin, elemente subtiri de fatada, trepte prefabricate, piste pentru aeroporturi, fundatii de masini, cofraje pierdute, lucrari de consolidare la tuneluri cu beton torcretat etc. Utilizatorii pe scara larga a acestui material sunt SUA, Japonia, Norvegia, Suedia, Germania la care se adauga tarile din Europa de Est. În constructia de tuneluri betonul armat cu fibre de otel poate fi folosit sub forma torcretata sau din elemente prefabricate. Acest material a modernizat si dezvoltat constructia clasica de tuneluri. Fibrele de otel influenteaza proprietatile betonului din peretii tunelului producând modificari în tehnologia de executie a acestor constructii. Betonul torcretat armat cu fibre de otel este folosit împreuna cu o retea de otel-beton sub forma de plase, arcade pentru consolidarea peretilor supusi împingerii pamântului sau pentru asigurarea în prealabil a interiorului tunelului.Folosirea betonului torcretat cu fibre de otel la conceptia si executia peretilor multistrat, ai tunelului, ofera avantajul renuntarii la executarea lucrtarilor de cofrare, micsorând timpul si costurile executiei. Utilizarea betonul torcretat cu fibre de otel mareste siguranta în constructia de tuneluri.

O arie larga de utilizare este si consolidarea peretilor, din zidarii sau beton a tunelurilor existente partial avariate. Acest material este si o solutie, pentru întretinerea constructiilor, în cazul necesitatii unei acoperiri optime a armaturii din bare, ce conduce la marirea durabilitatii si sigurantei, prin protectia la coroziune a armaturii. Betonul pompat cu fibre de otel este folosit pentru consolidarea peretilor interiori, cu un strat suplimentar sau ca un element unic de consolidare si la captusirea stâlpilor structurali.Avantajele acestui material îl constituie tehnologia simpla de fabricatie, datorita eliminarii armaturii din otel-beton, obtinându-se o omogenitate a betonului ce îl recomanda la cofraje de captusire sau a cofrajelor alunecatoare. Aceasta conduce la micsorarea timpului de executie, prin eliminarea stratului de acoperire a armaturii.Betonul pompat cu fibre de otel poate fi utilizat în productia extrudata împreuna cu scuturile de tunel. Obtinându-se un sistem închis de sustinere între suprafata scutului de tunel pâna la grosimea definitiva a constructiei, un sistem care are pe tot conturul contact direct cu suprafata sapaturii, reducând la minim umplutura.Tuneluri din elemente prefabricate. Betonul armat cu fibre de otel poate fi utilizat si pentru confectionarea elementelor sub forma de tuburi prefabricate. Confectionarea este simpla, usoara, cu omogenitate sporita datorita eliminarii armaturilor din bare de otel-beton. Riscul fisurarii tuburilor se micsoreaza la transport si la introducerea prin împingere, datorita presiunilor mari. Se recomanda îmbinari solicitate la încovoiere combinate cu rosturi longitudinale.În exploatarea miniera. Betonul torcretat cu fibre de otel poate deveni un element important în conceptia galeriilor, datorita timpului redus de executie, a rezistentei initiale marite, a ductilitatii si a comportarii favorabile dupa fisurare în comparatie cu betonul armat obisnuit. Dupa producerea fisurilor materialul prezinta o rezistenta ce ofera o siguranta sporita în exploatare.În tarile dezvoltate, se deschid anual galerii cu lungimi mari (sute de km), dintre care o parte importanta se realizeaza în teren stâncos. Galeriile sunt realizate cu arcade de otel, ce reduc riscul producerii unor deformari semnificative.Galeriile trebuie întretinute în permanenta, iar cheltuielile anuale sunt foarte mari (sute milioane EU). Cresterea adâncimii galeriilor, în teren stâncos cu o durata de 12 ani, conduce la o întretinere neeconomica. Din acest motiv s-au luat în considerare si în exploatarea miniera dezvoltarea conceptiei de construire si consolidare utilizând betonul armat cu fibre de otel. Constructii ingineresti si elemente prefabricate. Din beton armat cu fibre de otel în combinatie cu bare din otel-beton. Betonului armat cu fibre de otel se utilizeaza la elementele în care solicitarea la încovoiere este nesemnificativa, iar din motive constructive, armarea cu fibre de otel alaturi de barele din otel-beton va prelua eforturile de contractie.Armarea cu fibre de otel se utilizeaza la elemente prefabricate cu pereti subtiri pentru fatada, camine de vizitare, garaje, ziduri cu traversari multiple, spatii de patrundere.Utilizarea elementelor de constructie din beton armat cu fibre de otel poate reduce cheltuielile lucrarilor de armare, în zonele cu concentrari de eforturi, la colturile golurilor unde sunt preluate prin armarea constructiva. Avantajele folosirii betonului armat cu fibre de beton sunt evidente la prefabricatele cu dimensiuni reduse, la care costurile de armare cu bare sunt ridicate iar stratul de protectie având un rol major în grosimea finala.Greutatea redusa a prefabricatelor este un avantaj, la placile de fatada, la lucrari de consolidare

si la transportul elementelor. Rezistenta betonului armat cu fibre de otel în stare proaspata accelereaza procesul de fabricatie, ceea ce conduce la reducerea cheltuielilor de productie. Armarea cu fibre de otel conduce la marirea rezistentei betonului la forfecare, ceea ce faciliteaza reducerea armaturii sub forma de etrieri, îmbunatateste durabilitatea betonului, micsoreaza tendinta de contractie, îmbunatatind comportarea la fisurare si realizeaza o acoperire favorabila a armaturii din barele de otel previnind coroziunea.Dale carosabile utilizate la suprastructura si la placile de fundare a cailor de comuncatii. În cazul unor încarcaturi mari sau la un ecartament de îmbinare marit apare necesara armarea cu fibre de otel. Supraîncarcarea la trecerea mijloacelor de transport de tonaj mare se recomanda folosirea unor placi cu grosime de 15-25cm. La aceasta grosime a placilor se reduce riscul aparitiei fisurilor, în cazul diferentelor de temperatura, cantitatea de armatura trebuie sa fie relativ mare. Betonul armat cu fibre de otel are avantaje comparativ cu betonul armat traditional, în cazul proprietatilor mecanice specifice, rezistenta la soc si uzura. Având o utilizare eficienta la pardoselile industriale si la placile carosabile.Comportarea favorabila se datoreaza capacitatii de a prelua eforturile ce apar în faza de hidratare, reducând riscul fisurarii betonul armat cu fibre de otel.Betonul armat cu fibre de otel în comparatie cu betonul obisnuit prezinta avantaje pentru placile suport ale pardoselii în zona rosturilor, evitând fisurarea.În SUA au fost construite din beton armat cu fibre de otel piste de decolare si de aterizare pentru avioane.

Fundatii cu solicitare dinamica. Rezistenta la solicitarea dinamica pentru majoritatea materialelor de constructie este mai mica decât solicitarea statica.Betonul armat cu fibre de otel este avantajos în realizarea fundatiilor de masini cu solicitari dinamice, datorita rezistentei sporite la soc, a comportarii favorabile la amortizare si la deformare. Solicitarile variate, la socuri repetate, pot fi absorbite de betonului armat cu fibre de otel. Avantajele tehnice si economice ale betonului armat cu fibre de otel la fundatiile de masini cu solicitare dinamica se concretizeaza prin economii la armatura longitudinala, etrieri (fig. 3).Conducte. În Ungaria în anii ‘70 s-au realizat conducte din beton armat cu fibre de otel cu diametru de 1-1,5m. Armarea cu fibre de otel a redus riscul aparitiei fisurilor în conditii de solicitare prin variatia temperaturii si a contractiei betonului.La aceste elemente de constructii s-au evidentiat si alte avantaje ale betonului armat cu fibre de otel:

rezistenta îmbunatatita în stare proaspata, rezistenta la solicitarea de întindere circulara din încovoiere, comportare buna la fisurare, reducerea lucrarilor de armare, din bare de otel-beton.

La solicitari de întindere circulara din încovoiere, pentru un continut de fibre de 55kg/m3 beton si o valoare A/C de 0,36 s-a obtinut o rezistenta la întindere din încovoiere, de 12-14N/mm2.

Conductele din beton pozate în pamânt pot fi supuse unor solicitari de compresiune la partea superioara existând posibilitatea de marire a grosimii peretilor, de micsorare a lungimii conductelor si de armare a acestora. Aceasta determina procese dificile de executie, îndeosebi la profilurile ovale ale conductelor.În Marea Britanie, Belgia, Austria si Olanda conductele din beton armat cu fibre de otel se folosesc în mod curent. Rezistenta marita la uzura si cea necesara la întindere a betonului armat cu fibre de otel sunt folosite la repararea si consolidarea sistemelor de canalizare cu beton torcretat cu fibre de otel.Consolidarea taluzurilor si versantilor. Peretii stâncosi ce s-ar putea prabusi din cauza actiunilor climatice. Taluzurile abrupte de-a lungul soselelor si cailor ferate trebuie asigurate în mod constant, pentru a mentine zona de trafic în siguranta, libera la circulatie rutiera, feroviara si de persoane. Consolidarea versantilor stâncosi, a taluzurilor realizata cu beton torcretat cu fibre de otel, are avantaje tehnico-economice, datorita unei bune adaptari a legaturii la structura terenului si micsorarea timpului în procesele de armare. Rezistenta la uzura si la socuri, ofera conditii pentru protejarea constanta a versantilor împotriva actiunilor climatice (precipitatii, înghet, avalanse). Constructii rezistente la solicitari de impact. Impactul poate proveni din rezultatul unei împuscaturi, solicitari dinamice din seism, fisurarea rezervoarelor, prabusirea unui avion. Prin utilizarea betonului armat, în forma unei retele de cabluri consolidate cu fibre de otel, energia cinetica este folosita în procesul de schimbare a formei, întrucât structura betonului în combinatie cu fibrele, reduce riscul fisurarii. Criteriile esentiale în comportarea la impact sunt preluarea si amortizarea energiei, influentata favorabil de lungimea si procentul de armarea al fibrelor de otel.

Stâlpi structurali. Rezistenta la foc este marita prin utilizarea betonului armat cu fibre de otel, ce protejeaza armatura din bare, longitudinala si transversala.În cazul stâlpilor structurali solicitati doar la compresiune nu se observa nici un avantaj economic evident la folosirea fibrelor de otel. Folosirea betonului armat cu fibre de otel s-a dovedit eficienta pentru stâlpii cu sectiune redusa, solicitati la compresiune cu flambaj, unde se înregistreaza deteriorari prin fisurarea betonului la îmbinari. În zonele în care se transmite o sarcina mare, s-a stabilit ca fibrele de otel pot înlocui armatura puternica din etrieri, în situatia când în sectiunea longitudinala se asigura introducerea directa a sarcinii, (spre exemplu prin dispunerea unei placi rigide în capatul stâlpului). Repararea si consolidarea elementelor de constructie din beton supuse uzurii, de natura mecanica sau datorita exploatarii îndelungate a cladirii. Deteriorarile betonului din constructii sunt influentate de conditiile de mediu. Luarea în considerare a uzurii si a suprasolicitari este necesara pentru a readuce constructia în starea de exploatare normala. Betonul torcretat cu fibre de otel se dovedeste o solutie eficienta pentru întretinerea în stare buna a constructiilor din beton, realizând avantaje tehnico-economice, conservare pe termen lung, comportare buna la fisurare si micsorarea tendintei din contractii. Aceasta solutie este favorabila în cazul suprafetelor deteriorate ce trebuie consolidate au grosimi diferite. Betonul torcretat cu fibre de otel poate fi utilizat imediat dupa curatarea suprafetei ce trebuie reparata, indiferent de presiunea ce trebuie suportata si adaptata oricarei geometrii prestabilite. La întretinerea si consolidarea constructiilor hidrotehnice, supuse eroziunii, poate fi folosit eficient betonul armat cu fibre de otel. Betonul armat cu fibre de otel ofera o alternativa la

armatura conventionala, având ca avantaj timpul si costurile reduse de executie a lucrarilor de întretinere. Folosirea betonului torcretat cu fibre de otel reduce grosimea noului strat de protectie. Elementele de constructii noi sau reabilitate cu beton armat cu fibre de otel, utilizate de câteva secole si cu o pâlnie larga de folosire, având avantaje tehnico-economice evidente, trebuie sa intre în atentia specialistilor.

"Functionarea" betonului armat

La fel cu alte materiale compozite, betonul armat este de fapt o structura. Problema de la care pleaca necesitatea armarii betonului este foarte simpla: pasta de ciment care incojoara agregatele se separa de suprafata de contact cu acestea la o forta (o tensiune) mult mai mica decat cea la care s-ar distruge daca ar fi comprimata. Astfel, compozitul initial, format din agregate si ciment intarit, se distruge usor daca tensiuni de intindere apar in elementul de constructie.

Aceeasi pasta de ciment are, in schimb, o aderenta foarte buna la materiale cum ar fi otelul, iar tensiunile de intindere, prin intermediul acestei adeziuni, pot fi transmise otelului, caruia ii este practic indiferent (ca material!), daca este intins sau comprimat (material virtual izotrop). Transmiterea tensiunilor de intindere prin adeziune conduce la tensiuni de forfecare la interfata otel-ciment, de unde necesitatea unei lungimi de ancoraj minime a unei bare de otel in beton.

Daca luam in considerare, de exemplu, o grinda din beton apartinand unei structuri, prin calcul static se pot identifica zonele cu tensiuni de intindere importante. Acolo pot fi intorduse bare din otel (sau alte tipuri de armaturi), bine ancorate in zonele adiacente, in asa fel incat elementul sa nu mai cedeze. Betonul nu mai este unul simplu ci devine beton armat.

In figura din dreapta, M este momentul incovoietor, T.a. este forta de intindere din armatura, iar C.b. este forta de compresiune in beton. Cele doua forte sunt asimilate rezultantelor tensiunilor aparute din incovoierea elementului din beton armat in urma aplicarii efortului de incovoiere M. Atat in cazul grinzilor cat si a placilor, momentul incovoietor este efortul predominant. Acesta produce (cel putin) o rotire a planului sectiunii transversale si poate fi descompus in cuplul de forte T.a. si C.b.. Avand in vedere capacitatea virtual nula a betonului simplu de a rezista la tensiuni de intindere, se poate face ipoteza ca acestea sunt preluate integral de armatura. Data

fiind capacitatea aceluiasi material de a prelua tensiuni de compresiune, se poate face ipoteza ca ele sunt distribuite, intr-un fel oarecare, in zona marcata cu albastru in figura.

Mai departe intervine problema diferentei dintre modulii de elasticitate a betonului simplu si al otelului. Aceasta diferenta, semnificativa, conduce la deformatii diferite pentru armatura si pentru otel in zona intinsa. Aparitia fisurilor in beton in partea inferioara a modelului din figura se datoreaza acestui fapt. Aceste fisuri sunt, in conditii normale, micro-fisuri. Inaltimea, forma si distributia micro-fisurilor sunt aleatoare, dar in orice caz ele permit accesul substantelor chimice la armatura. Mai mult, datorita fenomenelor de oboseala si curgere lenta (fluaj), specifice oricarui material supus la tensiuni semnificative, densitatea si marimea micro-fisurilor se accentueaza in timp.

Se impune o segmentare a problemei in relatia |beton simplu <> armatura|, pentru ca betonul simplu, din momentul micro-fisurarii, este si "victima" si "complice". Este "victima" pentru ca permite factorilor chimici sa patrunda spre interiorul sau si sa il corodeze. Este "complice" pentru ca, aflat in aceeasi stare, permite acelorlasi factori sa actioneze asupra armaturii. In orice situatie, daca se doreste o durabilitate mai ridicata, betonul trebuie protejat in primul rand. Lipsa de protectie adecvata conduce la situatii de genul celei prezentate in fotografia din dreapta (Univ. of British Columbia). Aparent, ne-am abatut putin de la tema "functionarii" betonului armat. Numai aparent, pentru ca ceea ce i se intampla unui element de constructie, in realitate, este si mai complex...

Sa consideram o bara (stalp, grinda) dintr-o structura oarecare. Poate fi metalica dar si din beton (armat sau precomprimat). Capetele barei sunt legate intr-un anumit fel in structura: fie prin articulatii fie prin incastrare. Bara este incarcata in lungul ei si transmite incarcarea in structura, care la randul ei o transmite catre sistemul de fundare. Dar bara, ca parte a

structurii (element structural) preia si sarcini din structura prin intermediul elementelor cu care este conectata. Aceste sarcini, impreuna cu sarcinile aplicate direct pe bara determina starea de efort, iar in continuare starile de deplasari, tensiuni si deformatii.

Au fost luate masuri in timp pentru limitarea marimilor deplasarilor, in asa fel incat cei care folosesc un spatiu construit sa nu fie "agasati", de exemplu, de o sageata exagerata a unei grinzi. Grinda este "indoita" dar deplasarile sunt atat de mici incat nu sunt observabile fara

Efectul nefast al armarii transversale incorecte in cazul stalpilor.

(S. Kono, H. Tanaka; Excerpt: "Damage of Reinforced Concrete Structures").

aparatura de testare. Aceasta limitare a produs si efecte in calcul, permitand adoptarea asa numitei ipoteze a deformatiilor mici. Pentru a limita deplasarile, anumite forme sau dimensiuni ale sectiunii transversale au fost adoptate. Cresterea dimensiunilor sectiunii transversale duce, in general, la reducerea tensiunilor, deci a deformatiilor si deci, prin consecinta a deplasarilor.

In cazul betonului armat lucrurile sunt insa mai nuantate. Datorita greutatii mari a materialului, cresterea dimensiunilor sectiunii transversale atrage cresterea masei (greutatii) proprii. De aceea, betonul armat are limite economice atunci cand este folosit in scopuri structurale. Principala problema apare de la principala lui slabiciune: rezistenta foarte mica la intindere a amestecului agregat-liant. Acolo unde nu exista armatura, orice tensiune de intindere poate duce la fisurare. In cazul incovoierii, cu momentul incovoietor ca efort predominant lucrurile stau mai bine pentru ca separarea "sarcinilor" armaturii si betonului sunt usor de realizat. In schimb, in apropierea capetelor barei, efortul predominant poate fi forta taietoare, si de cele mai multe ori este.

Am ajuns astfel la "calcaiul lui Ahile". Tensiunile tangentiale (cele din planul unei sectiuni transversale), chiar daca nu sunt in combinatie cu tensiuni normale, produc intinderi. Aceste intinderi apar intr-un mod necontrolabil, pentru ca nu exista, in conditii obisnuite, posibilitatea controlului incovoierii cuplata cu controlul fortei taietoare. De aceea, starea de fisurare capata o forma spatiala. Pentru a preveni, atat cat este posibil, o stare avansata de fisurare in cazul elementelor din beton armat supuse la efort taietor (si eventual in combinatie cu incovoiere), solutia este de a asigura o armare transversala suficient de puternica. Armarea transversala are in primul rand un rol de confinare, adica de conservare a masei betonului in "camasa de forta".

Nu e gluma. Tensiunile tangentiale "inebunesc" betonul simplu.

Universitatea Tehnica a MoldoveiCatedra Tehnologia Constructiilor

Lucrare de laborator N.1la

Defectologia Constructiilor

Tema: Proprietatile fizice si mecaniceale betonului. Beton simplu.

Beton armat.

A elaborat : Papuc D. gr. IMC-0712