Consolidarea Cladirilor cu Materiale Pe Baza de Fibra de Carbon

Consolidarea Cladirilor cu Materiale Pe Baza de Fibra de Carbon

CONSIDERATII PRIVIND

CONSOLIDARILE CU COMPOZITE

Utilizarea compozitelor la consolidarea elementelor si structurilor de constructii este un proces aflat in plina dezvoltare. In paralel cu extinderea aplicatiilor se desfasuara numeroase cercetari pentru elucidarea tuturor aspectelor legate de materiale, tehnologie si comportare. Scopul acestor cercetari sete de a depista si controla toate fenomenele conexe, precum si de a cuantifica corect performantele acestui procedeu.

Performantele structurale deosebite obtinute prin utilizarea acestor materiale se datoreaza si posibilitatii de dispunere a fibrelor pe directia de solicitare maxima astfel incat caracteristicile acestora sa poata fi folosite corespunzator.

Un alt aspect inedit este ca, date fiind caracteristicile specifice ale materialului (ca de exemplu ortotropia), structurile de rezistenta pot fi concepute astfel incat sa exploateze la maximum performantele acestuia.

Consolidarile cu compozite se realizeaza prin lipirea unor materiale fibroase, imprimate cu rasini, pe suprafata diferitelor elemente, pentru a reface sau a marii capacitatea portanta (la incovoiere, taiere, compresiune si/sau torsiune), fara modificarea semnificativa a rigiditatii acestora.

Fibrele utilizate in diferite aplicatii pot fi de sticla sau carbon. Compozitele au diferite forme, putand fi lamele pultrudate, tesaturi uscate sau preimpregnate, iar in ultimii ani, armaturi. Elementele consolidate pot fi din beton, metal, lemn, zidarie de caramida sau piatra naturala, iar din punct de vedere structural putem avea grinzi, stalpi, pereti si plansee, in ultima vreme aplicandu-se si in zonele de legatura (noduri, monolitizari, reazeme, etc.).

Cheia utilizarii eficiente a materialelor compozite consta in folosirea unor fibre corespunzatoare scopului urmarit, dispunerea fibrelor in pozitiile si orientarile potrivite, realizarea unei proportii optiune de fibre in asociere cu matrice adecvate.

Datorita varietatii mari a sistemelor si solutiilor, materialele utilizate pot avea lungime mare, pot fi taiate la forme si dimensiuni dorite respectiv pot fi aplicate in straturi pe elementul consolidat.

Avantajele pe care le ofera consolidarea cu materiale compozite conduc la economii imediate sau in timp. Utilizarea pe scara tot mai larga a acestor tipuri de materiale a determinat scaderea pretului la productie si adoptarea unor solutii rapide pentru consolidarea elementelor structurale.

Avand in vedere nivelul cunostintelor actuale in utilizarea compozitelor, consolidarile cu acestea in zone plastic potentiale ale constructiilor disipative trebuie facute pe baza unor analize riguroase. Analizele starii de solicitare, in aceste cazuri,trebuie sa ia in considerare capacitatea de rotire mult mai redusa a sectiunilor din elementele la care s-a facut consolidarea cu compozite.

La structuri static nedeterminate, la care sub incarcari se produc redistribuiri ale eforturilor intre ele si diferitele zone ale structurii, eficienta utilizarii consolidarilor cu materiale compozite trebuie cuantificata tinand seama de la caz la caz de toate aspectele specifice ale acestor tipuri de structuri (ductilitate, deformatii, capacitate portanta, eforturi asociate, etc.).

In cazul structurilor care au fost proiectate de la inceput in gruparea speciala, consolidarea cu compozite trebuie acceptata ca fiind una dintre posibilele solutii d consolidare, optiunea alegerii revenind proiectantului.

Avantajul conferit de greutatea redusa in comparatie cu otelul (cca. 25%) trebuie cuantificat corect in proiectarea unei structuri situate in zone seismice. Desi forta seismica se reduce considerabil (fiind proportionala cu greutatea), in calcule trebuie avuta in vedere capacitata de disipare relativ mica care este conferita de materialele compozite, capacitatea evaluata prin coeficientul Ψ de reducere al efectelor actiunii seismice tinand seama e ductilitatea structurii. Aprecierea acestui coeficient in cazul structurilor existente supuse consolidarii trebuie sa tina cont de o serie de factori cum ar fi: procentul de armare di element, rezistenta la compresiune a betonului, inclusiv de sporul dat de confinarea produsa de consolidare, ductilitatea materialelor si sectiunilor, etc. aprecierea gresita a coeficientului Ψ poate duce la comportarea ne corespunzatoare a structurii, cedarea fragila si chiar colapsul acesteia.

Pentru cat mai exacta a coeficientului Ψ, rezultatele cercetarilor efectuate pana in prezent constituie doar o baza de plecare, fiind necesare viitoare studii si cercetari complexe pentru o calibrare cat mai corecta.

In lipsa unor valori certe, confirmate de cercetarile experimentale proiectantii pot utiliza la calculul structurilor coeficientul Ψ=1, ceea ce inseamna ca structura va fi conceputa avand o comportare in domeniul elastic, fara incursiuni in domeniul plastic.

Diferenta majora intre calculele traditionale, utilizate pana acum, si calculul utilizat la materialele compozite este ca, in cazul compozitelor, nu rezistenta la intindere (f) este cea care se foloseste in calcul, ci perechea deformatie specifica (ε) si modulul de elasticitate (E).

Deoarece modulul de elasticitate este constant, verificarea si limitele se impun prin deformatia specifica. Aceste limite sunt asociate urmatoarelor aspecte:

a)     Modul de cedare preconizat al consolidarii, care poate fi prin:

- ruperea compozitului

- dezlipirea compozitului

- desprinderea compozitului.

b)     Tipul de solicitare, care poate fi:

Intindere axiala;

Intindere oblica;

Taiere;

Compresiune.

c)      Suprafata pe care se lipesc compozitele, poate fi:

Beton;

Metal;

Lemn;

Zidarie de caramida;

Piatra naturala.

d)     Tipul fibrelor utilizate, poate fi:

Carbon;

Sticla;

Aramida;

Hibrid.

e)     Tipul de rasina folosita, poate fi:

Epoxidice;

Vinilesterice.

Studiile si cercetarile efectuate pe plan mondial au scos in evidenta pe langa avantajul utilizarii materialelor compozite in constructii o serie de aspecte care necesita o atentie deosebita cum ar fi:

Eseu: Instructiuni de montaj al usilor cu toc reversibil Eseu: Stingatorul cu praf si bioxid de carbon p1,p3,p5,p6,p10 stas 4918-78

Performantele de rezistenta la foc reduse;

Deteriorari mecanice cauzate de obiecte taietoare;

Degradarea superficiala datorita efectului radiatiilor ultraviolete;

Alungirea la rupere mai mica decat cea a otelului, ceea ce conduce la o rupere fragila;

Cost relativ ridicat dar in continua scadere in ultima decada de timp.

EXEMPLE DE MATERIALE

PE BAZA DE FIBRA DE CARBON

Va prezentam in continuare etapele  de consolidare a unui stalp prin placarea cu tesatura din fibre de carbon:

indepartarea tencuielii de pe intreaga suprafata a stalpilor ;

completarea armaturilor longitudinale si transversale ;

curatirea suprafetei de beton a stalpilor ;

aplicarea unui strat de amorsaj ;

rectificarea suprafetei de beton si asigurarea stratului de acoperire cu beton a armaturilor folosind mortar special pentru reparatii ;

pe suprafata rectificata si prelucrala cu colturile rotunjite se va aplica cu peria sau trafaletul rasina amestecata ;

peste aceasta rasina se pozitioneaza prin presare tesatura din fibra de carbon.