+ All Categories
Home > Documents > Mat Compozite Cap 8

Mat Compozite Cap 8

Date post: 05-Apr-2017
Category:
Upload: popa-petronela
View: 294 times
Download: 12 times
Share this document with a friend
18
Transcript
Page 1: Mat Compozite Cap 8
Page 2: Mat Compozite Cap 8

POPA PETRONELA CRISTINAMASTER M.P.P.C

Aceasta lucrare abordeaza un domeniu de cercetare de interes major, de mare actualitate in contextul actual, in care se pune un accent tot mai mare pe protectia mediului inconjurator, economia de resurse materiale si umane prin dezvoltarea si crearea unor noi tehnologii de fabricate si executie, care sa fie folosite atat in cadrul noilor constructii inginere§ti cat si la reabilitarea si reconsolidarea structurilor existente.

Necesitatea elaborarii unor materiale noi si a unor tehnologii neconventionale a fost determinata nu numai de motive economice si sociale, dar si de faptul ca in conditiile dezvoltarii exponentiale a productiei, a aparut o criza foarte puternica de surse de materii prime si energetice, odata cu cresterea agresiunii oamenilor fata de mediul inconjurator.

Page 3: Mat Compozite Cap 8

Materialele compozite reprezinta un teritoriu fascinant, fiind primele materiale a caror dispunere structurala interna a putut fi controlata inca din faza de proiectarea, atat prin conceperea modului de inlantuire moleculara, cat si prin directii preferentiale, conferindu-le in acest fel rezistente favorabile, net superioare celor ale componentelor lor.

Necesitatea lucrarilor de consolidare a constructiilor existente ia o amploare foarte mare odata cu trecerea anilor, mobilizand resurse umane si materiale comparabile cu cele folosite la investitiile noi. Aparitia in timp a degradarilor ca urmare a imbatranirii materialelor, fenomenelor de oboseala, curgerea lenta, dar si a efectelor unor actiuni extraordinare (actiunea seismului, actiunea focului sau exploziilor), precum si agresivitatea mediului au condus la numeroase cazuri de avarii in constructii, pagube materiale si de multe ori chiar si umane.

Consolidarile elementelor structurii pot pastra aceeasi schema structurala, sporind sectiunile elementelor prin adaos de beton si armatura, bare metalice sau materiale compozite sau pot fi executate prin introducerea unor elemente noi ce descarca partial structura initiala.

Astfel, printre principalele cauze care impun consolidarea constructiilor din beton armat se pot enumera urmatoarele:

■ remedierea unor deteriorari (avarieri) ale structurii ca urmare a executiei defectuase, a greselilor de proiectare;

■ exploatarea necorespunzatoare;■ efectele dezastruoase a unor vanturi puternice, inundatii, explozii;

■ sporirea capacitatii de rezistenta a constructiei impusa de schimbarea destinatiei respectivei constructii;■ procesele tehnologice cu agresivitate chimica ridicata (ce se manifesta prin coroziunea armaturii);

■ degradarea terenurilor de fundare;■ upgradare seismica.

In figura r.1 se pot observa efectele dezastruoase ale unor constructii ce nu au fost consolidate si unde cerintele din proiect nu au fost respectate.

Figura r.1 Exemple de structuri avariateDatorita progresului obtinut in ceea ce priveste fabricarea materialelor

compozite, precum si multor dezavantaje pe care le prezinta solutiile traditionale de reabilitare structurala, in prezent utilizarea compozitelor cu matrice polimerica (CMP) este tot mai des intalnita in cadrul lucrarilor de consolidare a structurilor ingineresti.

Prin definitie, conceptul de „compozit" este atribuit unui sistem complex, alcatuit din mai multe materiale de natura diferita. In aceasta categorie intra o clasa foarte vast a de produsi. Acest lucru este determinat de faptul ca posibilitatile de modificare a constituentilor de baza, a tehnicilor de „asamblare" si de fabricare, a nivelului de performanta si a costului sunt practic infinite.

O definitie de uz general ar fi ca un material compozit este alcatuit din mai multe componente cu proprietati fizice §i chimice diferite, materialul astfel obtinut

Page 4: Mat Compozite Cap 8

avand proprietati superioare §i Tmbunatatite fata de cele ale materialelor individuale din componenta sa.

O clasificare foarte importanta a materialelor compozite se face in functie de modul de orientare al fibrelor, materialele compozite fiind grupate in trei categorii:

a. materiale compozite durificate cu fibre;b. materiale compozite durificate cu particule (disperse);c. materiale compozite obtinute prin laminare (stratificate).

Fig r.2 Materiale compozite armate cu fibreIn figura r.2 sunt prezentate diferite moduri de orientare a acestor fibre in

interiorul matricei. Se obtin astfel materiale compozite cu caracteristici foarte bune de rezistenta, rigiditate si raport ,,rezistenta - densitate".

Solu t ii de consolidare folosind materiale composite

Se prezinta si exemplifica solutiile de consolidare folosind materialele compozite a principalelor elemente din beton armat si din lemn (grinzi din beton armat si lemn, stalpi din beton armat, zidarii, plansee, etc.). Sunt prezentate o serie de aspecte legate de tipurile de materiale compozite cu matrice polimerica armate cu fibre folosite la consolidarea si reabilitarea structurilor ingineresti.

Tehnicile de placare prin lipire au fost folosite in consolidarea structurilor ingineresti inca din anii 1970. Printre sistemele traditionale de consolidare locala pentru stalpi se pot enumera:

■ camasuieli din beton armat, figura r.16 a,■ carcase din tabla, la care se injecteaza cu mortar pe baza de

ciment interspatiului dintre element si carcasa, figura r.16 b,■ carcase din profile metalice figura r.16 c,■ fret ari cu platbande figura r. 16 d,■ fret ari cu cabluri figura r. 16 e,■ tole din tabla lipite cu rasini epoxi figura r.16 f.

a. materiale compozite armate cu fibre

Material compozit = fibre +matri^a

Page 5: Mat Compozite Cap 8

Pg. 5

Page 6: Mat Compozite Cap 8

Sisteme de consolidare a constructiilor cu materiale compozite

Figura r.16 Procedee utilizate la consolidarea stalpilor din beton armat:a.camasuiala din beton armat,

b.carcase din tabla §i injectari cu mortar,c.carcase din profile metalice,d.fretari cu platbande,e.fretari cu cabluri,f. tole din tabla lipite cu ra§ini epoxi.

Materiale care pot fi folosite pentru consolidarea stalpilor din beton armat prin lipire exterioara sunt:

- placi; _ - tesaturi

Beton - camasuieli;

Rezumat

• Otel

Pg. 6

Page 7: Mat Compozite Cap 8

Sisteme de consolidare a constructiilor cu materiale compozite

iar ca materiale compozite:

• Polimeri armati cu fibra de carbon (CPAFC)

• Polimeri armati cu fibra de sticla (CPAFS) tesaturi.

placi; carcae;

Rezumat Pg. 7

Page 8: Mat Compozite Cap 8

Compozitele polimerice armate cu fibre sunt folosite pe o scara din ce in ce mai larga, la reabilitarea structurilor sau elementelor structurale, mai ales in conditiile cand solutiile traditionale de consolidare se dovedesc deficitare sub diferite aspecte.

Principalele argumente in folosirea materialelor compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) la consolidarea stalpilor din beton armat sunt:

■ produsul compozit se poate alcatui si optimiza in functie de incarcarile specifice cazului concret;

■ posibilitatea suplimentarii necesarului de armatura transversala si longitudinala utilizand CPAF sub diferite forme (tesaturi, membrane, benzi, bare);

■ se reduce incarcarea permanenta din structura prin cresterea rezistentei si ductilitatii elementelor structurii;

■ CPAF cresc rigiditatea si rezistenta stalpilor din beton armat;■ din punct de vedere seismic este recomandata folosirea CPAF la repararea si consolidarea stalpilor din beton armat;■ folosirea CPAF la consolidarea stalpilor din beton armat mentine sectiunea aparenta egala cu cea initiala;

• proiectarea consolidarii stalpilor din beton armat folosind CPAF este relativ simpla;

• reducerea costurilor privind intretinerea structurilor, ca motive principale fiind imunitatea acestor materiale compozite la atacul agentilor corozivi si saruri;

• transportul materialelor, nu implica costuri mari;• in cazul confinarii pasive a stalpilor din beton armat, costul manoperei nu este ridicat;• pentru o instalare eficienta se poate recurge si la varianta automata de consolidare a elementelor;

• executia lucrarilor de consolidare cu CPAF se realizeaza in timp scurt;• rezistenta la coroziune;• densitate redusa;• modul de elasticitate ridicat;• caracteristici mecanice dirijate in raport cu cerintele de rezistenta §i rigiditate;• deformabilitate acceptabila;

• posibilitatea fabricarii unor produse adecvate solutiilor de consolidare, abilitatea benzilor de a fi pretensionate;• aplicarea solutiilor de consolidare in spatii limitate, eliminarea structurilor provizorii pentru sprijiniri temporare;• reducerea semnificativa a costului manoperei §i micsorarea pana la anulare a intreruperilor in functionarea constructiei;

• risc redus la inghet;• rezistenta la foc (benzile din CPAF sunt slab conducatoare de caldura in comparatie cu benzile metalice).

Solutiile de consolidare bazate pe materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) se pot realiza folosind combinatii variate de fibre §i matrice polimerice. Cele mai utilizate constituente ale CPAF pentru consolidarea structurilor din beton armat sunt ra§inile epoxidice, poliesterice §i vinilesterice ca matrice, respectiv fibrele din carbon, sticla sau aramidice pentru armaturi.

Rasinile polimerice utilizate la sistemele de consolidare bazate pe materiale compozite se pot regasi in urmatoarele componente (figura r.17):

i. grund, utilizat la amorsarea suprafetei betonului pentru imbunatatirea aderentei cu rasinile utilizate la impregnarea armaturii sau a stratului adeziv. Se aplica folosind procedeele de pulverizare, roluire, pensulare;

ii. chit, folosit ocazional pentru umplerea eventualelor goluri la suprafata betonului si netezirea suprafetei la care se ataseaza platbanda compozita;

iii. matrice, pentru impregnarea fibrelor, avand rolul de a mentine armaturile in pozitia impusa de tipul compozitului §i de a se asigura mediul de transmitere a tensiunilor prin produsul compozit;

Pg. 8

Page 9: Mat Compozite Cap 8

iv. adezivi, utilizati pentru asigurarea conlucrarii dintre platbanda compozita si beton - stratul adeziv permite transferul tensiunilor intre elementul de beton armat si produsul compozit folosit la consolidare;

v. acoperire protectoare, ce asigura protectia exterioara a armaturii produsului compozit fata de agentii agresivi din mediul inconjurator;

vi. fibrele ca materiale de armare, realizate din sticla, carbon sau aramide se utilizeaza sub forma unor filamente continue sau sub forma de tesaturi.

Figura r.17 Componentele solutiei de consolidare cu platbanda din CPAF a. acoperire protectoare; b. strat de rasina; c.

platbanda compozita; d . strat de rasina; e. chit; f. grund; g.beton.

Principalele avantaje si dezavantaje in folosirea compozitelor polimerice armate cu fibra la reabilitarea §i consolidarea structurilor ingineresti

O comparatie directa intre solutiile de consolidare in care se folosesc platbande din compozite cu matrice polimerica (CMP) si platbande din otel conduce la urmatoarele observatii:A. Consolidarea cu platbande:

A.1 Avantaje:■ platbandele din CMP sunt mai putin vulnerabile la actiunea agresiva a

agentilor chimici, de aceea costul intretinerii dupa instalare este mult mai redus;

■ platbandele compozite se pot proiecta si realiza cu proprietati prestabilite pe baza alegerii elementelor sistemului multifazic, fractiunilor volumetrice de fibra si matrice, orient arii fibrelor si procedeului de fabricatie;

■ CMP sunt izolatoare electrice, nemagnetice si neconductive termic;■ platbandele si membranele din CMP au greutate proprie redusa si sunt usor

de transportat, manipulat si instalat, adaugand valori mici la greutatea proprie;

■ elementele de consolidare din CMP se pot produce cu lungimi mari, fiind posibila livrarea si in rulouri;

■ reabilitarea structurala nu necesita decat rareori si pe durate minime intreruperea functionarii structurii aflate in procesul de consolidare;

■ costul total al aplicarii la platbandele din otel si la cele compozite este aproape acelasi, dar daca se considera intreruperile in functionare si costurile de intretinere, economiile in cazul folosirii platbandelor compozite ajung pana la 18-20 %;

■ platbandele compozite sunt recomandate in mod special in cazul clorinarii betonului;■ in toate situatiile in care exista agenti corozivi si lungimile necesare ale

platbandelor depasesc 8m solutiile cu platbandele din compozite polimerice armate cu fibre sunt mai economice.A.2 Dezavantaje:

Pg. 9

Page 10: Mat Compozite Cap 8

■ consolidarea cu platbande din CMP este sensibila la schimbari bruste ale sectiunii elementelor consolidate - denivelarile pot conduce la initierea unor forme de cedare cauzate de tensiunile locale de Intindere normala pe platbande;

■ materialele se comporta liniar elastic pana la rupere dar exista pericolul unor cedari fragile;

■ fibrele, mai ales cele din carbon, sunt de 4-5 ori mai scumpe decat otelul, dar manopera este mult mai ieftina - diferenta dintre costuri se reduce pe masura ce creste volumul de activitate si apar ofertanti noi;

■ platbandele compozite sunt mai vulnerabile la deteriorari cauzate de corpuri dure, dar deteriorarile sunt localizate si se pot repara usor.

B.Consolidarea cu tesaturi:B.1 Avantajele:

■ proprietati mecanice excelente;■ se pot folosi tesaturi armate unidirectional, bidirectional sau multidirectional;■ eventualele distrugeri mecanice locale sunt usor de reparat.

B.2 Dezavantaje:■ nu sunt compatibile cu o serie de rasini.

C.Consolidarea cu bare compozite:C.1 Avantajele:

■ sunt mai rezistente ca otelul;■ nu sunt conductive;■ reprezinta 1/4 din greutatea otelului;■ sunt testate experimental intr-o serie de centre universitare;■ sunt disponibile in diverse forme si dimensiuni;■ pot fi produse si la cererea clientului (in diverse forme si dimensiuni);■ exista norme dupa care se pot proiecta si executa constructii ingineresti din

beton cu armaturi din CPAF.C.2 Dezavantaje:

■ cost ridicat in comparatie cu barele de otel;■ manipularea armaturilor trebuie facuta cu grija pentru a nu se distruge mecanic armatura;■ carligele (sau portiunile curbe ale carligelor) de la capetele barelor nu se pot

realiza in situ.

Consolidarea elementelor incovoiate din beton armat folosind CPAF (compozite polimerice armate cu fibre)

Astfel consolidarea grinzilor si placilor din beton armat se bazeaza pe o solutie relativ simpla din punct de vedere conceptual, dar eficienta acesteia este determinata de capacitatea zonei compozit - beton de a prelua si transmite starile de tensiuni dintre componente.

Eficacitatea sistemului este influentata de modul in care se realizeaza produsul compozit folosit la consolidare si se aplica pe suprafata betonului. Aceasta relatie depinde de:

ii. lipirea unor platbande din materiale compozite polimerice armate cu fibre (obtinute prin pultrudere, prin contact sau prin vacuumare) si aplicarea acestora pe suprafata de beton, utilizand un adeziv cu proprietati fizico – mecanice adecvate;

ii. aplicarea unor membrane composite realizate la locul de punere in opera, folosind tehnologia uzuala de formare a stratificatelor compozite prin procedeul ,,de contact" - dupa dispunerea unui strat de ra§ina se aplica succesiv straturile de armatura sub forma unor benzi din tesatura care se preseaza cu rulouri, obtinand astfel simultan elementul compozit §i aderenta cu suprafata de beton;

iii. dispunerea armaturii si a rasinii intr-un mediu vacuumat, consta din plasarea armaturii alcatuite din tesatura peste zona ce trebuie consolidata si infuzia rasinii sub vacuum - procesul se desfasoara intr-un mediu

Pg. 10

Page 11: Mat Compozite Cap 8

inchis, infuzia de rasina umecteaza stratul de armatura si umple fisurile din beton.

Proprietatile cele mai uniforme se obtin prin utilizarea platbandelor si membranelor compozite prefabricate lipite de beton printr-un adeziv puternic, avand caracteristici fizico - mecanice compatibile atat cu stratul de beton cat si cu produsul compozit. Procedeul prin contact este cel mai convenabil aplicarii ,,in situ", atat ca flexibilitate a procesului cat si ca pret de cost. Totusi proprietatile sistemului rezultat au o mare imprastriere, consumul de rasina este relativ ridicat, iar membrana compozita rezultata dupa intarire are proprietati mecanice mai reduse. Infuzia de rasina in mediu vacuumat conduce la un element compact cu proprietati superioare la care rezulta o dispunere corecta a stratului de armare. In cazurile (ii) si (iii) rasina polimerica indeplineste si rolul de strat adeziv, format simultan cu produsul compozit. Desi, in acest caz exista mai putine interfete la care se poate initia cedarea, se elimina stratul tenace de adeziv, favorabil comportarii de ansamblu a sistemului hibrid.

La consolidarea elementelor incovoiate din beton armat cu ajutorul materialelor compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) trebuie respectat conceptul general al armarii exterioare astfel incat modul de lucru al elementelor incovoiate sa nu se inrautateasca. Toate cerintele de performanta impuse structurilor initiale trebuie mentinute si la cele consolidate. Prin solutiile propuse trebuie evitate devierile majore de la distributiile tensiunilor pe sectiunea transversala a elementelor in cele doua stari (consolidat si neconsolidat). Selectarea produsului compozit pentru armarea exterioara si a adezivului trebuie sa asigure modul de lucru unitar al elementului consolidat.

Proiectarea si realizarea consolidarii elementelor din beton armat solicitate la incovoiere cuprinde urmatoarele faze initiale :

a) Alegerea unui compozit cu modulul de elasticitate suficient de mare (preferabil compozite realizate din fibre de carbon si matrice epoxidice) pentru a folosi platbande subtiri cu proprietati stabile in timp.

b) Stabilirea sectiunii transversale a platbandelor compozite pentru obtinerea unei cresteri a capacitatii portante astfel incat sa se realizeze un mecanism de cedare convenabil. In literatura de specialitate sunt prezentate urmatoarele moduri specifice de cedare:

b1. curgerea armaturii din otel urmata de strivirea betonului in zona comprimata;b2. curgerea armaturii insotita de ruperea la intindere a platbandei compozite si apoi strivirea betonului din zona comprimata; b3. desprinderea platbandei in zona fisurilor marginale; b4. cedarea la forfecare a betonului in zonele de capat ale platbandelor;

b5. desprinderea platbandei in regiunea fisurata cu momente incovoietoare mari; b6. desprinderea platbandei datorita denivelarilor betonului; b7. cedarea aderentei ,,platbanda - adeziv"; b8. cedarea legaturii ,,platbanda - adeziv" sau ,,adeziv - beton"; b9. forfecarea interlamelara a platbandei compozite stratificate. Se considera convenabile mecanismele bl si intr-o oarecare masura b2.

c) Gradul de consolidare (raportul dintre momentul capabil al elementului consolidat si cel dinaintea consolidarii) se recomanda sa nu depaseasca valoarea 2.0. Astfel, in cazul extrem in care platbanda de CPAF devine neoperationala se mentine un coeficient de siguranta sub incarcari de exploatare de ordinul a 1.15 + 1.20.

d) Verificarea posibilitatii de cedare prematura prin mecanisme de desprindere a platbandelor compozite.

e) Prevederea unor mijloace de ancorare, in special la capetele platbandelor compozite, daca se anticipeaza desprinderi premature.

f) Executia corecta a tuturor operatiilor, sub un control riguros.In ultimii ani s-a incercat cu bune rezultate folosirea compozitelor armate cu

fibre la consolidarea zidariilor in care utilizarea solutiilor conventionale are unele dezavantaje, astfel sunt prezentate principalele solutii de consolidare a structurilor

Pg. 11

Page 12: Mat Compozite Cap 8

din zidarie folosindu-se materiale compozite. De exemplu consolidarea structurilor din zidarie prin camasuire cu beton armat este destul de eficienta, intrucat mareste capacitatea portanta, rigiditatea si ductilitatea, dar aceasta solutie este insotita de unele dezavantaje :

■ camasuielile grele sporesc mult greutatea proprie adaugand incarcari permanente destul de mari, uneori imposibil de transmis la terenul de fundare mai ales cand la parter sunt bolti sau arce;

■ incarcarile suplimentare din greutatea proprie modifica raspunsul dinamic al structurii fiind posibila suplimentarea incarcarii seismice;

■ grosimile camasuielilor pot altera aspectul estetic si reduc spatiul util din cladiri;■ solutia este mare consumatoare de manopera si pe durata realizarii

lucrarilor este obstructionata utilizarea normala a cladirii.Aceste dezavantaje au stimulat cautarea unor solutii de consolidare bazate pe

folosirea materialelor compozite armate cu fibre. O prima varianta de consolidare folosind materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) in care o tesatura din fibre (din sticla, carbon sau aramidice) este preimpregnata cu o rasina polimerica si lipita pe suprafata zidariei cu un strat adeziv.

Studii experimentale ulterioare au evidentiat faptul ca la consolidarea zidariilor este mai eficienta utilizarea fasiilor compozite inguste, figura r.18 a, orientate aproximativ dupa directiile tensiunilor normale decat acoperirea intregului perete cu membrane compozite continue.

De asemenea, din programele de cercetare - dezvoltare organizate in acest domeniu s-au formulat si alte concluzii:

■ in cazul in care solicitarea predominanta este incovoierea normala pe planul peretelui, este recomandata folosirea fasiilor compozite orizontale pentru cresterea momentului capabil;

■ daca zidul de caramida este incovoiat in planul sau este necesara distribuirea armaturilor exterioare compozite in zonele solicitate preponderent la intindere.

Figura r.18 Consolidarea zidurilor din caramida cu fasii din CPAF a. si b. fasii lipite pentru cresterea capacitatii portante la incovoiere si

forfecare, c. fasii (tendoane) nelipite dispuse pe contur pentru confinarea zidariei

Eficienta corespunzatoare a consolidarii cu fasii compozite se obtine doar daca este asigurata ancorarea corespunzatoare a armaturii compozite la capete, prin lungimi de ancorare suficiente sau prin sisteme de strangere (fixare).

Daca nu se asigura aceste conditii pot aparea desprinderi ale fasiilor compozite si moduri de cedare similare celor de la elementele din beton armat. Tirantii realizati din compozite polimerice armate cu fibre se folosesc mai ales la consolidarea monumentelor istorice realizate din zidarie. Folosirea tendoanelor compozite respecta doua conditii principale:

■ interventiile structurale sunt putin vizibile si nu altereaza "personalitatea" constructiei;■ solutiile propuse sunt "reversibile" si pot fi demontate daca performantele pe termen lung nu sunt satisfacatoare.

Pg. 12

Page 13: Mat Compozite Cap 8

Structurile din zidarie pot fi consolidate folosind tiranti dispusi perimetral, figura r.18 c. Tirantii sub forma unor bare rotunde sau fasii plate din compozite polimerice se aplica perimetral prin exteriorul zidurilor si apoi se pretensioneaza pentru realizarea confinarii orizontale.

Compozitele folosite ca tiranti sunt cu armare unidirectionala avand rezistente longitudinale foarte bune dar mult mai mici in directie transversala. De asemenea, compozitele cu armare unidirectionala care folosesc matrice polimerice termorigide sunt fragile si sensibile la operatiile de filetare sau aschiere si de aceea trebuiesc realizate sisteme speciale de innadire in camp sau de fixare la capete.

Intrucat tirantii din materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) nu pot fi indoiti dupa raze mici de curbura este imposibila trecerea acestor elemente dupa colturi si se impune ancorarea separata a tendoanelor. Sistemul de fixare si ancorare la coltul unui zid este realizat dintr-un coltar din otel si o pereche de reazeme care permit ancorarea fasiei compozite. Tendonul compozit se lipeste pe o pereche de eclise metalice.

Transferul fortelor de pretensionare din tiranti la structura se realizeaza prin contactul dintre coltarul metalic si zidarie. Cele doua tendoane compozite ancorate la acelasi colt se pretensioneaza progresiv prin strangerea alternativa a piulitelor din capatul pieselor, astfel incat sa se echilibreze momentele incovoietoare. Innadire tendoanelor compozite, dispuse perimetral, se face prin intermediul unor eclise metalice si un manson strangere.

Folosirea materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) la consolidarea structurilor din zidarie, desi in stadiu initial, ofera rezolvari corespunzatoare in cazurile in care solutiile traditionale prezinta unele dezavantaje inacceptabile datorita necesitatii dezvoltarii unor solutii speciale de prindere si fixare astfel incat sa fie utilizat in intregime potentialul structural al CPAF.

Solutii de consolidare a elementelor din lemn, in special solutii pentru grinzi si stalpi.

Conceptul consolidarii grinzilor si stalpilor din lemn folosind materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) este relativ nou. O serie de metode folosite la consolidarea grinzilor din lemn sunt asemanatoare cu metodele de consolidare aplicate grinzilor din beton armat. Prin urmare, se extinde ideea de consolidare a grinzilor din lemn cu materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) in vederea sporirii capacitatii la forfecare si incovoiere. De asemenea stalpii din lemn cu sectiune circulara si rectangulara vor fi confinati in vederea cresterii capacitatii portante.

Aceste tehnici de consolidare folosind materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) se pot aplica la constructiile de importanta istorica (castele, manastiri, muzee), poduri din lemn, grinzile cu zabrele din lemn, arce din lemn, etc.

Consolidarea stalpilor din lemn folosind materiale compozite polimerice armate cu fibre presupune mai intai un studiu economic pentru a analiza daca este rentabil ca stalpii din lemn sa fie confinati cu CPAF sau este mai economica inlocuirea acestora cu stalpi noi, din lemn. In cazul sectiunilor rectangulare inlaturarea portiunii afectate (de putrezire, insecte, etc.) se realizeaza folosind un fierastrau electric, portiunea decupata avand o forma regulata pentru a usura inlocuirea cu alta bucata de lemn "sanatoasa" (este recomandata inlocuirea portiunii afectate cu aceeasi esenta de lemn sau o esenta mai tare). Confinarea se poate realiza folosind tesaturi din fibre de sticla sau fibre de carbon preimpregnate cu rasini epoxidice sau fasii din materiale compozite polimerice armate cu fibre de carbon.

Confinarea stalpilor din beton armat cu materiale si produse composite

Se detaliaza confinarea stalpilor din beton armat cu materiale si produse compozite. Sunt prezentate efectele confinarii la elementele comprimate, modelele Popovics, Mander, Spoelstra-Monti si Triantafillou de analiza a betonului confinat

Pg. 13

Page 14: Mat Compozite Cap 8

cu CPAF si de calculare a deformatiilor, dar si definirea relatiilor dintre tensiuni si deformatii specifice.

Efectul de strangere laterala a betonului comprimat, exercitat de armatura transversala la valori ridicate ale eforturilor unitare, cand procesul de microfisurare a structurii interioare a betonului este amorsat, manifestandu-se prin tendinta de ,,dilatare" transversala, este denumit in mod curent efect de confinare.

Obiectivele principale ale confinarii sunt:(a) sa sporeasca rezistenta betonului si posibilitatea deformarii,(b) sa furnizeze suportul lateral pentru armatura longitudinala,(c) sa impiedice exfolierea suprafetei betonului.

Impiedicarea intr-o masura mai mica sau mai mare a deformatiilor transversale prin mobilizarea unei armaturi transversala dispusa judicios poate imbunatati sensibil comportarea betonului confinat si sub aspectul rezistentei, dar mai ales sub aspectul deformabilitatii. Astfel printr-o confinare eficienta, deformatia specifica ultima a betonului comprimat poate spori de cateva ori in raport cu valoarea corespunzatoare compresiunii monoaxiale.

Explicatia efectului de confinare evidentiaza si parametrii care-l influenteaza:

■ procentul de armare transversala;■ limita de curgere a armaturii;■ raportul dintre distanta intre etrieri si dimensiunile miezului de beton,

adoptarea unei distante mai reduse ducand la confinarea mai eficienta;■ raportul dintre diametrul etrierului si distanta intre punctele sale de

prindere, respectiv rigiditatea sa la incovoiere. Acest parametru are importanta, evident, numai pentru etrierii ortogonali, nu si pentru freta circulara. Pentru a spori rigiditatea la incovoiere a etrierului, atunci cand se folosesc si agrafe intermediare este recomandabil ca acestea sa lege etrierii si nu armaturile longitudinale;

■ procentul si diametrul armaturii longitudinale, pentru ca si acest otel confineaza betonul. Pentru acesta fiecare bara longitudinala trebuie fixata, prin dispunerea strict in coltul unui etrier, in contact intim cu acesta.

Folosirea materialelor compozite cu matrice polimerice armate cu fibre (CPAF) in procesul de consolidare a structurilor din beton armat conduce la eliminarea unor neajunsuri ale materialelor clasice, datorita faptului ca materialele compozite sunt imune la atacul agresiv al agentilor chimici, socuri mecanice, actiuni ale focului sau variatiilor mici de temperatura.

Materialele compozite cu matrice polimerice armate cu fibre (CPAF) au rezistente mecanice si constante elastice cu valori foarte ridicate in directia fibrelor, proprietati mecanice dirijate in raport cu directiile de solicitare, precum si posibilitatea realizarii unor infasurari sau camasuieli compozite folosind personal cu o calificare medie.

Rolul CPAF este de a creste capacitatea portanta a elementului, de a spori ductilitatea si de a reduce sau stopa viteza mecanismelor de deteriorare posibile in exploatarea structurii. Tesatura se considera aplicata doar in directie orizontala, ceea ce asigura o confinare a betonului dar care nu actioneaza ca si o armatura suplimentara. Efectul aplicarii fibrelor polimerice reprezinta o crestere a rezistentei la compresiune si a ductilitatii stalpilor, dar doar o crestere usoara a rezistentei la incovoiere. Starea de compresiune triaxiala a betonului confinat, conduce la o crestere semnificativa a rezistentei acestuia, de circa 1,6 pana la 4,0 ori mai mare decat rezistenta la compresiune monoaxiala.

Pentru a spori ductilitatea stalpilor din beton armat, s-a considerat confinarea lor cu polimeri armati cu fibre de carbon. Tesatura s-a aplicat in straturi orizontale, efectul ei fiind de confinare a betonului.

O cerinta de ductilitate specifica stalpilor este innadirea corecta a armaturilor. Conditiile tehnologice impun ca armaturile longitudinale din stalpi sa fie innadite la partea inferioara a stalpilor. Insa acestea sunt zonele critice, in care se pot produce deformatii inelastice in urma unui cutremur. Strivirea betonului in zona articulatiei plastice conduce la o degradare accentuata a conditiilor de aderenta si nu mai asigura continuitatea transmiterii eforturilor din armaturi in zona innadirii. De aceea, trebuie evitate innadirile armaturilor din stalpi in zonele plastice potentiale, in special a innadirilor prin suprapunere.

Pg. 14


Recommended