Constructii din beton armat

PARTE INTRODUCTIVĂ

Alcătuirea betonului armat

După cum arată însăşi denumirea lui, betonul armat este o asociere a două materiale otel şi beton care diferă unul de altul din punct de; vedere al proprietăţilor lor mecanice, dar care lucrează împreună.

Betonul, ca orice piatră, rezistă mult mai puţin la întindere decât la compresiune. Din studiul, unei grinzi de beton, supusă la încovoiere, rezultă ca. partea care se găseşte deasupra axei neutre, se nasc eforturi de compre­siune, iar dedesubtul acesteia eforturi de întindere. Dimensiunile secţiunii transversale a grinzii trebue să fie stabilite ţinând seamă de faptul că betonul lucrează la întindere, iar rezistenţa zonei comprimate a grinzii ră­mâne nefolosită integral. Pentru reducerea dimensiunilor secţiunilor trans­versale aie grinzii, trebue să se in­troducă în zona întinsă un material care să poată spori rezistenţa acesteia la întindere . Un astfel de ma­terial este oţelul.Asocierea unor materiale atât de diferite prin natura lor este posibilă şi chiar raţională, datorită proprietă­ţilor pe care le au. In timpul întăririi, betonul aderă puternic la oţel; în urma acţiunii forţelor exterioare, ambele materiale lucrează solidar, adică fibrele vecine ale betonului şi ale oţelului capătă deformaţii egale. Totodată, oţelul, fiind , un material mult mai rezistent, preia pe unitatea de suprafaţă a secţiunii un efort mai mare,. în comparaţie cu efortul pe care-1 preia betonul şi, prin urmare, chiar în cazul introducerii în beton a unei secţiuni relativ reduse de oţet, influenţa acestuia va fi destul de apreciabilă.

Aderenţa dintre oţel şi beton asigură conlucrarea ambelor materiale în mod solidar.

2 Oţelul şi betonul au coeficienţi de dilataţie liniari aproape egali (pentru beton: ’deia 0,0000148 până la’o,000010, iar pentru oţel: 0,000012);i consecinţa acestui fapt este că, la variaţii de ternpei atură apar eîoituti interioare foarte mici, care împiedică proaucerea deformaţiilor peucuSoase. Mai mult, betonul, fiind relativ rău conducător de căldură, protejează oţe­lul împotriva variaţiilor brusce de temperatură.

3. Betonul protejează oţelul înglobat împotriva coroziunii, fapt care s’a dovedit prin experienţe şi a fost totdeauna confirmat la dărâmarea construcţiilor vechi de beton armat. Această proprietate o au însă numai betoanele suficient de compacte şi confecţionate cu ciment. Pe lângă fap­tul că asigură integritatea oţelului, betonul armat realizează o folosire avantajoasă a ambelor materiale, betonul preluând mai ales eforturile de compresiune, iar oţelul, pe cele de întindere.

Din punctul de vedere al execuţiei, construcţiile de beton armat se îm­part în: construcţii monolitice, adică turnate pe loc în întregime, şi prefabri­cate, formate din’ elemente separate,. executate dinainte în fabrici sau chiar pe şantier.

Scurt istoric al desvoltării construcţiilor de beton armat

In comparaţie cu construcţiile executate din alte materiale (piatră, lemn, metal) construcţiile de beton armat sunt construcţii de dată recentă.

Betonul armat a început să fie întrebuinţat la construcţii numai în cea de a doua jumătate a secolului al XlX-lea. Cu toate acestea, el a luat în scurt timp o largă răspândire şi se poate spune că are o istorie a sa proprie. Oameni de ştiinţă proeminenţi şi-au consacrat activitatea lor studierii proble­melor legate de introducerea betonului armat în practica construcţiilor.

In Rusia dinainte de Marea Revoluţie din Octombrie, prima întrebuin­ţare a construcţiilor de beton armat datează din anul 1886. In acel timp era folosit „sistemul Monier“ denumit după numele grădinarului francez, care a obţinut (în 1867) primul brevet pentru fabricarea vaselor de flori din beton armat şi care a ştiut să întrebuinţeze betonul armat şi la alte elemente: plăci, bolţi, tuburi etc. Totuşi neavând noţiuni despre modul de comportare a construcţiilor sale, Monier le executa absolut empiric, făcând erori grosolane: de exemplu, în plăci el punea armătura la mijlocul gro­simii lor, unde în general, nu există eforturi de întindere.

La început, încercările de răspândire în Rusia a betonului armat au fost foarte reduse — în special din cauza desvoltării slabe a industriei, şi din cauza neîncrederii multor ingineri în acest nou fel de construcţii. In ce priveşte desvoltarea betonului armat în Rusia, un mare merit îi revine lui N. A. Beleliubschi, profesor la Institutul de ingineri de căi de comuni­caţii. Acesta era convins de însemnătatea folosirii betonului armat în construcţii, şi a fost un propagandist activ printre ingineri pentru utiliza­rea acestui material. Sub conducerea lui, au fost efectuate în 1891, la Pe- tersburg, primele experienţe cu diferite construcţii de beton armat, în sco­pul verificării principiului însuşi care stă la baza betonului armat şi posi­bilităţii întrebuinţării lui în diferitele domenii ale construcţiilor.

In prezenţa unui număr destul de mare de reprezentanţi ai diferitelor departamente şi instituţii, au fost supuse la încercări prin încărcare (fig. 2 şi 3): plăci de beton armat cu deschideri de ! 1,0, 1,5 şi 2,0 m; o boltă de beton armat, cu o deschidere de 4,01. m; tuburi cu diametrul de 0,71 m; un rezervor cilindric cu diametrul şi înălţimea de 2,0 m; o celulă hexagonală a unui siloz cu laturile de 1,5 m şi înălţimea de 3,0 m şi un pod boltit pentru un drum carosabil cu o deschidere de 17,08 m. Concomitent cu aceste experienţe, au fost încercate, pentru comparaţie, plăci şi bolţi de aceleaşi deschideri, însă de beton simplu.Rezultatele încercărilor au fost foarte convingătoare, ele demonstrând avantajele mari pe care le prezenta betonul armat; aceste rezultate au spul­berat îndoielile multor ingineri şi au constituit un impuls pentru răspândirea betonului armat în construcţii.

In această primă perioadă a desvoltării betonului armat, au fost exe­cutate în Rusia o serie de construcţii care merită toată atenţia, de exemplu, în 1893, paserelele, bazinul şi construcţiile cu bolţi la clădirea fostei Uni­versităţi de Stat din Moscova; în 1896, paserela (podul) de beton armat cu o deschidere de 45 m la iarmarocul din Nijegorodsc.

La sfârşitul anului 1898, prin hotărârea Consiliului inginerilor din Mi­nisterul Căilor de Comunicaţii, s’a permis să se întrebuinţeze betonul armat la căile ferate şi la şosele.

Astfel, începând din anul 1899, betonul armat a început să fie între­buinţat în Rusia la căi ferate pentru viaducte, poduri, planşee, rezervoare. Ne putem da seama de proporţia pe care a luat-o desvoltarea construcţii­lor de beton armat la căile ferate, considerând faptul că numai pe o singură linie de cale ferată, Vitebsc-Jlobin, au fost construite în anii 1901 —1902 o serie de 27 de viaducte şi podeţe de beton armat, în lungime totală de 412 m.

Fostele Zemstve (administraţii judeţene), mai ales cele din Sud, au început deasemenea, din anul 1902 să construiască poduri şi tuburi din beton armat pentru drumuri şi şosele.

In 1904, după indicaţiile lui N. A. Beleliubschi, s’a construit la Nicoîaev primul far de beton armat din lume (fig. 4).

In aceeaşi perioadă (ultimii ani ai secolului al XlX-lea) a început să fie generalizată metoda de calcul al construcţiilor de beton armat pe baza rezistenţelor admisibile, metodă care ţine seama de legile rezistenţei materialelor. Aceşti ani trebue consideraţi ca reprezen­tând începutul primei etape a desvoitârii betonului armat, caracterizată prin apariţia unei serii de construcţii de beton armat, proiectate pe bază de date ştiinţifice; dintre acestea fac parte planşeele cu nervuri, stâlpii, funda­ţiile, zidurile de sprijin, piloţii, apoi construcţiile în cadre şi alte sisteme. Din această perioadă datează lucrările cercetătorului francez Considere şi ale celui german Morsch. precum şi ale inginerului francez Hennebique, care au contribuit la desvoltarea construc­ţiilor de beton armat.

Interesul inginerilor ruşi pentru betonul armat a crescut simţitor în diferite domenii ale construcţiilor. Astfel, au apărut primele lucrări tratând despre betonul armat: lucrările lui S. I. Rudniţehi, B. Acbimov, G. P. Perederii şi alţii; totuşi, nu existau încă norme oficiale şi condiţii tehnice pentru construcţiile de beton, armat. N. A. Beleliubschi cerea insistent, încă din 1904, o apro­bare cât mai urgentă a unor astfel de norme, pentru ca proiectarea să nu mai aibă un caracter întâmplător. Aceste norme erau necesare, deoarece apăruseră sisteme foarte variate de construcţii de beton armat, -iar lucră­rile de beton armat erau executate, în majoritatea cazurilor, în antrepriză de către diferite firme, care adeseori executau singure proiectele con­strucţiilor.

In 1908, Ministerul Găil or de Comunicaţii a aprobat primele „Condiţii Tehnice pentru construcţii de beton armat„, care au avut o Însemnătate esen­ţială pentru răspândirea betonului armat în Rusia. In 1911, Ministerul Căi­lor de Comunicaţii a publicat noi „Condiţii Tehnice”, anexând la ele „Norme pentru calculul construcţiilor de beton armat”.

In aceeaşi perioadă au fost editate „Condiţii Tehnice11 şi de către alte departamente care executau construcţii de beton armat, printre care se număra şi Primăria oraşului Moscova. „Condiţiile Tehnice11, editatei pentru ultima dată în 1912, se refereau nu numai la construcţii de beton armat şi de cărămidă armată, dar şi la construcţii de beton simplu şi conţineau in­dicaţii amănunţite pentru calculul construcţiilor civile.

Problemele ridicate de tehnologia betonului şi de lucrările de beton şi beton armat erau elaborate pe atunci, mai ales la Petersburg, în trei la­boratoare — al Institutului de ingineri de căi de comunicaţii (profesor N. A. Beleliubschi), al Academiei Militare Tehnice (profesor I. G. Maliuga) şi al Institutului politechnic (profesor S. I. Drujinin). La Moscova, primul laborator pentru studiul şi cercetarea betoanelor a fost organizat de pro­fesorul N. C. Lahtin.

O contribuţie deosebit de importantă în problema betonului a adus-o I. G. Maliuga. In lucrarea! sa, „Compoziţia şi metodele de preparare a mor­tarului de ciment (beton) pentru obţinerea rezistenţei maxime11, apărută în 1895,1. G. Maliuga a stabilit principiile de bază in alegerea compoziţiei be­tonului, inclusiv dependenţa rezistenţei betonului de raportul apă-ciment.

O mare însemnătate pentru desvoltarea construcţiilor de beton armat au avut lucrările lui A. F. Loleit, G. P. Perederii, I. S. Podolschi, V. M. Cheldâş, atât în ce priveşte perfecţionarea teoriei betonului armat, cât şi în ce priveşte introducerea în practică a noilor construcţii.

Deşi în literatura tehnică se afirmă că planşeele ciuperci (fără grinzi) au fost folosite pentru prima dată în Elveţia, prioritatea în această privinţă aparţine in realitate inginerului rus profesor A. F. Loleit, care, încă din 1908, a calculat,, a dat soluţii constructive şi a executat la Moscova un de­pozit pentru produse lactate, cu patru etaje, la care planşeele dintre etaje erau planşee ciuperci.1)

Intre timp s’au făcut şi alte propuneri din partea inginerilor ruşi; unele dintre ele au căpătat o largă răspândire şi dincolo de graniţele Rusiei. De exemplu, sistemul lui N. A. Abramov, de stâlpi de beton înfăşuraţi în spi­rale din oţel lat, pentru secţiuni dreptunghiulare şi alte forme de secţiuni; sistemul lui A. F. Loleit de stâlpi cu Grieri continui, sistemul lui V. P. Necrasov, de plase („legături libere11) şi altele.

înaintea primului război mondial, inginerii ruşi executau pe scară largă construcţii de beton şi de beton armat, mai ales la lucrările de artă pentru şosele şi căi ferate, la construcţii de porturi şi la fortificaţii. Toto- diaţă, în domeniile indicate existau realizări importante şi în ce priveşte executarea şi mecanizarea lucrărilor de beton şi de beton armat.

Munca inginerilor constructori ruşi era însă mult îngreunată din cauza politicii claselor conducătoare ale Rusiei ţariste, care subestimând forţele creatoare ale poporului rus, propagau intens răspândirea tehnicei străine în toate domeniile. Ca urmare, construcţia lucrărilor industriale şi a clă­dirilor mari publice, comerciale şi a depozitelor era dată adesea in antre­priză firmelor străine pentru lucrări de beton armat, în special celor germane şi franceze.

i) M. I. Ştaerman, A. M. Ivianschi. Planşee fără grinzi Pişcepromizdat 1937 (N. R. Editura Industriei Alimentare) pag. 37.

2 — Construcţii de beton armat.

C. V. Sahnovschi

Cu toate aceste piedici, inginerii ruşi au avut o influenţa mare asupra desvoltării construcţiilor de beton armat. Se cunosc cazuri c.and inginerii ruşi au construit complexuri întregi de construcţii mari de beton armat la uzinele militare. La Petersburg, de exemplu, au fost executate sub condm cerea inginerilor ruşi, multe clădiri mari industria e ş, ciy e. Dintre^acestea din urmă se aminteşte: clădirea cu nr. 2 pe strada Malaia Sadovaia c a direa cu nr 7 la intersecţia dintre bulevardul Nevschi şi strada Gogol, cla d ea magazinului Universal, actualmente Casa Comerţului din Leningrad ne strada Jeleabov (fig. 5), Hotelul „Astoria“ şi multe altele. Se poate semnala deasemenea construcţia celei mai mari fabrici de cimen rossisc si Podolsc în apropiere de Moscova. La construcţia clădirilor de lo cuit si a celor publice se întrebuinţau încă din acel timp planşee de beton arrriat cu nervuri dese şi pianşee de cărămizi armate.

Aceasta era situaţia construcţiilor de beton armat – din punct de ve­dere teoretic si practic — în Rusia dinainte de Revoluţie            După Marea Revoluţie Socialistă din Octombrie, problemele _ puse in fata poporului sovietic de către partid şi guvern au impus o întărire a in­dustriei si în primul rând, a industriei grele. Sarcina industrializări ţarii tăcea necesară desvoltarea în largă măsură a industriei construcţiilor pe baza unei tehnici noi.

In rezoluţia Congresului al XV-lea al P. C. (b) al „De p directivele cu privire la întocmirea planului cincinal al economiei n .

(1927) s’a indicat: ……. la executarea construcţiilor capitale este necesară o luptă pentru introducerea noilor metode de lucru şi folosirea realizărilor tehnice celor mai noi”.1)

Datorită acestor directive, în anii primelor cincinale betonul aimat a ccupat în construcţii un loc de frunte.

Prima construcţie mare, la care s’a întrebuinţat pe larg betonul armat, a fost Volhovstroi-ul (1921 —1926) — construcţia primei centrale hidroelectrice puternice din U.R.S.S. La această hidrocentrală, inginerii sovietici au proiectat şi executat construcţii importante din beton şi din beton armat. Clădirea principală a centralei de forţă (fig. 6) este executată dintr’o construcţie: în cadre de beton armat cu arce care susţin calea unei maca- rele de 130 t. La substaţia principală coborîtoare de tensiune şi la toate substaţiile secundare s’a întrebuinţat deasemenea într’o mare măsură be­tonul armat.Volhovstroi-ul a reprezentat o> mare şcoală cu caracter practic pentru specialiştii sovietici în beton armat şi, în special pentru betoniştii hidro­tehnicieni (P. P. Laupman, G. N. Maslov şi mulţi alţii).După terminarea construcţiei hidrocentralei de pe Volhov, a urmat executarea altor centrale hidroelectrice, ca de exemplu centrala hidroelec­trică de pe Nipru (1927—1932) şi centrala hidroelectrică de pe Svirul de Jos (1928—1934), construcţii executate deasemenea din beton şi beton armat.a construcţia centralei hidroelectrice de pe Svir s’au aplicat pentru prima dată în practica mondială, construcţiile de beton armat sub apă, exe­cutate pe un teren foarte uşor deformabil; afară de aceasta, la executarea

Tn anul 1928 s’au introdus în practica construcţiilor: sisteme spaţiale cu plăci curbe autoportante, cu secţiunea în linie ren a, acoperisurfcu intui poligonal, cupole. Dintre acestea, la acoperişurile cla- dirilor industriale au căpătat cea mai largă utilizare suprafeţele autoportante scurte pe arce (fig. 12), ele reprezentând în acelaş timp, o soluţie radicală pentru zonele cu pericol de incendiu la acoperişurile /alcătuite în mod obişnuit din ferme de lemn cu segmenţi. Celelalte sis­teme au fost introduse în practică mai întâi pe scară redusă, în schimb la construcţia (în 1931) combina­tului de aluminiu din Dneprovsc, suprafeţele autoportante lungi  şi cele în linie frântă au căpă­tat o întrebuinţare destul de largă.

Oamenii de ştiinţă sovietici au contribuit mult  crearea şi desvolta- rea teoriei calculului şi a metodelor de execuţie a invehtonior cu placi sub ţiri, depăşind cu mult, în acest domeniu ştnnţa^ apuseana pe baza teor^^ suprafeţelor autoportante, creată de profesorul Ca exemplu se poate cita sala maişinlillor dela centrala hidroelectrică de pe Svir, precum şi o serie întreagă de clădiri numai cu parter, ca de exemplu, la uzinele ,,Şaricopodşipnic“, „Calibr” din halele combinatului UDneiprocombinat”, depoul de vagoane al Metropolitanului din Moscova (fig. 15) etc. Deasemenea s’au executat construcţii cu mai multe etaje: Editura „Molot“ din oraşul Rostov pe Don, Uzina „Pribor” (fig. 16), corpul de clădire cu cinci etaije al Metalostroi-ului de lângă Moscova şi al- telle. Adeseori, se executau doar stâlpii, centurile şi grinzile de rulare din beton armat prefabricat, iar acoperişurile se făceau din ferme de lemn sau metalice

Odată cu construirea clădirilor de beton armat prefabricat, s’au făcut la organizaţiile ştiinţifice şi de proiectare vaste cercetări, pe baza cărora au fost elaborate şi editate, în 1933, ,,Instrucţiunile pentru construcţii prefabricate”, care au contribuit la introducerea acestui fel de construcţii în practica de pretutindeni. In U.R.S.S., construcţiile prefabricate de beton armat au luat în acel timp o mai mare răspândire decât în celelalte ţări, unde acestea erau întrebuinţate numai în cazuri foarte rare pentru elementele portante principale. Din aceeaşţ perioadă datează şi începutul desvoltării în U.R.S.S, a industriei de comecţionare a diferitelor produse de. beton armat (piese de construcţii) ca, de exemplu, trepte, pervazuri, plăci de cornişe, stâlpi tu­buri etc.                              ’          ‘

Pentru executarea elementelor de construcţii prefabricate, s’au construit fabric1 (la Moscova şi la Leningrad), precum şi secţii şi ateliere speciale pe diferite şantiere. In prezent, fiecare trust mare de construcţii cuprinde în structura întreprinderilor sale de producţie o secţie sau chiar o fabrică de prefabricate de beton armat şi reţeaua acestor întreprinderi se desvoltă în permanenţă.S E Freifeld, S. A, Di- mitriev E.. G. Ratz, A. P. Corovchin şi alţii. In 1943 au fost date publicităţii „Instruc­ţiunile pentru proiectarea construcţiilor de beton armat precomprimat’1 (proiect), ela­borate de ŢNIPS, sub condu­cerea profesorului A. A. Gvoz­dev. După terminarea Maie- lui Război pentru Ap ararea Patriei, elementele de beton aimat precomprimat au^ fost introduse în practica intr o măsură importantă. construcţii şi, în primul rând a metalului. Ca o primă măsură a fost introdusă peste tot sudura electrică la înnădirea armăturii.

Ulterior, s’a hotărît să se treacă la folosirea oţelului-beton cu rezistenţă superioară, care se obţine, prin prelucrarea la rece a oţelului beton moale şi a barelor cu profil periodic laminate la cald.

O economie simţitoare de materiale s’a obţinut la proiectare, deoarece a devenit posibilă reducerea dimensiunilor elementelor, prin majorarea re­zistenţelor admisibile ale betonului şi ale oţelului sau cu alte cuvinte, prin reducerea coeficienţilor de siguranţă. Iuti ‘un termen scurt, între 1921 şi 1934, „Normele şi Condiţiile Tehnice pentru proiectarea elementelor de be­ton armat”, au fost de patru ori revizuite şi prelucrate. La aceste lucrări au luat parte specialişti sovietici cunoscuţi ca: V. M. Cheldâş, I. V. Stolea- rov, A. F. Loleit, N. C. Lahtin, A. A. Gvozdev şi alţii. Către primăvara anului 1936, pornind dela propunerea profesorului A. F. Loleit, laboratorul de construcţii de beton armat al ŢNIPS-ulur a ela­borat în ce.a mai mare parte, sub conducerea profesorului A. A. Gvozdev, teoria nouă a calculului elementelor de beton armat după stadiul de rupere,, iar la începutul anului 1939, au fost introduse în practică noile „Norme şi Condiţii Tehnice” N şi TU (OST 90003 — 38), obligatorii pentru proiecta­rea elementelor de beton armat ale clădirilor industriale şi civile.

Trebue să se noteze că un rol proeminent în elaborarea noii teorii de calcul a elementelor de beton armat şi pentru desvoltarea ei în viitor, l-au avut oamenii de ştinţă sovietici A. F. Loleit, A. A. Gvozdev, Ia. V. Stolea- rov, V. I. Muraşev, P. L. Pasternac, V. A. Buşcov şi alţii.

Primele lucrări experimentale şi teoretice legate de elaborarea noii teorii coincid aproximativ, cu începutul celei de a doua etape de desvoltare a betonului armat, caracterizat printr o largă elaborare şi aplicare a elemen- teloi de beton armat în spaţiu şi a elementelor de beton precomprimat. Dintre specialiştii străini care au contribuit, în această etapă la desvoltarea betonului precomprimat, pot fi citaţi: Dischinger (Germania) şi Freyssinet (Franţa). Noua metodă de calcul la rupere, pe lângă faptul că oglindeşte mai bine comportarea betonului armat în comparaţie cu vechea metodă de cal­cul după rezistenţele admisibile (betonul armat elastic), duce şi la o eco­nomie importantă de oţel, mai ales la elementele solicitate la compresiune şi întindere excentrică.

Avantajele noii teorii a betonului armat sunt dovedite, iar prioritatea elaborării şi introducerii ei în practică aparţine oamenilor de ştiinţă sovie­tici. In ultimii ani, oamenii de ştiinţă dintr’o serie de alte ţări, recunoscând importanţa de necontestat, atât din punct de vedere teoretic, cât şi din punct de vedere practic, a metodei sovietice de calcul la rupere, au început deasemenea să lucreze la introducerea ei.tonarea în timpul iernii a elementelor cu secţiuni reduse şi metoda beto- nării în barăci încălzite, mobile. Aceste metode permit executarea lucrărilor de beton armat în tot cursul anului.

De mare însemnătate pentru executarea construcţiilor de beton armat a fost în ultimii ani folosirea metodelor rapide industriale ca adaptarea unor sisteme raţionale de cofraje de inventar (mobile, alunecătoare, transporta­bile), utilizarea la armarea construcţiilor a plaselor şi carcaselor sudate — plane şi în spaţiu — precum şi o mai largă folosire a elementelor pre­fabricate.

Este necesar să ne oprim puţin şi la construcţiile de poduri de beton armat, începute în U.R.S.S., în 1899 şi care au atins proporţii destul de mari. In aoest domeniu academicianul G. P. Perederii are un merit deosebit. El a scris primul curs de poduri de beton armat, editat în 1912; tot el a elabo­rat, pentru prima dată, proiectele podurilor prefabricate din beton armat, iar în anul 1936 s’a construit peste Neva, după proiectul lui, un pod pe arce cu mare deschidere, la care a! fost folosită armătură din tuburi. Acesta este unicul pod mare în lume la care s’a folosit acest mod de construcţie.

Importantele poduri de beton armat, executate înainte de Marele Răz­boi pentru Apărarea Patriei, peste Nipru, Volga,, Moscova, Cura şi alte râuri, sunt mărturi ale realizărilor sovietice în acest domeniu. Pe căile fe­rate ale U.R.S.S. s’au executat multe poduri pe grinzi, cu deschideri până la 33,0 m. De o- mare însemnătate au devenit podurile prefabricate pe grinzi, la a căror construcţie au un rol hotărîtor puternicele macarale de montaj, cu o capacitate de ridicare până la 100 t.

Podurile de beton armat pe arce au căpătat o mare răspândire la lucră­rile de căi ferate şi de şosele. Dintre podurile de acest fel, prezintă un mare interes podul amintit, de peste Neva şi podurile pe arce fără timpane.

Hotărîrea Consiliului de Miniştri al U.R.S.S. din 9 Mai 1950 cu privire la reducerea costului construcţiilor, pune în faţa constructorilor sovietici noi sarcini importante, una dintre acestea fiind industrializarea construcţii­lor de beton armat. In această direcţie, se deschid în faţa inginerilor şi a oamenilor de ştiinţă sovietici, perspectivele unei uriaşe munci creatoare.

In prezent, desvoltarea în U.R.S.S. a teoriei şi a practicii betonului ar­mat intră într’o nouă fază, cea de treia. Această a treia fază a desvoltârii betonului armat se caracterizează, în primul rând, prin trecerea generală la construcţii industriale de beton armat prefabricat şi monolitic, în al doi­lea rând, prin trecerea la noua metodă înaintată de calcul al construcţiilor la starea limită, prioritatea elaborării acestei teorii aparţinând deasemenea şcolii de ingineri sovietici.

Metoda calculului la starea limită, care ţine seamă, în măsura maxim posibilă, de factorii de bază care influenţează modul de comportare a construcţiilor, este pusă la baza proiectului noilor Norme Oficiale. Primele propuneri şi lucrări folosind această metodă au fost făcute de oamenii de ştiinţă sovietici: N. M. Ghersevanov, N. S. Streleţchi, A. A. Gvozdev şi alţii; bazele metodologiei calculului construcţiilor au fost elaborate în 1917 • 1948, de.Comisia de unificare a metodelor de calcul a construcţiilor, sub preşedinţia profesorului V. M. Cheldâş.

Domeniile actuale de întrebuinţare a betonului armat

Betonul armat monolitic şi betonul armat prefabricat

In prezent betonul armat este foarte mult întrebuinţat în diverse ra­muri ale construcţiilor, în care sunt elaborate ferme originale de elemente,caracteristice numai acestui material.

Fată de construcţiile de zidărie sau metalice, betonul armat permite in multe cazuri soluţii mai raţionale, caracterizate printr un preţ de cost mai «dus; deexemplu, la construcţia clădirilor de fabric, şl urme depoa.Wor si clădirilor publice, la silozuri, buncare şi rezervoare, la diferite con structii de instalaţii de apă sli canalizare, la estacade cu diferite destinat , la viaducte şi paserele peste căile ferate, la poduri de cai ferate, la coşuri înalte de fum, piloţi,, fundaţii pe chesoane, ziduri de sprijin e •

In domeniul construcţiei de poduri, betonul armat uriaşă desvoltare: el este folosit, atât la deschideri mici si la deschideri mari; se construesc poduri importante pe ^ce, cu deschi­deri până la 230 m. Aceasta constitue cea mai puternica dovada ca U.R.S.S. ocupă primul loc în lume în ceeace priveşte marimea deschiderilor poduri Sr de beton armat. In diferite locuri din U.R.S.S. se construesc poduri pe grinzi de beton armat precomprimat, care prezintă avantaje foarte mari faţa de podurile de beton armat obişnuit.

O întrebuinţare pe scară largă o are betonul arma. la căutarea cheurilor a centralelor hidroelectrice, a barajelor, a ecluzelor, a (locurilor şi a altor construcţii hidrotehnice. Pe marile şantiere execută lucrări de beton şi de beton armat de un.Betonul armat se întrebuinţează cu succes la constru execuţia unor construcţii ca: tuneluri pe cai minieîe oen hidrotehnice sau cu altă destinaţie, precum siria exploatările miniere, pen iru consolidarea minelor şi galeriilor din mina orizontale.

Pe lângă toate aceste destinaţii, betonul armat este întrebuinţat la executarea drumurilor, la executarea stâlpilor (pilonilor) pentru hnu de înaltă tensiune, linii telegrafice, funiculare etc.

La construcţia diferitelor feluri de pontoane de beton armat şi amocu­rilor plutitoare, U.R.S.S. a obţinut rezultate însemnate şi, m multe direcţii,a întrecut alte ţări.Betonul armat era considerat înainte puţin utilizabil pentru pereţI exteriori ai clădirilor de locuit şi ai clădirilor publice, mai al^VVs rezul cu climă rece. Totuşi, în acest domeniu au fost obţinute in U.R.S.S. rez. late pozitive prin folosirea panourilor mari de construcţii complexe.

Dintre elementele construcţiilor civile sunt răspândite mai ales plan- seele de beton armat dintre etaje, rintre care exista «steme care k besc printr’o conductibilitate termica şi fonica redusa Ş1 Pf^tr un ina t grad de industrializare. Adeseori se folosesc acoperişuri de beton armat (plane,înclinate şi boltite, cupole, apoi scări, „ărimea menea se execută adeseori fundaţii de beton armat. In funcţie de marimea “ărilo? şi de proprietăţile solului, acestea pot fi executate sub forma de tălpi izolate sub stâlpi, sub formă de fundaţii continue sub un şir m g ăe stâlpi sau sub formă de radier sub toata clădirea. In sfârşit,serie de cazuri se întrebuinţează piloţi de beton armat, puţuri de fundaţie şi chesoane. Betonul arlmat este întrebuinţat pe o scară largă şi la executa­rea construcţiilor de apărare cu caracter de lungă durată, de exemplu, pen­tru obstacolele artificiale şi la construcţii subterane, precum şi la execuţia diferitelor construcţii interioare —- planşee intermediare, pereţi despărţitori, scări etc. Numeroasele feluri de construcţii enumerate mai sus devin şi mai avantajoase dacă se aplică sistemele de construcţii moderne şi metodele moderne pentru executarea lor. Construcţiile de beton armat se realizează monolitice sau prefabricate, în funcţie de caracterul lor, de destinaţie, de materialele locale care se pot întrebuinţa, de termenele impuse pentru exe­cutare şi de alte eventuale condiţii. Betonul armat monolitic este întrebuinţat în multe ramuri ale construc­ţiilor. Astfel, el permite executarea unei serii de construcţii care sunt greu de alcătuit din elemente separate, de exemplu, rezervoare, bazine de înnot, multe tipuri de buncăre, fundaţii grele pentru utilaj de laminat, construcţii hidrotehnice etc.; apoi, clădirile industriale care nu au decât parter sau care au mai multe etaje, caracterizate prin faptul că se execută din ele­mente nestandardizate şi sunt prevăzute cu utilaj greu; după aceea ur­mează categoria construcţiilor care se execută uşor şi repede, folosind cofrajele alunecătoare şi mobile: silozuri, turnuri, coşuri de fabrică etc.; în sfârşit, acoperişuri de suprafeţe autoportante în spaţiu (membrane, supra­feţe în linie frântă), la executarea cărora se folosesc cofraje mobile (ru­lante) etc.

Volumul de muncă important şi consumul mare de cherestea, necesare la confecţionarea eofrajelor şi a schelelor, erau considerate, până nu de mult, desavantajele esenţiale ale betonului armat monolitic. Prin industria­lizarea lucrărilor de cofraj, armătură şi beton, s’a obţinut o reducere simţi­toare a acestor desavantaje şi o scădere a costului construcţiilor monoli­tice de beton armat.

Executarea pe cale industrială a construcţiilor de beton armat mono­litic necesită, înainte de toate, folosirea macaralelor (macaralele mobile pe şenile sau pe autocamioane). Afară de aceasta, trebue să se aplice pre­tutindeni cofrajele de inventar (mobile, alunecătoare şi rulante) precum şi cofrajele de inventar confecţionate din panouri, iar pentru armare, pla­sele şi carcasele sudate — plane şi în spaţiu. Transportul betonului trebue să se facă după tipul construcţiei, cu macaralele mobile în vase speciale, cu autocamioane basculante, cu pompe de beton etc.; îndesarea betonului trebue să se facă în mod obligatoriu cu vibratoare şi după alte metode per­fecţionate.

Elementele de construcţie prefabricate de beton armat sunt mai uşor de industrializat decât cele monolitice. Executarea construcţiilor se trans­formă într’o simplă montare a unor elemente dinainte executate la fabrică; deasemenea menţinerea betonului în cofraje nu mai este necesară. Afară de aceasta, montajul se poate face şi în timpul iernii fără să fie necesare măsuri speciale de protecţie. Prin urmare, atunci când se foloseşte betonul armat prefabricat, construcţia se poate da în exploatare într’un termen mult mai scurt, ceeace reprezintă un avantaj important.

Afară de aceasta, în cazul întrebuinţării betonului armat prefabricat, deoarece cofrajele pot fi folosite din nou şi datorită faptului că în unele cazuri se folosesc cofraje metalice (în fabrici), se obţine reducerea volu­mului de muncă şi se realizează o mare economie de material lemnos.

In ceeace priveşte formele sale constructive, betonul armat prefabricat se deosebea la început de cel monolitic, mai târziu însă, odată cu perfec­ţionarea tehnologiei executării în fabrici a elementelor de construcţie, ele­mentele prefabricate au început să ia forme diferite de ale celor monolitice, ceeace avea drept consecinţă o greutate proprie mai redusă.

Din beton armat prefabricat se pot executa multe clădiri şi construcţii, atât industriale, cât şi civile; betonul armat prefabricat s’a întrebuinţat şi la execuţia clădirilor de locuit cu mâi multe etaje.

Elementele prefabricate sunt avantajoase în special în cazurile când obiectul care se construeşte are un număr mic de tipuri de elemente stan­dardizate, care se repetă de multe ori.

O deosebită importanţă pentru răspândirea elementelor de beton armat prefabricat, mai ales la construcţii de locuinţe, a marcat conferinţa tehnico- ştiinţifică organizată de Comitetul din Moscova al P.C. (b) al U.R.S.S. în ‘ 1951, pentru problemele privitoare la construcţiile civile şi de locuit, la materialele de construcţii şi la lucrările de proiectare şi de explorare.

Tinându-se seamă de avantajele betonului armat prefabricat, betonul monolitic trebue să fie utilizat numai în împrejurările când, din cauza ca­racterului elementelor, întrebuinţarea betonului armat prefabricat este evi­dent neraţională şi imposibilă.

Studiind caracteristicile generale ale betonului armat monoliitit şi prefabricat, se poate deduce că fiecare dintre acestea trebue să fie între­buinţată în mod corespunzător.

Avantajele şi desavantajele construcţiilor de beton armat

Avantajele betonului armat sunt: rezistenţa, la foc, rezistenţa mecanică superioară, stabilitatea mare la solicitări seismice, durabilitatea, o relativă rapiditate a execuţiei, faptul că se pretează pentru orice formă constructivă, precum şi uşurinţa de întreţinere.

Betonul armat este unul dintre materialele de construcţie din cele mai rezistente la foc. După cum se ştie, oţelul nu este rezistent la foc; la acţiunea directă a focului, el se deformează, ceeace poate să provoace pră­buşirea construcţiilor metalice şi a părţilor de construcţie legate de ele.

Din punct de vedere practic, betonul însă. este un material rezistent la îoe. La rezistenţa la foc a betonului armat contribue cel mai mult agrega­tele. Din acest punct de vedere, cele mai indicate sunt: bazaltul, diabazul şi, mai ales, şamota şi1 sgurile de furnal.

Betonul protejează oţelul înglobat în el împotriva încălzirii rapide până la temperaturi periculoase. Astfel, în cazul unei temperaturi perma­nente de 1000—1100°, dacă stratul de protecţie (acoperire) de beton are o grosime de 2,5 cm, armătura se încălzeşte până la 550°C abia peste o oră, iar dacă stratul de protecţie are 5 cm, abia peste două ore.

Din practică s’a constatat că oi construcţie corect proiectată şi execu­tată în mod satisfăcător nu este distrusă de incendiu. Totodată s’a stabilit că stratul de beton adoptat pentru acoperirea armăturii în grosime de 1,5—2 cm este suficient pentru a asigura rezistenţa planşeului de beton armat la incendii obişnuite. Pentru ca o construcţie să aibă o rezistenţă superioară la foc, grosimea stratului de protecţie se măreşte la 3—4 cm.

Incendiile produse la Petersburg în 1909 la fabrica de produse farma­ceutice şi în 1913 la unele depozite a dovedit că. deşi acţiunea temperaturi­lor înalte a fost de lungă durată (timp de 5—7 ore), nu s’au produs pră­buşiri de planşee: de: beton armat, iar deteriorările au avut un caracter în majoritatea cazurilor — superficial. Niciun fel de alte planşee nu ar fi putut rezista la o acţiune atât de puternică a focului.

Totuşi, în cazul unor incendii de foarte lungă durată, chiar şi clădirile de beton armat pot fi distruse din cauză că oţelul ajunge la temperaturi foarte înalte (1000°C şi mai mari). Un astfel de exemplu l-a constituit un depozit servind la păstrarea inului, situat în oraşul Riga, care a fost dis­trus din cauza unui incendiu de lungă durată.

Rezistenţa betonului armat la acţiunea agenţilor atmosferici şi la ac­ţiuni chimice în general este identică aceleia a betonului obişnuit. In ce priveşte rezistenţa la eforturi mecanice, aceasta depăşeşte rezistenţa beto­nului obişnuit şi depinde, atât de calitatea betonului însăşi, cât şi de can­titatea, rezistenţa şi aşezarea oţelului conţinut în acesta.

In comparaţie cu construcţiile de zidărie şi beton, construcţiile de be­ton armat admit deschideri mai mari,, iar dimensiunile elementelor rezul­tate din calculul la rezistenţă se obţin mai mici.

Deoarece betonul armat este monolit şi destul de elastic, el rezistă mai bine la sarcini dinamice decât betonul obişnuit nearmat. Experienţe şi observaţii numeroase au stabilit, de exemplu, că vibraţiile provocate de maşini cu turaţie mare, prevăzute cu piese turnante nu exercită o influenţă defavorabilă asupra construcţiilor de beton armat (dacă acestea sunt calcu­late corect la solicitări dinamice). In betonul armat are loc o repartizare mai uniformă a şocurilor decât in betonul simplu, deoarece la acest fel de solicitări rezistă toată masa betonului armat. De exemplu, în cazul baterii piloţilor din beton armat, deobicei, corpul pilotului nu se distruge; lovitu­rile berbecului pot deteriora betonul numai la partea superioară a pilotu­lui. In timpul Marelui Război pentru Apărarea Patriei s’a observat că clădirile şi construcţiile cu schelet de beton armat au fost cele mai puţin deteriorate de bombardamente.                                                                                     ‘

Astfel, betonul armat având o rezistenţă mai mare şi elasticitate supe­rioară betonului obişnuit, rezistă foarte bine, atât la acţiunea încărcărilor statice, cât şi a celor dinamice.

Un avantaj important al construcţiilor de beton armat îl constitue t existenţa lor la solicitări seismice, care se explică prin faptul că acestea sunt monolitice şi foarte rigide. Acest lucru a fost confirmat în timpul cutremurelor mari dela San Francisco, Messina, în Japonia şi înalte locuri, unde construcţiile de beton s’au dovedit a fi cele mai rezistente:. Faptul că unele construcţii de beton armat executate pe bază de date ştiinţifice datează de peste 5C1de ani, constitue o dovadă puternică3 — Construcţii de beton armat.pentru durabilitatea betonului armat. Această durabilitate este asigurată din multe puncte de vedere, prin faptul că betonul care cuprinde armături de oţel, le protejează împotriva coroziunii, iar rezistenţa betonului însăşi creşte cu timpul.                                                                               ^Lipsa coroziunii armăturii se explică, în primul rând prin faptul că stratul de protecţie, compact de beton fereşte oţelul de accesul aerului, iar în al doilea rând, din cauza acţiunii chimice a mortarului de ciment. Dacă se amestecă ciment cu apă, se produce o reacţie bazică puternică din cauza varului care se separă prin hidroliză, iar oţelul are proprietatea de a rezista la oxidare în prezenţa substanţelor bazice tari.Totuşi, odată cu apariţia fisurilor în beton şi în cazul când metalul nu este complect acoperit cu mortar de ciment, adică în cazul când aerul şi apa pot ajunge la armături, se poate ca metalul să se oxideze; deaceea se recomandă ca armătura să nu se aşeze prea aproape de suprafaţa exte­rioară a betonului şi să se folosească betoane compacte.Numeroase cercetări ale construcţiilor vechi de beton armat au arătat că acestea s’au păstrat nealterate.

Cercetările făcute asupra plăcilor de beton armat, care au stat în apă mai mult decât şase ani, au dovedit că barele de armătură cu diametrul de 7—8 mm au ruginit complect la capetele care au rămas descoperite, în timp ce părţile care se găseau în interiorul plăcii nu au suferit nicio urmă de coroziune.

Această calitate a betonului armat şi anume de a proteja armătura împotriva coroziunii, constitue, în multe cazuri, un mare avantaj în com­paraţie cu construcţiile metalice. Acest avantaj este important mai ales la construcţiile care sunt supuse ia acţiunea fumului, care conţine compuşi sulfuraşi; dintre acestea fac parte depourile de locomotive, paserelele peste căile ferate etc.                   _

Din compararea construcţiilor de beton armat cu cele metalice, re­zultă că, deşi în cazul construcţiilor de beton armat turnate pe loc, este necesară o durată mai mare de executare, totuşi ele pot fi executate în gene­ral mai repede decât construcţiile metalice, deoarece confecţionarea în fabrică şi, în special, în ateliere, a elementelor de construcţii metalice nece­sită termene destul de lungi.

Un alt avantaj pe care-1 prezintă betonul armat este acela că necesită numai materiale de construcţii obişnuite. Pietrişul sau piatra spartă şi nisipul (care compun masa de bază a betonului în ce priveşte volumul), sunt în multe cazuri materiale locale, iar transportul cimentului şi al oţe- lului-beton obişnuit nu poate provoca dificultăţi excepţionale. Metodele moderne de executare a lucrărilor de beton armat (carcasele şi plasele sudate, cofrajele de inventar etc.),, mai ales pentru anumite feluri de ele­mente de construcţie, contribue la realizarea lor foarte rapidă.

Cheltuelile pentru reparaţia construcţiilor de beton armat sunt tot atât de neînsemnate ca şi cele pentru construcţiile de zidărie şi incompa­rabil mai mici decât cele pentru construcţiile metalice.

Posibilitatea de a da betonului armat orice formă permite satisfa­cerea tuturor necesităţilor constructive, de execuţie şi arhitecturale; această proprietate este foarte importantă, mai ales în cazul refacerii construcţiilor deteriorate sau distruse.

Din punct de vedere igienic, construcţiile din beton armat au de ase­menea avantaje în comparaţie cu cele din zidărie şi, mai eles în comparaţie cu cele din lemn, deoarece sunt monolitice, n’au rosturi, găuri, crăpături unde se pot cuibări paraziţi şi unda se poate depune praf. Deaceea, ele­mentele din beton armat (în special planşeele) sunt foarte indicate la anu­mite clădiri, de exemplu, spitale, şcoli etc.

Desavantajele betonului sunt următoarele:

Costul destul de mare ale schelelor şi al cofrajelor; aceste cheltueli se reduc la minimum în cazurile când se pot folosi: betonul armat pre­fabricat, carcase portante sudate, cofraje mobile sau alunecătoare.

Faptul că aceste lucrări sunt relativ complicate, necesitatea unui control tehnic special şi necesitatea folosirii unor muncitori calificaţi.

Dificultăţile întâmpinate la executarea lucrărilor în aer deschis în cazul temperaturilor joase: necesitatea de a se încălzi materialele şi o serie de alte măsuri; prin folosiirea betonului armat prefabricat, aceste ne­ajunsuri dispar aproape cu totul.

Necesitatea, în cazul când se întrebuinţează ciment obişnuit, de a menţine construcţia pe cofraje timp îndelungat (în funcţie de felul con­strucţiei şi de temperatura de întărire: 6—28 zile). Dacă se întrebuinţează cimenturi de marcă superioară, acceleratori de priză, vacuumarea etc., ter­menele de menţinere a construcţiei pe cofraje pot fi reduse de două până la trei ori.           .

Imposibilitatea de a verifica armăturile după terminarea betonării. Există totuşi încercări încununate de succes, de examinare a elementelor de construcţii la raze Roentgen, cu ajutorul cărora se poate verifica pre­zenţa armăturii şi chiar eventualele coroziuni pronunţate ale lor. Există deasemenea un aparat indicator — detector — cu ajutorul căruia se poate descoperi prezenţa armăturii.

Dificultăţile la executarea consolidărilor şi modificărilor unor con­strucţii gata executate, precum şi greutăţile la executarea găurilor, baterea cuielor, a cârligelor etc.

O conductibilitate fonică şi termică relativ mare. In cazul când este necesar, aceste neajunsuri pot fi totuşi diminuate prin întrebuinţarea for­melor constructive şi a izolaţiilor corespunzătoare.

Posibilitatea apariţiei fisurilor, exfolierea eventuală a betonului etc.

In cele ce urmează se va analiza pe scurt ultimul desavantaj.

Fisurile pot fi provocate din condiţiile de întărire a betonului — „con­tracţia” lui, sau din cauza suprasolicitării materialului (supraîncărcarea, tasarea reazemelor).

Fisurile provenite din contracţia betonului sunt în majoritatea cazuri­lor superficiale şi nu prezintă pericol pentru rezistenţa construcţiei; totuşi, pentru a se evita coroziunea armăturii, ele trebue astupate.

Fisurile provenite din suprasolicitări apar, în majoritatea cazurilor, la partea întinsă şi, foarte rar, la cea comprimată. Fisuri care nu se observă cu ochiul liber apar în zona întinsă chiar la elemente executate în mod excepţional de bine, deoarece formarea lor este provocată (la eforturi uni­tare normale în armătură) de eforturile mari de întindere din beton, de care nu se ţine deobicei seamă în calcule. O practică de lungă durată în domeniul construcţiilor de beton armat arată că aceste fisuri nu sunt peri­culoase.

Raportul dintre cantitatea granulelor de diferite mărimi — compoziţia granulometrică a agregatelor — influenţează în mare măsură consistenţa şi, prin aceasta, dozajul de ciment la metrul cub de beton. Se recomandă să se aleagă în aşa fel cotmpoziţia granulometrică, încât să se poată obţine consistenţa necesară la o cantitate maximă de agregate adăugate pastei de ciment (apă plus ciment). Trebue însă să se aibă în vedere faptul că, pentru construcţiile de beton armat dozajul de ciment nu trebue să fie sub o anumită limită care să asigure obţinerea unui beton suficient de com­pact pentru a putea proteja în bune condiţii armătura împotriva coroziunii.

Acest minim, este de 250 kg (în cazul când betonul se vibrează 220 kg) ia 1 m3 de beton gata executat, pentru părţile de construcţii care sunt supuse la acţiunea agenţilor atmosferici sau a altor factori care provoacă oxidarea oţelului, iar în cazul când aceştia nu intervin, 220 kg la 1 m3 (în cazul vibrării 200 kg). Pentru elementele de construcţii care sunt în contact direct cu o apă supusă la îngheţare frecventă, dozajul minim de ciment se ia de 265 kg la 1 m3 beton (în cazul vibrării — 240 kg).

Metoda de alegere a compoziţiei (dozajului) betonului este expusă amănunţit în cursul de materiale de construcţii. Deobicei se procedează astfel: pornind dela agregatele mari şi mici de care dispunem, se fixează câteva raporturi diferite între cantitatea de nisip şi cea de pietriş; la ames­tecul format din aceste materiale se adaugă treptat cimentul şi apa într’o proporţie care. corespunde cu rezistenţa cerută betonului, până în momen­tul când se obţine consistenţa necesară a amestecului.

Compoziţia betonului se exprimă în general sub formă de raport de greutate între cantitatea de ciment, nisip şi pietriş (piatră spartă), indi- cându-se raportul apă-ciment. Dozarea după greutate nu este însă asigu­rată decât la şantierele mari (în fabrici centrale de beton); în cazul când volumul lucrărilor de beton este redus, se cântăreşte numai cimentul, iar agregatele se măsoară la volum cu lăzi, roabe etc.

Pentru a se asigura un raport apă-ciment constant, şi, prin urmare, o rezistenţă constantă a betonului, este necesară o strictă cântărire a cimen­tului şi o dozare automată a apei.

Trebue totuşi să se ia în considerare faptul că dozarea corectă a ma­terialelor componente nu este suficientă pentru a garanta obţinerea rezisr tenţei dorite a betonului; rezistenţa betonului depinde, într’o măsură foarte mare, şi de conştiinciozitatea cu care se amestecă şi se toarnă (se îndeasă) betonul precum şi de îngrijirea ulterioară a betonului gata turnat.

Din punctul de vedere al consistenţei, pentru construcţiile de beton armat se întrebuinţează în general beton plastic.

Alegerea consistenţei betonului depinde în primul rând de felul con­strucţiei şi de modul de transport şi de turnare a betonului.

Când betonul se îndeasă prin vibrare este posibilă folosirea betoane- lor semi-vârtoase şi chiar vârtoase, ceeace are drept consecinţă ridicarea compactităiţii şi a rezistenţei betonului, şi, respectiv, reducerea consumului de ciment. Astfel, la stâlpi, pereţi etc. se poate turna un beton având tasa- rea trunchiului de con între 5 şi 7 cm, iar la construcţiile masive — tasa- rea de 2,5 cm sau mai puţin.

buintate sau a acceleratorilor pe priză. Alegerea mărcii betonului se face în funcţie de importanţa construcţiei, de condiţiile pe care trebue să le în­deplinească aceasta din urmă, precum şi din considerente economice.

Betonul marca 50—70 se admite numai în cazul folosirii agregatelor uşoare şi la elritnente de construcţii care nu sunt supuse la acţiunea umidi­tăţii şi a îngheţului.

Mărcile 110—140 sunt mărcile de beton obişnuit, pentru clădiri in­dustriale şi civile; betonul de marca 90 se întrebuinţează la construcţii ma­sive puţin solicitate.

Pentru construcţiile supuse la acţiunea unor sarcini dinamice repetate, de exemplu, pentru buncăre, silozuri, grinzi de rulare, precum şi pentru ele­mentele de construcţie prefabricate, trebue să se întrebuinţeze un beton cu marca de cel puţin 140.

Betoanele de marcă mai mare se întrebuinţează deobicei la construcţii şi la elementele de construcţii la care reducerea greutăţii proprii are o în­semnătate foarte mare.

Totuşi, în momentul de faţă, ţinând seamă de mărimea producţiei de cimenturi de mărci superioare, se întrebuinţează foarte des şi la construc­ţiile obişnuite betoane de mărci superioare celor arătate mai sus.

Mărcile 500 şi 600 sunt întrebuinţate în special la anumite elemente de construcţii de beton precomprimat.

In cele ce urmează se vor examina pe scurt proprietăţile mecanice ale betonului, şi anume rezistenţa lui la acţiunea diferitelor feluri de eforturi şi proprietăţile lui de deformaţie, atât în domeniul deformaţiilor elastice, cât şi în domeniul celor plastice.

Rezistenţa betonului la compresiune

Pe lângă factorii enumeraţi mai sus, rezistenţa de rupere a betonului la compresiune este deaisemenea influenţată de forma şi de dimensiunile epruvetelor care se încearcă, de metoda de încercare şi de vârsta betonului.

Printr’o serie de încercări s’a stabilit că rezistenţa de rupere la com­presiune a epruvetelor în formă de prismă, RPr, este mai mică, decât rezis­tenţa R a epruvetei cubice şi este cu atât mai mică, cu cât este mai mare

raportul dintre înălţimea epruvetei şi latura secţiunii sale transversale

Astfel, încercările făcute asupra epruvetelor de mortar 1 :3, epruvetei© având secţiunea transversală de 7X7 cm, au dat rezultatele arătate în tabela 1.

Valoarea în funcţie de raportul dintre dimensiunile epruvetei

Pentru sporirea rezistenţei la întindere a betonului se cunosc mai multe metode; cele mai bune s’au dovedit a fi acelea care măresc compactitatea betonului. Cea mai simplă metodă constă în alegerea corespunzătoare a compoziţiei betonului concomitent cu întrebuinţarea cimentului de rezis­tenţă superioară; sporirea rezistenţei Rt se mai poate realiza prin folosirea diferitelor adausuri • – n puzzolanelor, a trasului, precum şi^a materialelor pietroase măcinate fin. Ce! mai bun mijloc îl constitue însă o bună înde- sare a betonului prin vibrare, centrifugare, presare sau vacuumare. .

Rezistenţa betonului la forfecare pură şi la forfecare obişnuită

Se deosebeşte rezistenţa betonului la forfecare pură şi rezistenţa la forfecare obişnuită (din încovoiere, compresiune excentrică etc.). In prac­tică însă fenomenul forfecării pure aproape nu se întâlneşte.

Efectuarea unor experienţe precise pentru stabilirea rezistentei de rupere laforfecare

Limita convenţională de rezistenţă la forfecare pură (numai la forţe tăietoare) se stabileşte cu ajutorul presei, prin împărţirea încărcării de ru­pere la dublul suprafeţei secţiunii transversale a epruvetei (fig. 21). In acest caz s’a obtinut pentru un beton 1 : 4, 1a. vârsta de 45 zile, valoarea medie de 37,1 kg/cm2, iar pentru un beton 1 : 3, la vârsta de 2 ani, 65,9 kg/cm2. Valorile obţinute sunt exagerate, deoarece în cazul acestei experienţe nu a existat o forfecare pură, din cauza influenţei forţei de frecare pe supra­feţele de rezemare ale epruvetei şi din cauza apariţiei, în acelaş timp cu forfecarea, a eforturilor unitare normale de compresiune în secţiunea for­fecată. Pentru stabilirea rezistenţei de rupere la forfecare pură există formule care exprimă dependenţa acesteia de limita de rezistenţă a betonului la compresiune şi la întindere.

Formula este bazată pe ipoteza că suprafaţa de forfecare are aspectul unui sir de dinţi infinit de mici. In fiecare dinte (fig. 22) rezistenţa de forfecare din lungul feţei c este echilibrată de forţa de compresiune per­pendiculară la faţa a şi de forţa de întindere perpendiculară la faţa 6; în acest caz, forţa de forfecare de pe faţa c trebue să treacă prin punctele de intersecţie ale rezultantelor forţelor de compresiune şi de întindere. Distru­gerea dintelui se va produce în cazul când se va ajunge concomiten zistenta de rupere a betonului la compresiune R şi la întindere Kt- Pe baza celor arătate din triunghiul forţelor rezulta.

iar din egalitatea componentelor forţelor orizontale b cr, şi aton simplu rezemate pe două reazeme, prevăzute cu goluri longitudinale dealungul axei neutre (fig. 23). Când se încărcări aceste grinzi armate in zona întinsă, rezistenţa lor era determinata tocmai de eforturile unitare de forfecare, din cauza dimensiunilor reduse ale montanţilor de beton de a capătul grinzii. Valorile rezistenţei de rupere la forfecare ) obţinute prin această metodă variau dela 19 până la 36 kg/cm2, în funcţie de compoziţia betonului, ceeaoe reprezintă numai 75—80% din rezistenţa de rupere a ace­luiaşi beton la forfecare pură. meniul static ai unei jumătăţi din secţiunea grinzii şi I – momentul secţiuni traversate faţă de axa orizontala care trece prin centrul de greutate ai seci dreapta aproape paralelă cu planul secţiunii. Aceasta dovedeşte.că există o deformaţie plastică destul de însemnată, înainte de apariţia fisurilor. Deoarece ariile porţiunilor diagramei eforturilor unitare în partea de sus şi de jos a axei neutre trebue să fie egale între ele, reprezentând, respec­tiv, efortul de compresiune D şi de întindere Z, în cazul unui efort unitar mai mic la marginea întinsă, axa neutră se deplasează spre marginea comprimată a secţiunii.

In ce priveşte grinzile de beton armat, rezistenţa lor ia încovoiere de­pinde de rezistenţa armăturii din zona întinsă şi de rezistenţa betonului R- din zona comprimată. Experienţele efectuate la Institutul ŢNIPS au arătat că, în cazul mărcilor de calitate inferioară de beton, R; se poate lua egal cu rezistenţa cubică R; în cazul mărcilor superioare, Rt poate fi mai mic decât R, însă totdeauna mai mare decât RVr Pe această bază, normele N şi TU —3 — 49 recomandă să se ia, drept valoare convenţională a rezis­tenţei de rupere la compresiune din încovoiere,

7. Deformarea betonului sub sarcină

Deformaţiile limităCaracterul- creşterii deformaţiilor–betonului sub sarcină depinde de mo­dul cum sunt aplicate sarcinile şi de durata acţiunii lor.In. cazul când sarcinile aplicate o singură dată acţionează într’un in­terval de timp scurt se obţin aşa nu­mitele deformaţii iniţiale: din cauza elasticităţii incomplecte a betonului, acestea sunt exprimate prin curbe.

In cazul general, deformaţiile complecte ale epruvetelor se compun din două părţi: una elastică şi alta plastică sau permanentă. Ultima parte, relativ mică, creşte treptat cu creşterea sarcinii. Pe baza unor nu­meroase. experienţe, se poate consi­dera cu aproximaţie că deformaţiile plastice şle betonului cresc propor­ţional cu sarcina şi cu logaritmul in­tervalului de timp al acţiunii ei1).

In urma experienţelor efectuate de Institutul ŢNIPS asupra unor stâlpi reiese (fig. 25} că, în momentul aplicării încărcării, creşterea deformaţii- lor este legată de efortul unitar pe baza unei legi liniare (a) până la rupere; în timpul menţinerii sub sarcină, creşterea deformaţiilor este supusă însă unei variaţii curbilinii (b). Cele dintâi corespund deformaţiilor elastice, iar celelalte, deformaţiilor plastice. In consecinţă, deformâţia totală este expri­mată prin curba ‘(c). Trebue notat că în curba (b) este cuprinsă şi o oare­care parte din deformaţia elastică, datorită postacţiunii elastice. aceste deformaţii se stabilesc în mod obişnuit, din experienţele efectuate asupra prismelor, şi nu asupra cuburilor. Conform datelor încercărilor, com- presibilitatea limită a betonului la rupere oscilează între 1,5 şi 2 mm, uneori ajungând chiar până la 3 mm pentru 1 m de lungime, adică Er = 0,0015 — 0,002 (0,003); şi anume compresibilitatea limită creşte odată cu creşterea rezistenţei betonului.

In zona comprimată a grinzilor, deformaţiile specifice ating în stadiul de rupere, valori cuprinse între 0,003 şi 0,007, iar în unele cazuri, chiar de 0,010.

Deformările betonului ia întindere (extensibilitate) sunt mult mai mici decât la compresiune. Deformaţia de rupere la întindere a betonului depinde de calităţile sale şi este de 0,1—0,15 mm pentru 1 m lungime, adică £i =0,000 — 0,00015, sau este de aproximativ 15—20 de ori mai mică decât eR .

8. Modulul de elasticitate al betonului

încă din primele încercări efectuate asupra epruvetelor de beton s’a stabilit că, atât la compresiune, cât şi la întindere, deformaţiile specifice în beton cresc mai repede decât eforturile unitare, adică ele nu urmează legea lui Hooke:

Pentru a se exprima relaţia dintre Eb şi Ob s’au propus diferite for­mule. Una dintre cele mai simple este formula:

în care m (pentru cazul compre­siunii) variază între limitele de 1,10 (dacă se lucrează cu un beton gras) şi 1,20 (pentru be­tonul slab).

Calculând modulul de elas­ticitate după deformaţiile speci­fice j £ — —- şi eforturile un variabilă, dare depinde, în primul rând, de valoarea efortului unitar, şi anume: odată cu creşterea efortului în beton modului de elasticitate se micşorează treptat atât în cazul întinderii, cât şi în cazul compresiunii (fig. 27). Totodată pentru aceeaşi marcă de beton, modulul de elasticitate este mai mic în cazul întinderii, decât în cazul compresiunii. Astfel, în zona După cum se ştie, betonul are proprietatea de a-şi micşora volumul atunci când se întăreşte în aer şi de a-şi mări volumul, atunci când se în­tăreşte în apă. Aceste proprietăţi;— „contracţia” în aer şi „umflarea” in apă — depind, în primul rând, de pre­zenţa liantului, mai precis de prezenţa pietrei de ciment, şi anume: cu cât aceasta se găseşte în cantitate mai mare, cu atât aceste fenomene se ma­nifestă întro măsură mai mare.

Totodată, contracţia betonului este cu mult mai mare decât umflarea lui în cazul când se întăreşte în apă încercările făcute cu diferite feluri de cimenturi inclusiv cu cele supe­rioare, au dat contracţia cea mai mare, pentru cimentul curat (piatra de ci­ment), la o vârstă de 5 ani — de circa 3 mm la Im, iar pentru un amestec de beton 1:3 — de aproxi­mativ Vs până la V2 din contracţia cimentului curat. Pentru betoane, mă­rimea contracţiei anuale se exprimă cu oarecare aproximaţie prin valoarea de 0,2—0,4 mm pentru 1 m. Totodată, atât creşterea construcţiei cât şi creşte­rea rezistenţei betonului sunt propor­ţionale cu logaritmul timpului.

Diferitele cimenturi dau diferite contracţii Cimenturile superioare dau contracţia cea mai mare, mai ales în prima perioadă a întăririi lor.

Diferitele adausuri hidraulice mă­resc contracţia. Deasemenea contrac­ţia creşte şi prin adăugarea accelera­torilor de întărire (clorură de calciu).

Diferite agregate reduc dimpo­trivă contracţia, natura agregatului, având totodată însemnătate. După cum s’a observat, contracţia betonului preparat din nisip poros cu granullaţie mică şi piatră ‘spartă poroasă este mai mare. La betonul preparat cu piatră spartă din granit şi calcar, contracţia este mai mică decât la beto­nul preparat cu pietriş sau cu piatră spartă din gresie.

Influenta agregatului asupra reducerii contracţiei este cu atât mai mare, cu cât este mai mică capacitatea lui de deformaţie mecanică, cu alte cuvinte cu cât este mai mare modulul său de elasticitate. Valoarea contrac­ţiei este aproximativ invers proporţională cu modulul de elasticitate al agregatului (cu excepţia bazaltului). De exemplu, pentru betonul preparat din sgură de furnal, având E = 960 000 kg/cm2, contracţia este egală cu 0,27 mm/m; pentru betonul preparat din granit, având E == 168 000 kg/cm2, contracţia este de 0,49 mm/m; pentru betonul preparat din calcar, având E – 71 000 kg/cm2, contracţia este de 0,68 mm/m.

Mărimea contracţiei betonului este influenţată şi de compoziţia gra- nulometrică a agregatului. Contracţia unui beton cu o structură compactă, preparat din piatră spartă, este mai mică decât aceea a unui beton prepa­rat din pietriş.

Fenomenul contracţiei betonului nu a fost încă explicat în mod satis­făcător, din cauza caracterului complex al procesului şi a numărului mare de factori care îl însoţesc. Explicaţia cea mai mulţumitoare a contracţiei este dată de următoarele două teorii:

Conform primei teorii, fenomenul contracţiei apare ca o consecinţă a proceselor fizico-chimice care însoţesc priza şi întărirea mortarului de ciment. Una dintre principalele cauze o constitue faptul că mortarul de ciment, care la început se prezenta ca o masă gelatinoasă (gel), îşi pierde treptat apa, pe de o parte din cauza evaporării surplusului de apă, iar, pe de altă parte, din cauza absorbirii ei de către granulele de ciment care intră în reacţie şi se compactează. La aceste cauze se asociază şi influenţa procesului de cristalizare. Cristalele străpung masa de gel şi, unindu-se între ele, formează un schelet tare (concreştere) de piatră din ciment. în­ceputul contracţiei este în funcţie de viteza de hidratare a cimentului şi de cantitatea de apă folosită la prepararea pastei de ciment.

Potrivit celei de a doua teorii (Freyssinet), se iau ca bază de cerce­tări proprietăţile fenomenului de capilaritate, considerând că tensiunea superficială a menisculelor care se formează în porii udaţi cu apă provoacă o presiune normală pe pereţii porilor, care, la rândul ei, provoacă tocmai compresiunea pietrei de ciment.

Este interesant de remarcat că ambele teorii nu se exclud.

Deformaţiile provenite din contracţie pot fi considerate ca sumă a doua componente: a) deformaţiile ireversibile provenite din învechirea gelului, creşterea lor apropiindu-se treptat de zero (acestea pot dura timp de câţiva ani) şi b) deformaţiile reversibile condiţionate de fenomenele de capilaritate datorită prezenţei în microporii mortarului, a unei cantităţi variabile de apă liberă.

Deformaţiile reversibile, în funcţie de variaţia umidităţii, se pot pro­duce şi independent de vârsta mortarului — la orice perturbare a echi­librului hidrometric în micropori. In acest caz, sensul deformaţiilor de­pinde de sensul de modificare a umidităţii1).

Introducere în teoria betonului armat

Astfel, prin fenomenul de contracţie trebue să se înţeleagă deformă­rile complecte ale mortarului de ciment, care se produc sub influenţa com­plexului de procese chimice şi fizice care însoţesc întărirea lui. In beton, fenomenul contracţiei este şi mai complicat.

Curgerea lentă a betonului

Prin curgerea lentă a betonului se înţelege proprietatea lui de a se deforma din cauza acţiunii îndelungate a unei încărcări.

Curgerea lentă a betonului se datoreşte în special, prezenţei mortaru­lui de ciment, deoarece agregatele din rocele dure cu care se confecţio­nează betonul nu prezintă fenomenul de curgere lentă la încărcările admisi­bile pentru beton.

Creşterea deformaţiilor de curgere lenta a betonului în timp, la diferite sarcini.

Mortarul de ciment se prezintă la început ca o masă amorfă (gel) care este uşor deformabilă şi permite cu uşurinţă să se producă deplasări; odată cu pierderea apei şi cu trecerea treptată spre formaţii de cristale,, deformaţiile şi deplasările se produc însă mai greu. Din această cauză, sub acţiunea sarcinii, deformaţiile plastice ale betonului cresc intens în betonul turnat de curând, iar după aceea se încetinesc şi încetează com­plect atunci când betonul s’a întărit definitiv. Mai departe, cedarea lentă a betonului devine posibilă numai în cazul când există încărcări mari.

După părerea profesorului I. V’. Stoiearov, in cazul de faţă, spre deose­bire de contracţie, capilarele cele mai fine nu pot avea o influenţă asupra mărimii deformaţiilor plastice sub sarcină, deoarece umiditatea pe care o conţine are o mobilitate redusă; dimpotrivă, porii de dimensiuni mai mari (macroporii) pot contribui la deplasarea gelului şi prin urmare, 1a. creş­terea deformaţiilor de curgere lentă a betonului.

Profesorul A. E. Şeichin consideră că deformaţiile gelului sub in­fluenţa sarcinii provoacă o descărcare treptată a acestuia prin încărcarea scheletului de cristale, curgerea lentă a gelului fiind direct proporţională cu efortul care acţionează asupra lui. Cum însă, pe măsură ce trece timpul., efortul preluat de gel, datorită noii repartizări, se micşorează, se ya micşora, în consecinţă., şi viteza de deformaţie datorită curgerii lente.

Toate explicaţiile date confirmă explicaţia principala şi anume că curgerea lentă a betonului depinde, în cea mai mare măsură de calitatea pietrei de ciment (gel şi de scheletul de cristale).

Pentru a se studia influenţa sarcinii aplicate timp îndelungat asupra deformaţiilor betonului şi ale betonului armat, s’au făcut în ultimii 20 de ani experienţe vaste. Curgerea lentă a betonului a fost studiată la diferite fe­luri de deformaţii: la compresiune, la întindere, încovoiere, torsiune; cel mai mare număr de experienţe s’a făcut asupra deformaţiilor la compre­siune.

Au fost supuse la încercări de compresiune epruvete de formă cilin­drică (cL — 10—25 cm si h = 30—60 cm); la încărcările efectuate s’au folo­sit arcuri puternice.

Pentru determinarea influenţei exercitate asupra epruvetelo-r de către încărcarea de lungă durată — eliminând influenţa contracţiei şi a varia­ţiilor de temperatură — s’au confecţionat pentru fiecare grup de epruvete încercate şi epruvetele martore respective, care se găseau în aceleaşi con­diţii, însă care nu erau supuse la încărcare.

Aceste experienţe cum şi multe altele (asupra stâlpilor) au permis să se tragă următoarele concluzii:

Creşterea deformaţiei betonului sub acţiunea unei sarcini perma­nente era pusă sub observaţie într’o perioadă lungă de timp (până la 3‘/2 ani) şi avea tendinţa să se desvolte şi în viitor. Creşterea deformaţiei 7- după cum rezultă din curbe (fig. 28) — se petrecea, ia început în mod intens, apoi tot mai încet, căpătând un caracter asimptotic, la fel cum de­curge şi întărirea betonului, adică urmând o lege logaritmică.

Odată cu mărirea efortului unitar (sarcinii), creşte şi curgerea lentă a betonului. In figura 28 sunt reprezentate curbele curgerii lente a betonului pentru trei eforturi diferite, la epruvete din beton l : 5, având la începutul experienţei o vârstă de 3 luni.

Relaţia dintre valorile eforturilor unitare şi ale deformaţiilor de curgere lentă este exprimată până la o anumită limită printr’o curbă cu o curbură mică (fig. 29). Această relaţie poate fi considerată liniară până la un efort egal cu 0,50 RPr, ceeace uşurează rezolvarea problemelor practice încărcării vârsta betonului are o mare infuentă asupra vajoiitor deformaţilor de curgere lentă: cu cât betonul este mai vechi cu a at deformaţi a este mai mică (fig. 30). Aceasta se poate explica prin fap­tul ca, odata cu vechimea creşte şi viscozitatea gelului din beton si se micşorează volumul său specific.

4. Felul cimentului are o influenţă determinantă asupra deformaţiilor de curgere lenta. Cea mai intensă curgere lentă o au betoanele confecţio­nate cu ciment portland obişnuit; betoanele confecţionate cu cimenturi superioare, ,CI! ciment aluminos au o curgere lentă mult mai mica. 1 853 0 7Q6 0       raportul acestor deformaţii este egal cu, respectiv. mai mici, cu cât agregatul este mai rigid (cu cât este mai mare modulul său de elasticitate). Aceasta corespunde ipotezei potrivit căreia la aplicarea sarcinii, are loc o distribuire a eforturilor dela piatra de ciment la agregat.

In cazul când se foloseşte vibrarea, betonul poate fi mai vârtos şi poate conţine mai puţin ciment, ceeace reduce curgerea lentă.

Odată cu creşterea umidităţii mediului, deformaţiile de curgere lenta se micşorează. Cercetările au arătat că la întărirea betonului în apă, defor­maţiile de curgere lentă se micşorează mai mult decât cu jumătate, m comparaţie cu micşorarea lor, când întărirea se face la aer.

Odată cu mărirea dimensiunilor transversale ale epruvetelor, defor­maţiile de cedare lentă se micşorează. De exemplu, dacă diametrul epru- vetei cilindrice se măreşte dela 15 la 25 cm, curgerea lenta se reduce de aproximativ 1,5 ori. Această problemă nu a fost încă lămurită in mod suficient. După îndepărtarea sarcinii care a acţionat timp îndelungat, epruveţa de beton tinde să-şi reia dimensiunile iniţiale. Odttă cu aceasta, o parte dm deformaţii dispar, chiar din momentul descărcăm, iar o alta parte, toarte mică dispare numai în decursul unui interval de timp mai^mult sau mai puţin îndelungat. Mărimea totală a deformaţiei dispărute depăşeşte valoarea părţii elastice a deformaţiei complecte rezultate din încărcări: prin urmare,, deformaţia de curgere lentă conţine deasemenea o anumita^ parte revers- bilă Valoarea acestei părţi a deformaţiei de curgere lenta reprezintă cel mult 0,1 din valoarea ei totală. Acest proces de restabilire se numeşte pos unor încărcări permanente, rezistenţa de rupere la com­presiune ^modulul de elasticitate al betonului cresc într’o oarecare măsură în comparaţie cu epruvetele care nu au fost supuse la încărcare şi aceasta cu atât mai mult cu cât durata de încărcare a fost mai mare. ^După cum se poate vedea, asupra curgerii lente influenţează mu^ ac­tori: deaceea stabilirea unei relaţii analitice corecte constitue o problema greu de rezolvat. S’au făcut o serie de propuneri pentru a exprima analitic legea curgerii lente, bazate pe considerente atât experimentale, cat ş teoretice

Cea mai justificată este formula profesorului A. E. Şeichm. Această for­mulă exprimă creşterea deformaţiei pietrei de ciment ca o consecinţa a fe­nomenului de curgere lentă şi are forma:

în care o o este efortul unitar în componenţa de gel a pietrei de ciment m momentul aplicării sarcinii; t — timpul în zile;

Destinaţia armăturii

Prin armătura betonului armat se înţeleg barele de oţel şi, adeseori,, construcţii întregi (carcase), înglobate în masa betonului în conformitate cu modul de comportare statică a elementului de construcţie.

Armătura se aşează mai ales în părţile elementului care sunt supuse la eforturi de întindere din încovoiere, din compresiune excentrică, sau din întindere. Armătura se mai foloseşte sub o formă sau sub alta, pentru a întări betonul când acesta este solicitat la eforturi prea mari de compre­siune şi pentru a prelua eforturile din contracţie precum şi eforturile pro­venite din variaţiile de temperatură.

Armarea plăcii.

Armătura se introduce în beton şi în scopul de a prelua eforturile prin­cipale de întindere care apar în cazul încovoierii şi al compresiunii ex­centrice.

Suprafaţa necesară a secţiunii transversale a armăturii depinde de eforturile la care este supusă, şi se determină prin calcul.

Elementele cele mai simple de beton armat la care1 apar eforturi de întindere din încovoiere sunt placa şi grinda cu secţiune dreptunghiulară. Diferenţa dintre ele se stabileşte pe baza valorii raportului dintre lăţimea şi înălţimea secţiunii transversale; dacă înălţimea secţiunii transversale este mai mare, egală sau puţin mai mică decât lăţimea ei, un astfel de element:

barele de repartiţie, care leagă barele de rezistenţă pe direcţia transversală menţinându-se în timpul betonării într’o poziţie fixă. Intr’o oarecare mă­sură,’ ele servesc la repartizarea sarcinilor exterioare (concentrate) la ba­rele de rezistenţă. Barele de repartiţie au deobicei o secţiune mai mică şi sunt aşezate la partea interioară a barelor de rezistenţă (mai aproape de axa neutră), deoarece barele de rezistenţă trebue să ocupe o poziţie cât mai apropiată de fibrele exterioare cele mai solicitate ale betonului.

In grindă (fig. 33) armătura este formată din bare de rezistenţă •-^-•drepte şi ridicate ■— din etrieri şi din bare de montaj. Părţile încli­nate ale barelor ridicate şi etrierii au rolul de a prelua eforturile principale de întindere care pot atinge în grinzi, spre deosebire de plăci, valori destul de mari.

Atunci când barele de rezistenţă nu sunt aşezate numai la partea întinsă, dar şi )la cea comprimată a secţiunii, grinda se numeşte dublu armată. La stâlpi (fig. 34), armătura de rezis­tenţă este formată din bare longitudinale, care întăresc betonul făcându-1 să reziste mai bine la eforturile de compresiune.

In funcţie de felul secţiunii transversale a oţelului întrebuinţat, se deosebesc:  armătura elastică, formată din bare de secţiune redusă1) şi armătura rigidă, formată din grinzi laminate, şine etc.

Conţinutul ae armătură al elementelor de beton armat se stabileşte se numeşte grindă; la plăci, lăţimea secţiunii predomină şi poate fi nelimi­tată. O diferenţă esenţială există în ce priveşte reazemele: grinda se spri­jină pe reazeme aşezate pe aceeaşi linie, dealungul axei ei; placa se poate rezema pe două reazeme paralele (placa lucrând ca o grindă), dar adeseori se reazemă pe tot perimetrul ei (placă rezemată pe contur).

In placă sau în grindă, barele care trebue să preia eforturile de întin­dere se numesc bare de rezistenţă. In placă (fig. 32) pe lângă aceste bare, se montează şi altele, aşezate perpendicular pe cele dintâi; acestea sunt prin raportul suprafeţei totale a secţiunii barelor de rezistenţă la secţiunea betonului. Acest raport p = Fa: Fb, numit „coeficient de armare11 este adeseori exprimat m procente (p). In funcţie de tipul construcţiei coeficien­tUl de armale se ia deobicei între 0,5 şi 2% pentru armătura elastică iar pentru armatura rigidă chiar peste 3%.                                                                                       ■

Proprietăţile mecanice ale oţelului Fenomenul de întărire

Pentru armătura betonului armat obişnuit se întrebuinţează aproape exclusiv oţelul moale, marca St 3, St 0 şi oţelul nemarcat conţinând carbon pana la 0,2 /0, cu rezistenţa ue rupere relativ redusă, însă, cu o plastici­tate mare. fabricarea cimenturilor superioare si a betoanelor superioare a început sa se întrebuinţeze pentru armătură oţelurile de rezistentă su­perioara şi oţeluri speciale, care se obţin deobicei din otel moale prin pre­lucrare la r-ece.

Pentru betonul armat, caracteristica cea mai importantă a oţelului o constitue limita lui de curgere- a,;. Dacă limita de curgere a oţelului este epaşită, adică dacă otelul capătă o lungime specifică însemnată, se poate provoca distrugerea aderenţei dintre beton şi armătură, rezultatul acestui jenomen fiind cedări (ruperi) însemnate- inevitabile în betonul din zona în­tinsă (apariţia fisurilor), iar ulterior, poate începe şi cedarea (strivirea) betonului din zona comprimată.

După cum reiese din diagrama deformaţiilor oţelului moale (fig. 35), dincolo de limita de proporţionaiitate a, deformaţiile oţelului cresc mai re­pede decât efoiturile unitare şi pe lângă defo-rmaţiile elastice, apar defor- muţii mici plastice permanente; apoi începe limita de curgere net expri­mată, care se caracterizează printr o foarte însemnată al ungi re specifică (1—2%! din lungimea măsurată) alungire care apare fără o nouă creştere a eforturilor unitare. După ce depăşeşte limita de curgere, otelul îsi recapătă proprietatea de a prelua eforturi unitare, care cresc odată cu creşterea de- iormaţiilor; survine stadiul de consolidare a materialului — până fa punctul cel mai de sus al diagramei d, care corespunde limitei convenţionale de re­zistenţa. Dincolo de punctul d apare stadiul curgerii locale a otelului gâtuirea secţiunii şi ruperea barei.

Dimensiunea zonei de curgere bc este deobicei cu atât mai mică, cu cat oţelul este mai dur (conţinând mai mult carbon) si poate ajunge până ia zero In acest din urmă caz, otelul nu are o limită’ de curgere bine de­terminata. Raportul dintre- limita de curgere ac şi limita de rezistenţă cr nu este constant, ci variază între limite foarte largi, în funcţie de felul pre­lucrării oţelului în timpul laminării, depinzând de condiţiile ’de încălzire-, de răcire etc. După date experimentale ac variază între 0,55 şi 0,80 a,..

Considerând din nou diagrama, se observă că, dacă bara de oţel este întinsă până la un efort unitar raa-i mare decât limita de curgere, de exemplu, până la punctuf k şi apoi. se îndepărtează încărcarea, bara1 va căpăta o deformaţie permanentă ol. La o nouă încărcare se va confunda in mod practic cu linia de descărcare kl, rămânând paralelă cu liinia oa, care caracterizează comportarea elastică a metalului; cu alte cuvinte, defor­maţiile oţelului în acea zonă urmează din nou legea proporţionalitaţ.iL In acest caz, curbarea liniei diagramei (începutul zonei de curgere) se va observa la un efort mai mare (punctul k), mai departe caracterul curbei kd rămânând fără modificări.

Prin urmare, la prelucrarea mecanică a oţelului, se produc în el defor­maţii plastice, iar limita de curgere ia o valoare mai mare. Acest fenomen se numeşte „întărirea metalelor prin batere” (ecruisaj).

Noua limită de curgere a metalului ecruisat nu rămâne constantă, ci pe măsura trecerii timpului, din cauza aşa numitei îmbătrâniri a metalului, creşte dela sine. Dea- semenea, poate creşte într’o oare­care măsură şi rezistenţa de ru­pere. Ca rezultat al ecruiasajului şi din cauza îmbătrânirii, dia­grama deformaţiilor la întindere va fi exprimată printr’o nouă curbă — IU ă e’ (fig. 35); odată cu aceasta, zona deformaţiilor plastice a oţelului moale se re­duce, cu alte cuvinte oţelul de­vine întrucâtva mai casant. Pe fenomenul ecruisajului se ba-

Fig. 35. Diagrama deformaţiilor la întindere alezeaza obţinerea oţelului moale dale cu o limita de curgere su­perioară.

Conform normelor N şi TU—3—49, limita de curgere de calcul a0 se ia egală, pentru St 0 cu 2500 kg/’cm2, iar pentru St 3—2500 sau 2850 kg/cm2, (în funcţie de felul elementului şi de marca betonului).

Ca valoare de calcul a lui crc se ia o valoare medie a limitelor de curgere, iar nu valoarea lor minimă de recepţie. Limitele de curgere de calcul pentru oţelurile speciale sunt indicate mai departe.

Dacă elementul de beton armat este supus la acţiunea unei temperaturi înalte, iar armătura se încălzeşte la temperaturi peste 300°C, limita de ru temperatura armăturii, în grade C.

Valoarea limitei de curgere pentru oţel se ia aceeaşi în cazul compre­siunii ca şi în cazul întinderii, deoarece, în realitate, diferenţa dintre ele este foarte mică.

Proprietăţile elastice ale oţelului la eforturi unitare care nu depăşesc limita de proporţionalitate sunt caracterizate prin modulul de elasticitate Ea, a cărui valoare este aproape aceeaşi pentru toate mărcile de oţel; în .calcule, se ia egală cu Ea = 2,1 • IO-6 kg/cm2.

Pentru a fi posibilă îndoirea barelor la confecţionarea armăturii, pre­cum şi în cazuri de suprasolicitare a construcţiei, oţelul trebue să aibă o plasticitate suficientă, care se apreciază prin valoarea lungirii specifice la ruperea epruvetei. Valoarea minimă a lungirii specifice la rupere este sta­bilită conform GOST 960.—48, astfel : pentru St 3—21 %, pentru St 0—18%.

Trebue notat că deformaţia specifică limită (pentru acelaş otel) este ceva mat mica, iar limita de curgere este ceva mai mare, la barele subţiri decât la cele groase, fapt care se datoreşte influenţei trefilarii la rece. Deaceea, în unele cazuri când m calcul se prevede armarea elementului cu bare subţiri (până la 12 mm), se ia pentru ele o limită ue curgere mai mare decât pentru cele groase Pentru _ verificarea plasticităţii oţelului beton este bine să se facă încercarea lui la îndoirea în stare rece; în locul unde se face îndoitura (fier. 36) diametrul buclei se ia egal cu dublul diametrului barei care se încearcă. In cursul acestei încercări

La elementele de construcţii de beton armat, cu armătura legată obiş­nuit se recomandă să se adopte următoarele limite de curgere de calcul pentru St 0 şi St 3, prelucrate după metoda calibrârii forţate; pentru barele întinse, cu diametrul până la 12 mie — 3000 kg/cm2, iar pentru barele corn- primate — 2500 kg/cm2. La elementele armate cu carcase sudate, la care se asigură o mai bună ancorare a armăturii: pentru barele întinse cu dia­metrul până 1a. 12 mm — 3500 kg/cm2, în cazul diametrilor mai mari de­cât 12 mm —3000 kg/cm2. Pentru cele comprimate se ia 2500 kg/cm2.

O astfel de limitare a valorii c; adoptată în calcule faţă de efortu­rile mai mari de calibrare, se datoreşte necesităţii de a se asigura ade­renţa barelor rotunde la beton, pe toată lungimea lor şi de a se evita o deschidere apreciabilă a fisurilor.

Pentru barele comprimate, limita de curgere nu se măreşte, deoarece ecruisarea metalului, obţinută în urma întinderii, nu poate fi folosită în cazul eforturilor de sens contrar.

In practică se utilizează şi alte metode de prelucrare la rece a bare­lor de oţel moale; răsucirea, turtirea şi trefilarea.

Prin răsucirea barelor cu secţiuni pătrate, ovale sau dreptunghiulare, se obţine o armătură răsucită (fig. 37, a). Răsucirea se face folosind bancuri speciale (sistem Carmanov şi altele). La răsucirea barei, lungimea ei iniţială nu se schimbă realizându-se astfel întinderea şi ridicarea limitei decurgerei Forma elicoidală a suprafeţei măreşte în mod sensibil aderenţa armăturii la beton. Pasul de răsucire.se ia: pentru barele ovale, de 8 până la 10 ori diametrul mic al’ovalului, iar pentru cele de secţiune dreptunghiu­lară, de 6 până la 8 ori dimensiunea laturii mari a secţiunii. Limita de curgere de calcul pentru barele întinse de armătură răsucită supuse la în­tindere (calculând după secţiunea barei dinainte de răsucire) se ia egală cu 3500 kg/cm2. Sortimentul de oţel beton rotund este dat în tabela 3 a anexei IX. Oţelul beton împletit, obţinut prin împletirea a două bare ro­tunde de acelaşi diametru, s’a dovedit a fi mult mai puţin eficace în ce priveşte aderenţa lui la beton şi mult mai complicat la fabricare, decât cel răsucit dintr’o singură bară. De aceea nu se mai recomandă pentru a fi întrebuinţat în construcţii.

Oţelul beton turtit, cu profil periodic (fig. 37,6), se obţine din bare rotunde cu diametrul! de 6—28 mm, trecându-le forţat la rece între două vaduri striate ale unui laminor special, sistem M. I. Iacovlev şi A. I. Go- reţchi. In timpul întinderii, bara se turteşte, formându-se pe două părţi opuse ale ei suprafeţe striate cu ieşituri dispuse perpendicular pe axa barei. Sortimentul de oţel beton turtit este dat în tabela 4 a anexei IX,

Nou! tip de oţel beton (cu diametrul de 6—28 mm), propus de A. 1. Âvacov, se prezintă, deasemenea, sub formă de bare turtite (fig. 37, c), însă cu adânciturile aşezate alternativ pe două direcţii perpendiculare între ele. Turtirea se realizează în laminoare speciale având o capacitate mare de producţie. Laminorul are o pereche de valţuri cu zimţuri, ale căror teşi­turi sunt aşezate sub un unghi de 90°, şi execută adâncituri pe suprafaţa barei laminate concomitent în două planuri perpendiculare între ele. Por­ţiunile dintre adâncituri îşi păstrează secţiunea rotundă; după cum arată însă cercetările, din cauza lungimilor reduse ele îşi măresc într’o măsură oarecare rezistenţa. Sortimentul oţelului turtit alternativ este dat în tabe­lele 5 şi 6 ale anexei IX.

Avantajele ambelor tipuri de oţel beton turtit, faţă de cel răsucit con­stau în felul simplu de executare. Limita de curgere pentru barele întinse, se ia de 3500 kg/cm2, socotită la secţiunea barei înainte de turtire.

Pentru oţelul beton turtit există noţiunea de „diametru echivalent”., adică diametrul barei rotunde având suprafaţa secţiunii de aceeaşi mărime.

Oţelul beton prelucrat cu profil periodic laminat la cald, fabricat în uzine, prezintă avantaje însemnate faţă de oţelul beton prelucrat la rece pe şantiere.

Oţelul beton prelucrat cu profil periodic laminat ia cald se fabrica la început (în 1950) din oţel marca St Ot, cu diametrul cuprins între 12 şi 32 mm.

Deolarece oţelul St Ot nu se pretează suficient de bine la sudură, în noul proiect de standard s’a prevăzut ca acest oţel-beton să se fabrice din oţel marca St 5, sortimentul lărgindu-se totodată până la diametru de 36 v-60 mm, care se laminează la comenzi speciale1). .

Pentru construcţii hidrotehnice, poduri mari, fundaţii pentru utilaje grele, clădin înalte etc.

Oţel beton cu profil periodic laminat la cald se prezintă sub forma unei bare rotunde cu proeminenţe dese, dispuse după o linie elicoidală tripla, cu doua nervuri longitudinale (fig. 38). Numerele acestui oţel beton corespund diametrilor de calcul ai barelor rotunde având aceeaşi supra faţada secţiunii. Rezistenţa de rupere la întindere a acestui otel nu’este mai mica decât 5000 kg/cm2, limita de curgere de calcul de 3500 kg/cm2(mi-nimum de recepţie 2800 kg/cm2), lungirea specifică la rupere de 15—17% diametrul de îndoire la încercarea la îndoire, de 3 d. Oţelul poate fi între­buinţai atat pentru bare întinse cât şi pentru bare comprimate. Prinîntre- buinţarea acestui oţel beton se realizează în medie o economie de metal de 25/o. Sortimentul oţelului beton laminat la cald este dat în tabela 7 a anexei IX.                                                                      ~

Profilul oţelului beton profilat la cald a fost adoptat de Institutul ŢNIPS, pe baza unor experienţe de lungă durată — constatâmdu-se că este’cel mai bun în privinţa sporirii aderenţei dintre armătură şi beton. La smulgerea acestor bare din masa de beton din cauza ruperii betonului în direc­ţia ^ trainsversală, fisurile longitudinale apar mai târziu şi se desvoltă mai încet decât atunci când se întrebuinţează profile răsucite In unele cazuri se întrebuinţează ca ar­mătură aşa numita „tablă perforată” (fig. 39), care se prezintă sub formă de benzi de oţet cu găuri de diferite forme (mai ales rotunde) reprezentând rebuturile dela stanţarea piesElor din table subţiri de otel.

Când sunt folosite ca armătură de rezistenţă (în locui barelor cu benzile de piatbande găurite trebue să aibă o gro qPU m c Canf sunt îolosite ca armătură constructivă, de cel puţin 1,3 mm. Secţiunea de calcul a tablei platban.de găurite se stabi­leşte după secţiunea minimă în linie frântă. Limita de curgere de calcul ste ia de 2500 kg/cm2, ea putând fi luată şi mai mare atunci când se fac încercări speciale.

Pentru armarea plăcilor se întrebuinţează pe scară tot mai largă pla­sele sudate, gata executate, făcute din sârmă de oţel trasă la rece, care se obţine prin trefilare (sau calibrare forţată) din oţel St 3 obişnuit. Barele plasei se intersectează sub unghiuri drepte (fig. 40, a) şi sunt solidarizate la intersecţii cu sudură electrică prin puncte, cu rezistenţă de contact. In unele cazuri se execută şi plase, la care barele sunt dispuse după unghiuri ascuţite (fig. 40, b), plase cu ciocuri la capetele barelor (fig. 40, c) şi plase cu armătura de rezistenţă din câte două bare formate prin îndoirea unei bare lungi (fig. 40, d). Dia­metrul sârmelor folosite la plase este de 3—10 mm.

Plasele sunt de două tipuri: în suluri (fig. 41) şi sub formă de pânze întinse. Când se execută în suluri, lungimea este limitată prin greutatea totală de 150 kg şi de­pinde de lăţimea pânzei şi de diametrul sârmelor. Plasele în suluri sunt la rândul lor de două tipuri prin­cipale: cu armătura de rezistenţă longitudinală şi cu armătura de rezistenţă transversală.

Lăţimea sulurilor cu armătură de rezistenţă longitudinală este de 1,95—2,00 m, iar cea a sulurilor cu armătură de rezistenţă transversală de 1,0—2,6 m. Plasele plane sub formă de pânze întinse se execută cu lungimea de 2,0—5,1 m şi lăţimea de 2,0—2,7 m. Sortimentul plaselor în suluri şi al celor întinse este dat în tabela 8 a anexei Limita de curgere de calcul pentru plase se ia: în cazul sarmeloi cu diametrul de maximum 6 mm, obţinute prin trefilare, ac = 4500 kg/cm-, iar pentru cele cu diametrul de 7—10 mm, de 3500 kg/cm-; pentru ^bajele de oţel, marca St 3, supuse la calibrare forţată, cu diametrul până la 12 mm, de 3500 kg/cm2. Prin întrebuinţarea plaselor în suluri se realizează o economie de me­tal de 40—50% şi’se reduce volumul de muncă cu 60—80%, In scopul accelerării şi ieftinirii lucrărilor de armătură şi lucrări­lor de beton armat, în general, s’au introdus în practică şl carcasele su­date, întrebuinţate atât la betonul armat monolitic, cât şi la cel prefabricat. Carcasele sudate pot fi carcase plane sau carcase în spaţiu1).Carcasele plane se execută în mod asemănător cu plasele sudate sub formă de pânze de o lungime anumită. Ele constau din bare longitudinale de rezistentă şi din bare de montaj, aşezate transversal, deobicei drepte; barele de rezistenţă se aşează alăturat (fig. 42, a), sau una deasupra^celei­lalte (fig. 42,6); în locul barelor transversale drepte se întrebuinţează une­ori o armătură în formă de zigzag (fig. 42, c).    ^

încercări de a se întrebuinţa carcase sudate plane au fost făcute încă în 1939—1940. Ele nu s’au bucurat atunci de succes, deoarece se consta­tase că sunt complicate şi necesită un mare volum de muncă, întrucât erau executate manual, utilizându-se sudura cu arc electric. Numai aplicarea sudurii electrice cu rezistenţă de contact prin puncte a permis să se meca- nizeze procesul de executare a carcaselor, fapt care le-a făcut să fie mai avantajoase decât armăturile obişnuite legate.

Pentru confecţionarea carcaselor sudate cu ajutorul sudurii electrice prin puncte se întrebuinţează: a) laminate rotunde de oţel marca St 0 şi St 3, cu diametrul până ‘la 26 mm inclusiv; b) laminate rotunde din aceleaşi oţeluri, supuse la calibrare forţată, cu diametrul până la 22 mm; c) bare turtite la rece (pentru armătură întinsă); d) oţel cu profil periodic laminat la cald (pentru armătură întinsă şi comprimată).                                                                                             .

Dacă la plase sudate şi la carcase se întrebuinţează „bare turtite, este necesar ca ele să fie aşezate astfel, încât locurile de sudură să nu corespundă cu porţiunile plane ale barelor, rezultate din turtire (fig. 43). Dacă se execută carcase de oţel beton turtit la rece sau laminat la cald, cu profil periodic, nu se admite îndoirea lor după sudare.

Limitele de curgere de calcul sunt stabilite pentru armătura întinsă şi comprimată din oţel StO — la 2500 kg/cm2, iar din otel St 3— la 2850 kg/cm2; pentru armătura întinsă din oţel St 3, supus la calibrare fortată; ia un dia­metru al barelor până la 12 mm, limita de curgere la 3500 kg/cm2, iar pentru un diametru mai mare decât 12 mm şi deasemenea pentru armătura de oţel St O, independent de diametrul barelor, la 3000 kg/cm2. Pentru oţel beton cu profil periodic, laminat la cald şi pentru cel turtit la rece. limita de curgere se consideră de .3500 kg/cm2. ’Plasele şi carcasele sudate prezintă o serie de avantaje în comparaţie c;u armătura obişnuit legată. Datorită existenţei barelor transversale su­date solid, plasele şi carcasele odată înglobate în beton, se ancorează bine în acesta, ceeace măreşte rezistenţa la fisurare a betonului armat. Rigidi­tatea mare a carcaselor, uşurează în unele cazuri şi execuţia cofrajelor, de­oarece în timpul betonării, o parte din sarcini pot fi transmise carcasei.

In afară de economia de oţel avantajul principal al întrebuinţării car­caselor şi plaselor din armătura sudată îl constitue făptui că o parte din lucrările de fasonare şi asamblare a armăturilor se fac în fabrici şi în ate­lierele de ^construcţie,- uşurându-se prin aceasta şi accelerându-se execu­tarea lucrărilor, In acelaşi timp, pe şantier se pot utiliza muncitori mai puţin calificaţi şi se pot evita mai uşor greşelile. De exemplu, toată ope­raţia de armare a plăcii se rezumă la desfăşurarea plasei, aşezând-o pe tonaj şi legând cu sârmă arsă plasele dintre ele. Atunci când se întrebuin­ţează plase şi carcase mari sudate (în spaţiu) , este indicat ca la montarea armăturii să se folosească macarale.

Dacă elementul se armează cu bare separate din laminate obişnuite v.u secţiunea rotundă şi diametrul variind între 5 şi 50 mm, trebue să se eviie barele prea groase, la care suprafaţa de aderenţă este mai mică decât ia un număr de bare mai subţiri, având aceeaşi secţiune totală; afară de aceasta, la barele groase eforturile se repartizează mai puţin uniform în secţiunea de beton armat.

La proiectarea elementelor armate cu bare separate, trebue să se aleagă, în limita posibilităţilor, cât mai puţine bare cu diametri diferiţi, deoarece în caz contrar nu numai că se măresc dificultăţile de aprovizio-

Armătura rigidă

Armătura rigidă este întrebuinţată sub formă de grinzi laminate sau nituite (fig. 49), şine ete,, precum şi sub formă de carcase portante, sudate, ■din bare rotunde, uneori de diametri mari, sau corniere, având aspectul unor sisteme cu zăbrele1).

Betonul armat cu armătura rigidă are, in comparaţie cu betonul ar­mat obişnuit, avantaje foarte însemnate, dintre care amintim posibilitatea de a betona construcţia în cofraje suspendate; fără a se executa schele de susţinere. Aceasta permite o mare econo­mie de material lemnos şi reducerea termenelor de execu­ţie; betonul armat cu armătura rigidă permite deasemenea executarea rapidă a construcţiilor. Deosebit de avantajoasă este întrebuinţarea betonului armat cu armătură rigidă pentru scheletul clădirilor cu multe etaje, la executarea că­rora se poate realiza acelaşi ritm ca şi la carcasele me­talice.-

In cazul1 când se întrebuinţează armătura rigidă, consu­mul de metal este mai mare decât atunci când se. între­buinţează armătura elastică; totuşi acest consum este mai redus (cu 30—50%) în comparaţie cu construcţiile metalice.

Armătura rigidă este întrebuinţată de cele mai multe ori în combinaţie cu armătura flexibilă.

CONLUCRAREA BETONULUI CU ARMATURA

1. Aderenţa dintre armătură şl beton

Prin aderenţă se înţelege rezistenţa pe care bara betonată o opune la smulgerea ei sau la împingerea ei afară din beton. Dacă lungimea de în­castrare a barei este destul de mare, această rezistenţă poate fi atât de puternică, încât rezistenţa oţelului la întindere va fi întrecută mai curând decât aderenţa barei la beton, repartizată pe conturul ei.

Pentru explicarea fenomenului de aderenţă a armăturii la . beton se pot indică două cauze principale înainte de toate, datorită contracţiei betonului, adică prin reducerea volumului său, în timpul întăririi acestuia în aer se produce strângerea în beton a barei şi ca urmare, lunecarea eî va fi împiedecată de forţele de frecare. Apoi, la lunecarea barelor se opun forţele de aderenţă.

Experimental s’a dovedit că se produce o încleire între barele de oţel şi masa coloidală a mortarului de ciment sau beton, adică fenomenul pro­priu zis de aderenţă. De exemplu, pentru a îndepărta depe o placă de oţel un mortar i : 3 cu o vechime de 45 de zile, este necesar să se aplice un efort unitar normal pe placă;, variind între 5 şi 19 kg/crn2, în funcţie de starea suprafeţei plăcii şi de felul cum a fost păstrată epruveta; dacă aceasta a fost păstrată într’un mediu umed, aderenţa este mai mare.

3) in mod mai amănunţit v. capitolul XL

In experienţe şi la calcul, factorii indicaţi — frecarea si aderenta nu se pot separa, ci se stabileşte o valoare globală a aderentei sau â asa numitei rezistenţe la lunecare (smulgere) raportată la 1 cm2’de suprafaţă exterioara a armaturii cum s’a arătat mai sus, aderenţa armăturii la beton constitue iactorul de baza, care asigură conlucrarea betonului si a otelului Deaceea îndeplinirea tuturor condiţiilor pentru asigurarea aderentei necesare este extrem de importanţa.

Mărimea efortului unitar de aderenţă tad, după cum arată numeroase experienţe, depinde de mulţi factori.

Aderenţa creşte în funcţie de mărirea dozajului cimentului în beton ş1 se micşorează în urma măririi conţinutului în apă: aceste constatări dau indicaţii asupra legăturii dintre aderenţă şi raportul A/C. De exemplu din experienţe reiese că pentru un conţinut în apă de 15%, forţa de aderentă este egala cu 23,7 kg/cm2, pentru 18%’ apă — 13,0 kg/crn2, iar pentru 21% apa (beton turnat) — 6,4 kg/cm< Aderenţa se măreşte, deasemenea, în funcţie de creşterea vârstei be­tonului, fapt care se explică prin sporirea rezistenţei pietrei de ciment si creşterea contracţiei. După cum rezultă din experienţe, această creştere reprezenta 70%, când vârsta betonului ajungea dela 4 săptămâni la 4 ani. Valoarea aderenţei depinde şi de metoda de turnare a betonului: vibra­rea măreşte rezistenţa la lunecare a armăturii în beton. In sfmşit, aderenţa mai depinde de forma secţiunii barelor: pentru ba- relejotunde ea este mai mare decât pentru barele cu fete plane Astfel după cum reiese din experienţele efectuate cu privire la aderentă, pentru bare rotunde, aceasta a fost de 35,8 kg/cm2; pentru bare pătrate, de 3U,ă kg/cm2, iar pentru platbande de oţel, de 20,5 kg/cm2.

Barele cu profil periodic opun la slmulgere o rezistenţă la lunecare, de 1,5 ori mai mari decât barele rotunde.

. F!a5ă bara are ° suprafaţă rugoasă, de exemplu, atunci când are o pojghiţa^provenita din cauza laminării sau din cauza ruginei care nu poate fi îndepărtata, rezistenţa la lunecare este mai mare decât în cazul unei suprafeţe complect netede.

Trebue să se noteze că eforturile unitare de aderentă se repartizează neuniform dealungul barei (fig. 50); odată cu creşterea lungimii barei şi / — lungimea ei) se micşorează, efortul maxim radrămânând constant pentru epruveta dată.Rezistenţa barei la lunecare este mai mare în cazul împingerii decât în cazul smulgerii ei, aceasta explicându-se prin deformatiile transversale de dilatare ale barei însăşi

Potrivit experienţelor efectuate la Institutul ŢNIPS, o îngheţare tim­purie a betonului armat are drept consecinţă o reducere bruscă a aderentei dintre armatură şi beton.                                  ’

Rezistenţa la lunecare s’a determinat deasemenea, şi la încovoierea grinzilor (armate diferit), in care eforturile unitare de aderenţă cresc trep­tat dela mijlocul grinzii către reazeme. In general, rezistentele la lunecare obţinute atunci când grinzile lucrează la încovoiere, concordă cu rezul­tatele încercărilor la smulgerea directă a barelor.

Din experienţe s’a constatat că, datorită montării etrierilor, rezistenţa la smulgere a armăturii longitudinale creşte cu 25%.

Pe baza experienţelor se poate considera că aderenţa armăturii la beton, pentru betoanele obişnuite, este Taj — 25—35 kg/cm[2]. Aceasta este apropiată ca valoare de rezistenţa de rupere la forfecare a betonului.

Potrivit experienţelor mai vechi, raportul mediu dintre re­zistenţa la lunecare şi rezistenţa betonului la compresiune este egal cu 0,19; experienţele cele mai noi au arătat că acest ra­port se micşorează odată cu creşterea mărcii betonului.

PE lângă forţa de aderenţă dintre beton şi armătură, care opune rezistenţă la lunecare, aceasta din urmă se măreşte în practică prin executarea de cio­curi la capetele barelor. Acelaşi scop se urmăreşte — concomi­tent cu acela de a ridica limita de curgere — întrebuinţându-se oţelul be­ton special — răsucit, turtit sau cu profil periodic.

Lungimea minimă necesară de încastrare a barei rotunde se poate stabili aproximativ din condiţia ca bara să fie fixată solid până în momen­tul când armătura atinge limita de curgere. Egalând eforturile de întindere şi de lunecare, luând drept exemplu un efort de aderenţă rad jpgl25 kg/cm- (fig. 50), se obţine: Fenomenele de contracţie şi de umflare a betonului sunt foarte impor­tante pentru elementele de beton armat, doarece datorită lor se nasc eforturi unitare iniţiale în beton şi în armătură.Se va examina în mod special influenţa contracţiei, deoarece cazul obişnuit este acela al întăririi betonului în aer.

Să ne închipuim un stâlp de beton simplu (fig. 52) care, din cauza con­tracţiei, se scurtează cu o lungime Al- Deoarece acestei deformaţii nu i se împotriveşte nimic — nu se nasc eforturi în beton.

Dacă într’un astfel de stâlp vor fi introduse şi betonate bare de oţel, în jurul! circumferinţei acestora se vor produce în timpul întăririi forţe de aderenţă. Deşi oţelul, datorită acestora, se va scurta în urma con­tracţiei betonului cu o lungime oarecare Ax, el nu va permite totuşi betonului să se scurteze cu lungimea totală Al; astfel, betonul capătă o lungire egală cu A A. In concluzie, dacă întărirea se face în aer, armă- Fig. 52.             tura betonată capătă un efort iniţial de compresiune iar betonul, un efort iniţial de întindere.

Menţionăm experienţele efectuate în Franţa în ce priveşte eforturile de contracţie într’o grindă de beton armat. S’au încărcat grinzi cu sec­ţiunea dreptunghiulară de 15X25 cm, dublu armate. După mărimea de- formaţiilor provocate prin contracţie s’au calculat eforturile unitare cores­punzătoare din armătură. In figura 53 sunt reprezentate curbele de variaţie a eforturilor unitare din armătură datorite contracţiei, în decurs de 396 zile, in ultimele 180 zile grinda fiind supusă alternativ la umezire şi uscare.

După cum se vede, în primele 216 zile de întărire în aer (primele 12 zile grinda s’a păstrat acoperită cu saci umezi) eforturile unitare din armătură, datorite contracţiei, au atins o valoare foarte mare: 330 kg/cm2, ia armătura inferioară şi 635 kg/cm2, la cea superioară.

Umezirea ulterioară a grinzii şi introducerea ei în apă au provocat o reducere importantă a valorii contracţiei şi a eforturilor din armătură, iar o nouă uscare nu a mai provocat eforturile obţinute la început.

Totodată sa găsit ca repartizarea eforturilor provocate de contracţie dea lungul armaturii nu se face uniform, şi anume eforturile cresc dela îeazeme spre mijlocul grinzii, probabil după o curbă lină. datorite^ contracţiei betonului, pot fi foarte însemnate, iar eforturile de în- tmdere m beton, neînsemnate. Dimpotrivă, în cazul unei armări puternice eforturile de întindere în beton pot fi foarte importante

Este greu de stabilit valoarea exactă a eforturilor iniţiale, mai ales că forţa de aderenţă nu are o valoare constantă, ci creşte treptat mfunc.ie de întărirea betonului.                                                                .                ,

In practică, la calcului unor construcţii static nedeterminate, cu des­chideri mari (arce, cadre), se ţine seamă de influenţa contracţiei, conside­rând-o echivalentă cu o coborîre a temperaturii cu un anumit număr de grade — dela 0 până la 20° — în funcţie de condiţiile în care se executa lucrările. Normele N şi TU—3—49 stabilesc pentru betonul armat greu un coeficient de scurtare din contracţie se = 0,000 15, ceeace m căzu unui coeficient de dilatatie liniară Ef = 0,000 01, este echivalent cu o co­borîre a temperaturii cu 15°; pentru betonul armat uşor fc —0,000  .

Pentru clădiri obişnuite, industriale şi civile, de o lungime mare nu se face calculul la contracţie, iar pentru a preîntâmpina formarea fisurilor din această cauză şi din cauza variaţiilor de temperatura, se prevăd ros­turi de deformaţie din variaţii de temperatură şi din contracţie ) (rosturi de dilatare).

Curgerea lentă a betonului

In epruvetele armate, curgerea lentă provoacă ca de altfel şi con­tracţia, deformaţii mult mai mici (de 1,5—2 ori). Stâlpii de beton cu do­zajul 1 : 5, cu 3%: armătură longitudinală şi 1,8% armatura Setata par­caţi ia vârstă de 2 luni cu un efort unitar de 56 kg/cm au capatat m de­curs de 18 luni, deformaţii de 0,4 mm la m, iar stâlpii de beton simplu (fără armătură) — 0,6 la m.                                                            ,

Cu cât procentul de armare este mai mic, cu atât creşterea deformaţi­lor este mai mare. _ u

Pe baza rezultatelor cercetărilor s’au stabilit următoarele.                       _

La un stâlp de beton armat, contracţia şi curgerea lentă a betonului sub o sarcină permanentă acţionează în acelaşi sens — descarcă betonu si măresc eforturile în armătură, acestea din urma putând sa atinga valor foarte mari (fig. 54). Astfel are loc o redistribuire a eforturilor m beton şi otel: eforturile din beton se micşorează, iar cele din armatura cresc Cea mai intensă redistribuire a eforturilor din cauza curgem lente are loc m primele 200 de zile în care construcţia se găseşte sub sarcina _

In cazul unei armături transversale destul de sigure (etneri,_ freta) atingerea limitei de curgere din armătura longitudinala va h mtarziata ele deformaţiile relativ mici ale betonului. Dacă se măreşte încărcarea pe stâlp, iar- deîormaţiile armăturii cresc, betonul va începe să lucreze, desearcanci armătura. Experienţele au dovedit că o sarcină de 80% din cea de rupere nu a provocat niciun fel de indiciu de rupere, în decursul unui termen foarte lung al acţiunii ei.

Au existat totuşi cazuri de rupere bruscă a stâlpilor după îndepărtarea sarcinii; după doi ani de menţinere sub o sarcină de^ 80% clin cea de ru­pere un stâlp s’a distrus imediat după ce a fost îndepărtata sarcina (deţor- maţiile au depăşit în acest tip de patru ori deformaţiile oţelului, cores [3]

b)Coroziunea armăturii

Coroziunea betonului este însoţită deobicei, de coroziunea (ruginirea) armăturii; aceasta din urmă însă, se poate produce şi independent de coro­ziunea betonului.

După cum s’a arătat mai sus, protecţia armăturii împotriva coroziunii se daiureşte prezenţei unui strat compact de beton şi a unui mediu bazic creat de către Ca (OH)2, în mortarul de ciment. Deaceea, în cazul unei permeabilităţi suficiente a betonului la gaze şi la apă, precum şi în cazul formării de fisuri (din diferite cauze) cu o deschidere mai mare decât 0,20—0,25 mm, armătura poate începe să se corodeze şi fără distrugerea chimică a betonului însuşi. Aceasta se poate produce din cauza atmosferei din diferitele fabrici şi uzine (mai ales la cele chimice şi la rafinăriile de petrol), în depourile de locomotive etc.

Adăugarea puzzolanelor (sgurilor) în ciment este utilă pentru obţine­rea unei compactităţi mai mari a betonului, dar în acelaşi timp, ea reduce alcalinitatea betonului prin combinarea hidroxidului de calciu Ca(OH)2 cu bioxidul de siliciu Si02 din adaus, ceeace creează condiţii favorabile pentru coroziunea armăturii.

S’a observat că armătura se corodează în locurile unde betonul este udat periodic de apă.

Coroziunea armăturii se bazează pe un fenomen electrochimie (forma­rea unor cupluri galvanice). In acest caz, produsele coroziunii —rugina — mărindu-şi în mod sensibil volumul faţă de volumul iniţiali al oţelului, în­depărtează stratul de protecţie al betonului, descoperind armătura şi permi­ţând distrugerea în continuare a elementului de construcţie.

Problema condiţiilor în care se produce coroziunea armăturii (inclusiv influenţa diferitelor clime: rece, temperată şi caldă) nu este încă suficient studiată.

c) Măsuri pentru protecţia împotriva coroziunii

La stabilirea măsurilor pentru preîntâmpinarea coroziunii betonului şi a armăturii, se iau în considerare gradul de agresivitate al mediului, pre­cum şi caracterul şi destinaţia construcţiei care se execută.

Din categoria acestor măsuri face parte înainte de toate stabilirea sis­temului de îndepărtare a apelor industriale utilizate şi de circulaţie, nu nu­mai a celor din incinta construcţiei, dar şi a celor din afara ei. Nu este permisă depozitarea diferitelor deşeuri chimice, a sgurilor etc. pe teritoriul întreprinderii, nici în timpul perioadei de construcţie, nici în perioada de exploatare. Ventilaţia trebue să funcţioneze bine în încăperi; în caz contrar, produsele gazoase pot provoca o coroziune rapidă a betonului şi a armă­turii. Este deasemenea necesar un sistem bine conceput de îndepărtare a soluţiilor agresive de pe pardoselile diferitelor secţii.

La alegerea cimentului şi a compoziţiei betonului, care au o mare im­portanţă, trebue să se ţină seamă de agresivitatea mediului. In multe ca­zuri, întrebuinţarea unui ciment portland special, rezistent la sulfaţi, mă­reşte durabilitatea construcţiilor de beton armat.

In cazul unei agresivităţi puternice a mediului, nu ne putem rezuma numai la -alegerea unui ciment mai rezistent, ci este necesar să se prote­jeze suprafaţa betonului împotriva contactului direct cu mediul agresiv. Pentru construcţiile care se găsesc sub pământ, protecţia cea mai simplă constă în executarea împrejurul elementului a unui strat din argilă moale (fundaţie, zid de sprijin etc.). Ca straturi de protecţie au căpătat cea mai mare răspândire în prezent materialele bitumfnonse, dintre care cele mai rezistente sunt bitumurile naturale, apoi bitumurile de petrol şi, în sfârşit, produsele de distilare a cărbunelui de piatră.

Suprafaţa construcţiilor de beton armat care se găsesc deasupra nive­lului pământului şi, în consecinţă, care sunt supuse la acţiunea mediului agresiv trebue Să fie foarte compactă. In acest scop, suprafaţa betonului se tencuieşte cu un mortar de ciment 1 : 2 sau se aplică peste ea un strat de beton torcretat de 1,5—2 cm grosime.

Dacă soluţiile agresive au o acţiune permanentă, această metodă nu dă totdeauna rezultate bune. In aceste cazuri, suprafaţa betonului se pro­tejează cu un strat de bitum; trebue adăugat că, în cazul unui mediu agre­siv relativ slab, se poate aplica la rece o soluţie de bitum într’un solvent corespunzător (benzină, benzen). Dacă acţiunea mediului agresiv este pu­ternică se aplică pe suprafaţa betonului un strat de bitum la cald (după o grunduire prealabilă la rece cu o soluţie de bitum, sau pe un strat de izo­laţie lipit). împotriva acţiunii gazelor agresive este indicată vopsirea suprafeţelor de beton cu fluoro-silicaţi.

BAZELE CALCULULUI ELEMENTELOR DE BETON ARMAT

PRIN METODA REZISTENŢELOR ADMISIBILE

PRINCIPII FUNDAMENTALE DE CALCUL

Consideraţii generale

Vechea metodă de calcul pe baza rezistenţelor admisibile sau „metoda betonului armat elastic11, denumită adeseori incorect „teoria clasică11, nu se aplică în U.R.S.S. pentru calculul elementelor clădirilor si construcţiilor industriale şi civile de beton armat la solicitările de bază. Totuşi, calculul la eforturile unitare principale şi la torsiune se fac încă după metoda veche. Principiile acestei metode se aplică deasemenea la calculul construc­ţiilor de beton armat preeqmprimat la rezistenţa la fisurare. In literatura de specialitate privind tehnica construcţiilor, se întâlnesc deseori probleme legate de metoda de calcul a elementelor de beton armat, deoarece această metodă a fost folosită şi în U.R.S.S. în anii trecuţi (în străinătate, această metodă este folosită şi în prezent). Toate acestea impun cunoaşterea prin­cipiilor fundamentale ale acestei metode. In urma unei1 serii de ipoteze simplificatoare, calculul elementelor de beton armat după această metodă se bazează în realitate pe formulele din rezistenţa materialelor, ţinând seama de proprietăţile de bază ale betonului armat.

In cele ce urmează se dau într’o formă succintă, rezultatele experienţe­lor şi ipotezele simplificatoare admise, care stau la baza metodei de calcul al elementelor de beton armat în funcţie de rezistenţele admisibile.

Stadiile de solicitare (la încovoiere)

Numeroasele experienţe efectuate asupra încovoierii grinzilor de beton armat, în cazul unei sarcini care creşte treptat, până la ruperea acestora, au dus la delimitarea următoarelor stadii de solicitare (fig. 56).

La începutul încărcării grinzii, eforturile sunt aproape proporţionale cu lungirile (ele urmează legea liniei drepte) şi ambele materiale iau parte la preluarea eforturilor în zona întinsă; eforturile unitare din beton nu ating msă limita de rezistenţă la întindere Rt. Această stare de solicitare se nu­meşte „stadiul I“.

calcul a rezistenţelor admisibile a fost adoptată pentru simplificare, ipoteza Iui Bernoulli, potrivit căreia secţiunile transversale plane înainte de în­covoiere rămân plane, şi după încovoiere.

In această ipoteză simplificatoare, sub acţiunea sarcinii, deformaţiile specifice ale fibrelor de beton trebue să varieze proporţional cu distanţele lor dela axa neutră. După cum s’a constatat însă, eforturile din beton nu sunt proporţionale cu deformaţiile relative şi, prin urmare, nici cu distan­ţele până la axa neutră. Deaceea, în grinda de beton armat, ca şi în cea de beton simplu (fig. 24), supusă la încovoiere, eforturile unitare din sec­ţiunea transversală se reparti­zează după o curbă oarecare.

Din cauza diferenţei dintre va­lorile modulului de elasticitate la compresiune şi a celui la în­tindere, eforturile unitare din be­ton în fibrele întinse sunt tot­deauna mai mici decât în fibrele comprimate ale secţiunii, iar axa neutră se situează mai aproape de marginea comprimata. Admi­ţând pentru simplificare, exis­tenţa proporţionalităţii dintre eforturi şi deformaţii, se vede că eforturile unitare din secţiunea grinzii va­riază după drepte (fig. 24 punctat), având înclinări diferite. Aceasta, în­seamnă că se admite pentru beton legea lui Hooke, deşi modulele de elas­ticitate la compresiune şi la întindere sunt diferite. In’ cazul unui acelaşi modul de elasticitate, eforturile unitare din secţiune vor varia după o dreaptă.

La grinzile de beton armat, din cauza rezistenţei mici a betonului la întindere,^se consideră că betonul nu lucrează în zona întinsă şi toate efor­turile de întindere sunt transmise armăturii, adică o parte din diagrama eforturilor betonului de sub axa neutră dispare.

In felul ^acesta, diagrama de calcul în elementele de beton armat care lucrează la încovoiere are, în ipotezele simplificatoare indicate mai sus, aspectul arătat în figura 57.                         ’

Raportul n = EJEb

Pentru calculul pe baza rezistenţelor admisibile, este necesar să se cunoască raportul dintre moduiii de elasticitate ai oţelului şi betonului EJE}, = n; în acest caz, modulul de elasticitate al betonului se ia în mod convenţional ca o mărime constantă.

La determinarea forţelor interioare (eforturilor unitare) majoritatea nor­melor în vigoare în celelalte ţări iau raportul n egal cu 15, iar modulul de elasticitate al betonului egal cu = 140 000 kg/cm2, ceeace corespunde valorii din cazul eforturilor unitare apropiate de ruperea betonului.

La determinarea forţelor exterioare (a necunoscutelor nedeterminate la sistemele static nedeterminate) şi a deforma ţii lor elastice (săgeţi), se ia deobicei £’b = 210 000 kg/cm2, iar raportul n, egal cu 10, acelaşi pentru zona comprimată şi pentru zona întinsă.

Valoarea constantă a lui n. nu a putut totuşi satisface pe cercetătorii care studiază problemele legate de betonul armat. Din datele experimentale s’a putut constata că modulul de elasticitate al betonului armat este o mă­rime variabilă, care depinde de efortul unitar, de compoziţia betonului şi de alţi factori si care variază între limite destul de largi. Nu era satisfăcă­toare nici stabilirea valorii lui n, în funcţie de marca betonului. Apoi în­trebuinţarea, pe de o parte a betoanelor executate cu cimenturi superioare şi cu armătură din oţel de rezistenţă superioară, iar pe de altă parte, a betoanelor uşoare, cu un procent mic de armare, indica diferenţe destul de mari între rezultatele date de calculul după această metodă şi datele ob­ţinute experimental.

Toate acestea au avut drept urmare tendinţa de a se revizui nu numai valoarea lui n, dar şi metoda de calcul însăşi a construcţiilor de beton armat, fapt care a şi fost realizat, pentru prima dată în lume în U.R.S.S.

5. Secţiunea ideală. Rezistenţe admisibile

In ipotezele simplificatoare admise mai sus, diferenţa dintre calcului construcţiilor de beton armat faţă de calculul construcţiilor din alte mate­riale (oţel, lemn) se datorează numai lipsei de omogeneitate a materialu­lui, cum şi faptului că se consideră că betonul nu lucrează^ la întindere. Pentru a se deduce formulele respective de calcul, trebue să se asimileze betonul armat unui material omogen.

Sub acţiunea forţelor exterioare, armătura preia eforturi unitare de n ori mai mari decât betonul, ceeaoe rezultă din egalitatea deformaţiilor) ca o consecinţă a aderenţei, şi din admiterea valabilităţii legii proporţionia- lităţii între deformaţii şi eforturile unitare: adică fiecare unitate de suprafaţă a armăturii poate fi luată convenţional egală cu n unităţi de suprafaţă a betonului; materialul armăturii se poate echivala cu materialul betonului, luând, în locul suprafeţei armăturii Fa o suprafaţă de beton nFa.

Introducând o astfel de secţiune fictivă, denumită ideală, o putem con­sidera ca o secţiune omogenă, formată dintr’un material cu un singur mo­dul de elasticitate. Prin urmare, pentru un element de beton armat (compri­mat) cu o secţiune de beton T& şi de armătură Fa, secţiunea ideală a ele­mentului va fi:

Ecuaţia de gradul trei (16) se rezolvă prin aproximaţii succesive, sau direct, folosind formula lui Cardan, deoarece ea se reduce la o ecuaţie de gradul 3 încomplectă, de forma x3-j-3px — 2q — 0.

7. DESAV ANTA JELE METODEI DE CALCUL

PE BAZA REZISTENŢELOR ADMISIBILE

In paginile anterioare au fost enunţate principiile fundamentale ale calculului elementelor de beton armat după metoda rezistenţelor admisibile.

Să analizăm aceste principii şi să semnalăm desavantajele pe care le prezintă.

In primul rând repartizarea reală a eforturilor unitare în secţiune nu corespunde cu stadiul II convenţional. In adevăr, după acest stadiu, toate eforturile de întindere se transmit armăturii; în realitate însă în limitele rezistenţelor admisibile betonul preia şi o parte din eforturile de întindere.

In al doilea rând, betonul armat nu se supune riguros ipotezei secţiu­nilor plane şi legii lui Hoo’ke, iar n este o mărime variabilă care depinde de valoarea efortului din beton, de dozajul betonului, de vârsta sa şi de alţi factori greu de luat în considerare. Nu este suficientă nici stabilitatea diferitelor valori pentru n, în funcţie de marca betonului.

După cum s’a constatat, în urma numeroaselor experienţe efectuate asupra plăcilor şi grinzilor, aplicând această metodă, eforturile unitare rezultate din calcul sunt totdeauna mai mari în armătură, iar în beton, ele sunt deobicei mai mici decât cele reale. Totodată, diferenţa dintre eforturile unitare rezultate din calcul şi cele reale din beton depinde cel mai mult de valoarea adoptată pentru n; modificându-1 pe acesta din urmă (pentru una şi aceeaşi marcă a betonului) efortul unitar calculat poate fi apropiat de cel real. In acelaşi timp, variaţia valorii lui n se răsfrânge puţin asupra valorilor eforturilor din armătură, care rămân foarte diferite de cele reale. Astfel, în cazul unei variaţii a lui n dela 20 până la 2, og se modifică cu 130%, iar aa cu numai aproximativ 10%. Lipsa de corespondenţă a efor­turilor unitare rezultate din calcul cu cele reale din armătură se explică mai ales prin faptul că nu se ia în considerare solicitarea zonei întinse a betonului.

Prin urmare, această metodă de calcul este o metodă convenţională şi, pe lângă faptul că ea nu dă posibilitatea de a proiecta construcţia sau un element separat cu un coeficient de siguranţă dinainte stabilit, dar nici nu permite să se determine valorile reale ale eforturilor unitare din armătură şi din beton.

Aceste neajunsuri ale metodei au ieşit în evidenţă îndeosebi la intro­ducerea în practică a noilor feluri de betoane (de rezistenţă superioară, uşoare) şi a oţelurilor de calitate superioară.

In general însă, cu toate des avantajele enumerate, metoda de calcul cu o valoare normată pentru n şi cu rezistenţe admisibile, asigură, în majori­tatea cazurilor, o siguranţă suficientă a construcţiei. In unele cazuri coefi­cientul real de siguranţă este însă mai mare decât cel necesar, iar în alte cazuri rezultă o repartizare neraţională a materialelor — a betonului şi a oţelului — adică în ambele cazuri se constată în general un oarecare con­sum suplimentar de materiale.

BAZELE CALCULULUI ELEMENTELOR DE BETON ARMAT

IN FUNCŢIE DE STADIUL DE RUPERE ŞI DE „STĂRILE LIMITĂ”

8 BAZELE CALCULULUI IN FUNCŢIE DE STADIUL DE RUPERE

Scurtă notă istorică

Desavantajele vechii metode de calcul a elementelor de beton armat au îndemnat pe oamenii de ştiinţă sovietici să elaboreze o nouă metodă de calcul, în funcţie de stadiul de rupere.

, Propunerea profesorului A. F. Loleit, făcută în 1932 (la cea de a Il-a Conferinţă Unională pentru beton şi beton armat) a însemnat începutul revi­zuirii vechii metode de calcul a construcţiilor de beton armat şi a deter­minat prezentarea unei serii de alte propuneri.1)

In 1934, la cea de a IlI-a Conferinţă Unională pentru beto-n, beton armat şi construcţii de zidărie, aceste’propuneri au fost discutate şi s’a căzut de acord asupra rezoluţiei în sensul că este necesar să se treacă cât mai repede posibil, la calculul secţiunilor elementelor de beton armat după stadiul de rupere.2)

In laboratorul de beton armat al Institutului ŢNIPS, sub conducerea profesorului A. A. Gvozdev, s’au efectuat într’un termen scurt (Mai 1936), ? j.eri,e de lucrări experimentale şi teoretice, atât în ce priveşte verificarea definitiva a metodei de calcul a elementelor care lucrează ’la încovoiere propusa de profesorul A. F. Loleit, cât şi în ce priveşte aplicarea ei la calculul elementelor comprimate excentric.

Pe această bază au fost elaborate „Normele şi Condiţiile Tehnice de onnnmat“ (N şi TU) din anul 1938 vigoare Normele şi Condiţiile Tehnice N şi TU- 3—49, revizuite de ŢNIPS şi aprobate de Ministerul Construcţiilor de întreprinderi pentru Industria Grea.         ’

La baza ‘ca Icul ui ii i secţiunilor elementelor de beton armat după stadiul de rupere au fost puse următoarele principii:

Calculul elementelor şe face după stadiul de rupere (stadiul III) în ipoteza că betonul din zona comprimată şi armătura au atins starea plastică, dar mai lucrează încă împreună. De aici rezultă că în formulele de calcul trebue să se introducă eforturile unitare de rupere — rezistenţă de rupere a betonului şi limita de curgere a oţelului.

Calculul în funcţie de acest stadiu este legat de un anumit coefi­cient de siguranţă la rezistenţă general, prin care se înţelege raportul dintre efortul! de rupere (întindere, compresiune sau încovoiere) şi efortul care ac­ţionează în element în cursul exploatării. Cu alte cuvinte, prin coeficient de siguranţă se înţelege coeficientul cu care ar trebui înmulţite eforturile care acţionează în element, pentru a-1 aduce, pe acesta din urmă, la rupere.

Prin urmare, potrivit acestei metode, formulele generale de calcul pen­tru momentele. încovoîetoare sunt următoare iar pentru elementele comprimate în care Mr şi Nr sunt respectiv, momentul de rupere şi forţa longitudinală de rupere, iar k este coeficientul general de siguranţă la rezistenţă.

Aceste formule leagă solicitarea admisibilă din secţiunea rezultată din încărcarea de exploatare admisă în calcul, cu solicitarea de rupere.

Astfel, în cazul acestei metode de calcul, devine cunoscut coeficientul de siguranţă cu care va lucra elementul ca un tot, pentru materialele şi sarcinile admise, ceea ce este mai important decât cunoaşterea eforturilor unitare din fiecare material în parte.

Diagrama eforturilor unitare de compresiune în beton este conside­rată dreptunghiulară (conform prescripţiilor N şi TU—3—49), în loc de curbilinie cum este în realitate (conform OST 90003—38), ceea ce duce, după cum se va vedea mai jos la o eroare neglijabilă la stabilirea valorii momentului de rupere. In acelaşi timp însă, o astfel de substituire prezintă un mare avantaj în ce priveşte simplificarea formulelor de calcul şi posibilitatea aplicării lor la orice secţiuni simetrice.

In zona întinsă, deasemenea, rezistenţa betonului nu este luată în considerare.

Ipoteza secţiunilor plane, admisă pentru simplificarea calculului după stadiul II, este absolut neaplicabilă atunci când calculul se face în funcţie de stadiul de rupere.

Nu mai este necesar să se folosească în calcule raportul n şi va­

loarea modulului de elasticitate al betonului. Această din urmă valoare este necesară numai la calculul rigidităţii secţiunilor, la determinarea de- formaţiilor elementelor etc.    *

Despre carcasele de rezistenţă în spaţiu, v. mai departe capitolul XI,

> Contracţia betonului în elemente de beton armat

Influenţa armăturii asupra valorii contracţiei şi umflării betonului este reprezentată sugestiv prin curbele (fig. 51) trasate după rezultatele încercărilor efectuate asupra unor epruvete de beton simplu şi armat, în decursul unui interval de şase ani.

Pe aceste grafice sunt date variaţiile specifice ale lungimii epruvete- lor prismatice, de ambele feluri, păstrate în apă şi în aer (la temperatura de 15—22°). Cea mai mare creştere a contracţiei se produce în primul an de întărire, iar în primele 3 luni ea este egală aproximativ cu jumătatea din cea anuală. Deformaţiile epruvetelor de beton simplu şi armat sunt mult mai mari în cazul întăririi lor în aer, decât în cazul întăririi în apă. Prezenţa armăturii reduce mai mult decât la jumătate contracţia şi umfla­rea betonului.