Betonul armat

De la AIC Infopedia

Cuprins

1 Introducere
2 Principii ale betonului armat
3 Defecte de proiectare și execuție la betonul armat
4 Bibliografie

Introducere

Acest articol prezintă pe scurt:

descrierea unor principii ale betonului armat;
utilitatea betonului armat;
progrese tehnologice si limite ale betonului armat.

Articolul este adresat non-specialiștilor în domeniu și care, pentru diverse lucrări, fac apel la betonul armat. Există și o categorie de „echipe” care execută lucrări din beton armat, fără a avea calificare necesară și pentru care lecturarea acestui articol ar fi utilă. Motivația articolului este legată de ușurința cu care este exploatată rezerva de rezistență a betonului armat prin non-calitate. Profesorul M. Hanganu spunea în urmă cu mulți ani că „Betonul armat e băiat bun și ține, numai să aveti grijă că până și el are limite!”.

Principii ale betonului armat

Fig. 1. Grindă simplu rezemată.

La fel cu alte materiale compozite, betonul armat este poate fi asimilat unei structuri beton simplu <> armătură. Betonul simplu are o rezistență foarte scăzută la întindere, astfel încât pentru întindere trebuie introdusă armătura.

Pentru a ilustra problema, considerăm o grindă de lungime $LaTex: l$ , este simplu rezemată la capete și este încărcată cu o sarcină ipotetic constantă $LaTex: q$ . Secțiunea transversală este dreptunghiulară, având dimensiunile $LaTex: b \times h$ . La mijlocul grinzii, în secțiunea transversală A singura forță interioară este momentul încovoietor $LaTex: M$ . Conform schiței secțiunii transversale A, rezultă

$LaTex: M=C_b\cdot z_A = T_a\cdot z_A$

unde $LaTex: C_b$ este forța de compresiune în beton, $LaTex: T_a$ este forța de întindere în armătură, iar $LaTex: z_A$ este brațul de pârghie întindere-compresiune (pentru cazul de față, moment = forță $LaTex: \times$ braț).

Calculul mărimilor implicate depășește cadrul Infopediei, însă pentru armătură, în acest exemplu, avem:

$LaTex: T_a=A_a R_a$ ,

unde $LaTex: A_a$ este aria armăturii întinse și $LaTex: R_a$ este rezistența ei de calcul.

Fig. 2. Secțiunea transversală A.

Fig. 3. Fisurarea betonului în zona întinsă.

Câteva observații pot fi făcute pe cale intuitivă, și anume:

la limită, forțele $LaTex: C_b,\ T_a$ depind de rezistențele de calcul ale betonului respectiv ale armăturii; de exemplu, cu cât armătura este mai rezistentă ( $LaTex: R_a$ mai mare), cu atât este necesară mai puțină armătură ( $LaTex: A_a$ mai mică) pentru aceeași valoare $LaTex: T_a$ ;
momentul încovoietor $LaTex: M$ este cunoscut din calculul static deci nu reprezintă o necunoscută pentru o secțiune transversală; de exemplu, pentru cazul de față, la mijlocul deschiderii avem $LaTex: M=ql^2/8$ (Fig.1); tot aici, se observă că momentul crește cu pătratul distanței între reazeme;
$LaTex: z_A$ depinde și de $LaTex: a$ , adică de distanța de la fibra inferioară la centrul de greutate al armăturii întinse (conform Fig.2).

În faza de exploatare, în zona întinsă apare o stare de microfisurare a betonului, datorată alungirii diferite a armăturii și betonului. Microfisurile nu sunt vizibile cu ochiul liber, dar ele permit gazelor (aer curat, aer umed, gaze corozive, etc) să ajungă la armătură, care poate fi supusă astfel unui proces de coroziune. În situații grave, finalul este este distrugerea (prăbușirea) elementului din beton armat.

Poziția secțiunii A a fost aleasă astfel încât momentul încovoietor $LaTex: M$ să fie singura forță interioară prezentă. În vecinătatea reazemului din stânga, din calculul static rezultă o valoare semnificativă a forței tăietoare $LaTex: Q$ , astfel încât avem situația din Fig.4.

Fig. 4. Preluarea forței tăietoare prin armare transversală.

Pentru preluarea forței tăietoare, se folosesc etrieri (armătura transversală), alături de aceștia putând fi prezente și armături înclinate. Intuitiv, forțele $LaTex: q_i$ din etrieri echilibrează forța tăietoare $LaTex: Q$ , pe lungimea secțiunii înclinate. Se demonstrează că prezența forței tăietoare conduce la o secțiune de rupere înclinată, și nu perpendiculară pe axa grinzii. Calculul distanței dintre etrieri, tipul oțelului și diametrul lor depășește cadrul Infopediei.

Etrierii sunt piese foarte importante, atât la grinzi cât și la stâlpi, mai ales în situația acțiunilor seismice. De aceea, nu trebuie tratați ca simple accesorii. În imaginile de mai jos se observă și efecte ale armării transversale necorespunzătoare.

Defecte de proiectare și execuție la betonul armat

În proiectare, normele pentru betonul armat sunt foarte dezvoltate, respectarea lor fiind obligatorie. Totuși, dacă modelul de calcul este corect și evaluarea acțiunilor asupra construcției s-a făcut conform normelor specifice, nu este necesară „adăugarea” de cantități de beton și armătură pentru o siguranță sporită. În opinia noastră, nu este necesară depășirea normelor prin supradimensionarea secțiunilor. În afară de creșterea prețului de cost, faptul poate fi contraproductiv în cazul acțiunilor seismice (masa mai mare conduce la forțe seismice mai mari).

În execuție, normele sunt de asemenea foarte bine detaliate. În practică se constată însă de multe ori o calitate slabă, prin, de exemplu:

folosirea de forță de muncă necalificată sau slab calificată
necompactarea (lipsa vibrării) betonului după turnare
nerespectarea grosimii straturilor de acoperire a armăturii (distanțieri insuficienți, călcarea directă pe armătura montată)
etc.

În condiții statice, betonul armat are capacitatea de a redistribui o parte din tensiuni, în anumite limite. În condiții de exploatare (structură încărcată) apar, în cel mai fericit caz, stări de fisurare mai accentuate sau curgere lentă (fluaj). Sub acțiunea încărcărilor seismice, redistribuirea tensiunilor nu se mai poate face, putînd rezulta colapsul structurii.

Câteva defecte curente sunt ilustrate în imaginile de mai jos.