Incercari curente pentru determinarea rezistentelor - determinarea rezistentei la compresiune, determinarea rezistentei la intindere, factorii care influenteaza rezistentele betonului

Incercari curente pentru determinarea rezistentelor

Rezistentele betonului se determina prin incarcarea unor probe de diferite forme si dimensiuni pana la rupere.

In practica sunt folosite de obicei doua tipuri de determinari:

pt. controlul calit. bet., probele, sub forma de cuburi, sunt confectionate cu bet. din sarjele turnate la o anumita lucrare si sunt pastrate in cond. date de STAS 1275-89;

pentru determinarea rezistentelor reale, obtinute in structuri, probele de forma
cilindrica sunt extrase cu freze speciale (carotiere) chiar din elementul de rezistenta.

Deoarece rezistentele betonului sunt marimi variabile, este necesara respectarea unor criterii standard pentru determinarea acestora, pentru ca rezultatele obtinute individual sa poata fi comparate cu valorile date in standarde.

STAS 1275-89 reglementeaza modul de determinare a rezistentelor.

Rezistentele bet. sunt marimi conventionale, stabilite prin incercari de scurta durata. Rezistenta la compresiune reprezinta principalul criteriu de calitate al betonului.

Determinarile cele mai frecvent utilizate sunt prezentate in tabelul 2.1.

Tabelul 2.1

Incercari uzuale pentru beton

Determinarea rezistentei la compresiune

Rezistenta cubica R_b

La noi in tara, rezistenta la compresiune se determina pe cuburi cu latura de 100, 141, 200 sau 300 mm, pastrate in regimul de umiditate si temperatura prescris si incercate la 28 de zile de la confectionare. Incercarea cuburilor se face la compresiune monoaxiala, cu prese hidraulice care realizeaza o incarcare uniform distribuita pe suprafata epruvetei. Cuburile se incarca perpendicular pe directia de turnare a betonului.

Eforturile unitare de compresiune trebuie sa creasca constant, cu aproximativ 0,5 N/mm²/sec, astfel incat incercarea sa nu dureze mai putin de 30 secunde. Se considera ca un rezultat, folosit pentru aprecierea rezistentei, este media a trei incercari.

Valoarea rezistentei se determina cu relatia:

unde P_r este forta maxima,

A aria suprafatei perpendiculara pe directia de incarcare.

Rezistenta la compresiune pe cuburi cu latura de 141 mm este principalul criteriu de calitate al betonului. Ea este o valoare conventionala, folosita pentru definirea calitatii betonului prin clasa de beton.

Din cauza frecarilor intre suprafetele de contact ale platanelor presei si ale cubului, iau nastere eforturi unitare tangentiale, care impiedica deformatiile transversale ale epruvetei la aceste niveluri. Eforturile unitare normale si cele tangentiale conduc la starea de tensiune biaxiala din figura 2.15 a, caracterizata prin eforturile unitare principale (intindere) si (compresiune). Forma cubului rupt urmareste traseul eforturilor unitare principale de compresiune .

Daca se anuleaza frecarea intre platane si beton, deformatiile laterale vor fi mai accentuate pe toata inaltimea probei si ruperea se produce prin separarea in stalpisori (fig. 2.15b); se obtin rezistente mai mici decat in cazul precedent, valorile fiind comparabile cu rezistenta cilindrica, respectiv cu cea prismatica. Pentru determinarea clasei betonului, incercarea se realizeaza fara anularea frecarii.

Fig. 2.15 Rezistenta la compresiune pe cuburi

Rezistenta prismatica si rezistenta cilindrica R_pr , R_bc

Pentru determinarea rezistentei prismatice si cilindrice se folosesc prisme de 100/100/300 mm, respectiv cilindri avand inaltimea egala cu dublul diametrului (de exemplu, 300/150 mm). Epruvetele sunt supuse la compresiune axiala, rezistentele determinandu-se la fel ca in cazul cuburilor. Influenta frecarii epruvetelor cu platanele presei determina traseul fisurilor, inclinate spre capete si verticale in zona de mijloc (fig. 2.16a). Ruperea epruvetelor are loc la eforturi unitare mai mici decat in cazul cubului. Daca nu se realizeaza centrarea perfecta, ruperea se poate produce prin lunecare dupa un plan inclinat fata de axa barei la 45 60⁰.

Document online: Proiect - firma s.c. expert srl - obiectivele urmarite Document online: Studiu de caz - implicatiile mediului de piata internationala asupra activitatii societatii united romanian breweries bereprod (urbb)

Este de remarcat faptul ca forma prismatica este mai apropiata de forma reala a zonei comprimate de beton din elementele structurale liniare, decat forma cubica.

Fig. 2.16 Rezistenta prismatica si cilindrica

Rapoartele R_pr /R_b si R_bc /R_b depind de raportul dimensiunilor epruvetelor h/a; cu cat acest raport este mai mare, influenta frecarii dintre platanele presei si epruvete se resimte pe o portiune relativ mai mica si deformatiile laterale de alungire sunt libere pe o inaltime mai mare. La aceeasi zveltete h/a, raportul scade cu cresterea calitatii betonului.

Se observa din figura 2.16 b ca in cazul elementelor prismatice cu raportul h/a < 1, rezistenta bet. este mai mare decat cea determinata pe cuburi. Aceasta situatie corespunde elementelor plane de tip placa, pentru care h_p<<l_min (l_min - deschiderea minima a placii in plan). Pentru elem. la care raportul h/a este cuprins in limitele 34, rezistenta este mai mica decat cea determinata pe cuburi, tinzand catre o valoare constanta, R_pr. (cazul stalpilor).

Corelatia intre rezistenta prismatica sau cilindrica si rezistenta cubica (cuburi cu latura de 200 mm), bazata pe rezultatele experimentale, este aproximata de relatiile:

R_pr = (0,70,8)R_b200 (2.13)

R_bc = 0,83R_b200 (2.14)

La noi in tara, pentru echivalarea rezistentei obtinute pe cuburi cu o rezistenta de tipul celei prismatice (sau cilindrice), se utilizeaza relatia experimentala:

R_pr=(0,87 – 0,002R_b) R_b [N/mm²] (2.15)

Aceasta relatie sta la baza determinarii rezistentei unice la compresiune R_c in metoda de calcul la starile limita.

Rezistenta la compresiune din incovoiere R_i

Se determina pe grinzi din beton armat, astfel alcatuite, incat ruperea sa se produca in zona comprimata prin zdrobirea betonului, fara ca in armatura sa se atinga limita de curgere (fig. 2.17a). Aceasta comportare la rupere se obtine supraarmand zona intinsa a grinzii. Ruperea betonului are loc la o valoare a efortului unitar de compresiune R_i, mai mica decat in cazul cubului si mai mare decat in cazul prismei, deci forma zonei comprimate a grinzii este  prismatica:

R_pr<R_i<R_b (2.16)

R_i 0,9 R_{b 200}          (2.17)

R_i 1,25 R_pr            (2.18)

Deformatiile de compresiune, dezvoltate paralel cu axa grinzii, sunt insotite de deformatii transversale corespunzatoare de intindere, forma zonei comprimate intr-o sectiune transversala fiind cea din figura 2.17b. Deformatiile de intindere, mai mici intr-un plan orizontal mai apropiat de axa neutra, au tendinta de a impiedica deformatia transversala in planurile mai indepartate. Diagrama eforturilor unitare de compresiune din beton inainte de rupere are forma parabolica (fig. 2.17b) si este afina curbei (fig. 2.4).

Fig. 2.17 Rezistenta la compresiune din incovoiere

Determinarea rezistentei la intindere                  

Rezistenta la intindere centrica R_t

Pentru a realiza fixarea epruvetelor astfel incat sa poata fi incarcate axial, se folosesc de exemplu probe prismatice, avand lipite la capete placi de otel legate la un dispozitiv cu articulatie, care permite intinderea centrica (fig. 2.18a).

Solicitarea axiala necesita centrarea mecanica si fizica, deci coincidenta directiei de actiune a fortei cu axa geometrica a elem..si cu axa centrelor de greutate ale sect. transv., astfel ca eforturile unitare sa fie uniform distribuite in orice sect. transv. a elementului. Din cauza neomogenitatii bet. si a prezentei microfisurilor initiale, eforturile unitare normale de intindere nu sunt uniform distribuite pe sect. transv., chiar daca se realizeaza centrarea mecanica si fizica. Influenta excentricitatii fortei de intindere este mai defavorabila asupra valorii rezist..la intindere, deoarece aceasta este mai mica decat rez. la compresiune. Ruperea se produce prin despicarea in doua a epruvetei, perpendicular pe directia intinderii.

In functie de calitatea betonului rezistenta la intindere poate sa fie:

R_t (1/201/10)R_b                                 (2.19)

Rezistenta la intindere se poate determina si prin calcul cu formula lui Feret:

R_t = 0,5 R_b^2/3 (2.20)

Din cauza dificultatilor de determinare a rezistentei la intindere axiala, se folosesc cel mai des incercari la care solicitarea de intindere este consecinta unui alt mod de incarcare.

Rezistenta la intindere prin despicare R_td

Aceasta incercare (metoda braziliana) consta in comprimarea unui cilindru cu inaltimea si diametrul de 150 mm, dupa doua generatoare diametral opuse.

Teoretic, pe inaltimea sectiunii lui, perpendicular pe directia de incarcare, apar numai eforturi unitare principale de intindere (problema de elasticitate a lui Hertz). La o incercare practica, din cauza deformatiei locale a bet., incarcarea se realiz. dupa o suprafata de o oarecare latime; in consecinta, in zonele de contact apar eforturi unitare de compresiune. Ef. unit. de compres. se extind insa pe o inaltime relativ redusa, iar ef. unit. de intindere pot fi considerate uniform distribuite pe zona de mijloc a epruvetei (fig. 2.18b). Ruperea se produce din cauza deformatiile de alungire, perpendiculare pe directia de aplicare a incarcarii. Cilindrul se despica in doua, cand ef. unit. normale de int. ating val. rezist. la int.

Fig. 2.18 Rezistenta la intindere centrica si prin despicare

Rezistenta la intindere din despicare R_td se determina cu formula:

(2.21)

in care d si l sunt diametrul, respectiv lungimea cilindrului.

Incercarea braziliana are avantajul ca valorile rez. la int. nu depind de forma si dimensiunile epruvetelor. De aceea, pentru incercare se pot folosi si alte forme de epruvete si anume cuburi sau bucati de prisma, rezultate din incercarea la intindere din incovoiere (fig. 2.18c). Ulterior, cuburile despicate se rotesc cu 90⁰ si pot fi utilizate pentru determinarea rezistentei la compresiune (incercarea suedeza). Daca determinarea se face pe astfel de epruvete, rezistenta la intindere prin despicare se calculeaza cu relatia:

                           (2.22)

Relatia dintre R_t si R_td este:

R_t (0,850,9) R_td                                  (2.23)

Rezistenta la intindere din incovoiere R_t

Incercarea se face pe prisme simplu rezemate, avand dimensiunile de 100/100/550 mm, supuse la incovoiere prin aplicarea unei forte concentrate la mijlocul deschiderii. Folosind schema statica din figura 2.19a, pe o prisma se pot efectua doua incercari.

Ruperea se produce in sectiunea de moment incovoietor maxim, printr-o fisura care apare in zona intinsa, sub forta concentrata, despicand in doua epruveta. Rezistenta la intindere din incovoiere are valori mai mari decat la intindere centrica sau la intindere prin despicare. Cresterea rezistentei se datoreaza comportarii bet. din zona intinsa, in conditiile starii neuniforme de solicitare.

Diagrama de eforturi unitare normale pe inaltimea zonei comprimate, unde poate fi considerata liniara. In zona intinsa, distributia eforturilor de intindere se modifica fata de distributia liniara (fig. 2.19c), prin plasticizarea betonului. Astfel, cand in fibra cea mai intinsa de beton se atinge rezistenta la intindere, efortul se transmite fibrei de beton alaturate, mai putin solicitata. Aceasta retransmitere se poate produce teoretic pana la nivelul axei neutre - ipoteza corpului ideal plastic, cu diagrama dreptunghiulara pentru eforturile unitare normale de intindere (figura 2.19e). Cand toata zona intinsa este plasticizata, se produce fisurarea betonului intins si ruperea probei.

In realitate, comportarea nu este ideal elastica sau ideal plastica. Zona intinsa se plasticizeaza partial, deci diagrama eforturilor unitare de intindere are o forma curbilinie (figura 2.19d). Gradul de plastificare al zonei intinse depinde de calitatea betonului, dimensiunile si forma sectiunii transversale, schema statica folosita la incercare etc.

Rezist. la int. din incovoiere scade odata cu cresterea inaltimii sect. transv.

Rezistenta la intindere din incovoiere se determina conform normelor romanesti pe prisme avand h= 100 mm, admitand plasticizarea integrala:

(2.24)

Fig. 2.19 Rezistenta la intindere din incovoiere

3 Factorii care influenteaza rezistentele betonului

Deoarece cel mai important criteriu pentru calitatea betonului este rezistenta la compresiune, analiza se refera in special la aceasta rezistenta.

Cei mai semnificativi factori sunt: compozitia, mijloacele de turnare a betonului, modul de compactare, pozitia elementelor fata de directia de turnare, dimensiunile elementelor, varsta betonului, modul de actiune a incarcarilor, caracteristicile mediului de functionare. Trebuie mentionat ca rezistenta la compresiune este cu atat mai mare, cu cat compactitatea betonului este mai buna, deci, toate mijloacele care au ca efect marirea compactitatii asigura si rezistente cu valori ridicate.

Influenta componentilor betonului

Influenta cimentului se manifesta prin calitate, cantitate si natura mineralogica:

calitatea cimentului: rezist. bet. cresc proportional cu rezist. (clasa)
cim. pana la 28 de zile, cand rezist. devin aprox. egale (fig. 2.22); in general, cimenturile cu viteza de intarire mai mica dau bet. cu rezistente finale mai mari;

dozajul de ciment: intre dozajul minim de cim. si cel maxim, rezist. bet.
la compresiune creste aproape liniar (fig. 2.20); peste 350400 kg/m³, influenta este nesemnificativa si obtinerea unor rezist. mai mari se face cu alte metode decat cresterea dozajului; rezist. la intindere este influentata defavorabil in cazul dozajelor mari de ciment, deoarece cresc tensiunile initiale din contractie;

natura mineralogica: cu cat raportul dintre volumele componentelor cristaline si gelice este mai mare, rezistentele betonului sunt mai mari;

cresterea finetei de macinare mareste rezist. bet. (la intindere), deoarece se produce hidratarea unei cantitati mai mari de cim. din unit. de volum.

Raportul A/C este in relatie directa cu mijloacele de compactare utilizate si defineste consistenta lui; se alege raportul minim care permite obtinerea unei lucrabilitati corespunzatoare, deoarece o cantitate prea mare de apa de amestecare duce la scaderea compactitatii.

Se poate observa din figura 2.21 ca rezistentele maxime se obtin pentru betoanele de consistenta vartoasa, la un raport A/C cu atat mai mic, cu cat compactarea betonului este mai buna. Scaderea raportului A/C, compensata prin folosirea adausurilor si alegerea unei curbe granulometrice adecvate, favorizeaza obtinerea unor rezistente ridicate.

Agregatele trebuie sa respecte conditii privind granulozitatea, forma, marimea si rezistenta.

Curba granulometrica a agregatelor asigura compactitatea maxima prin incadrarea in zona de granulozitate prescrisa, corespunzatoare dozajului de ciment si lucrabilitatii necesare. Cantitatea minima de apa de amestecare se obtine, pentru acelasi dozaj de ciment, folosind agregate cu continut mai mare de fractiune grosiera, deoarece astfel scade suprafata specifica a acestora. Dimensiunea maxima a particulelor f_max, este limitata in functie de dimensiunea minima a elementului d_min:

f_max < (1/31/4) d_min

Forma granulelor trebuie sa fie cat mai apropiata de cea sferica, (aceasta
forma asigura o compactitate maxima si o suprafata specifica minima). Daca agregatele au
forma alungita sau plata, scade lucrabilitatea bet. proaspat, deci creste necesarul de apa.

Rezistenta agregatelor influenteaza defavorabil rezist. bet., numai daca este mai mica decat de 1,5 ori rezist. pietrei de ciment; agregatele naturale grele au de regula rezistenta mai mare decat aceasta limita.

Natura suprafetei agregatelor influenteaza calit. bet. prin aderenta pe care o realizeaza cu piatra de ciment. Utilizarea agregatelor concasate, avand o supraf. rugoasa, conduce la obtinerea unor bet. cu rezistente mai mari cu circa 10 15%, comparativ cu betoanele confectionate cu agregate de rau, cu conditia sa fie apropiate de forma sferica.

Aditivii clasici sunt substante sau produse chimice introduse in proportie mica in beton, in general in momentul prepararii, pentru a modifica in sensul dorit proprietatile acestuia. Dozajul de aditivi este reglementat in functie de tipul lor.

Dupa efectul pe care il produc, aditivii clasici produsi in Romania sunt:

- acceleratori de priza si intarire; clorura de calciu tip C se utilizeaza pentru betonari pe timp friguros, sau daca este nevoie de o decofrare timpurie; deoarece are o actiune coroziva, nu se admite folosirea ei in cazul betonului precomprimat;

intarzietori de priza si intarire; REPLAST produce o intarziere a timpului de priza de maxim 18 ore, fiind utilizat la betonari pe timp calduros sau daca betonul trebuie transportat la distante mari; acest aditiv permite reducerea cantitatii de ciment cu 10%;

reducatori de apa si antrenori de aer; folosirea aditivului DISAN A conduce la
imbunatatirea lucrabilitatii, reducerea tendintei de segregare, cresterea gradului de
impermeabilitate a betonului, sporirea rezistentei la inghet-dezghet repetat; cantitatea de
apa se poate reduce cu circa 10%;

antigel: ANTIGERO coboara temperatura de inghet a apei pana la –10⁰C, fiind
folosit pentru betonari pe timp friguros; reducerea cantitatii de apa poate fi de cca 5%.

Aditivii superplastifianti (FLUBET, VIMC 11, VIMC 22) sunt produse chimice care adaugate in proportie de 0,1 1% substanta uscata din cantitatea de ciment, permit fie cresterea lucrabilitatii betonului cu mentinerea raportului A/C, fie scaderea cantitatii de apa de amestecare necesara pentru obtinerea unei anumite lucrabilitati. In general, superplastifiantii acopera si celelalte efecte ale aditivilor clasici.

Utilizarea aditivilor cere insa atentie deosebita, deoarece o eventuala supradozare poate produce efecte negative.

Influenta modului de punere in opera

Tehnologiile de punere in opera se refera la toate aspectele care pot asigura calitatea bet.: pastrarea si dozarea componentilor, prepararea si transportul bet., calitatea si starea cofrajelor, turnarea bet. proaspat, mijloacele de compactare a bet., eventualele tratamente speciale, ingrijirile din perioada prizei cimentului, protejarea bet. proaspat etc. Factorul cel mai important este modul de compactare a bet.. Procedeele de compactare mecanica utilizate cel mai frecvent sunt vibrarea, vacuumarea, vibrovacuumarea, vibropresarea, centrifugarea si torcretarea betonului.

Influenta formei si dimensiunilor epruvetelor

Pentru aceeasi calitate de bet., rezultatele incercarilor sunt diferite in functie de forma epruvetelor utilizate, dupa cum s-a vazut in paragraful precedent.

Pentru aceeasi forma a epruvetelor, rezistentele la compresiune sunt cu atat mai mari cu cat dimensiunile sunt mai mici, deoarece influenta frecarii intre platanele presei si epruveta creste cu cat inaltimea probei este mai mica. De exemplu, in cazul cuburilor de 100, 200 si 300 mm se admit factorii de transformare:

0,9 R_{b 100} = R_{b 200} = 1,1 R_{b 300} (2.25)

Influenta varstei betonului

Rezist. bet. creste la inceput cu viteza mare, la 28 de zile atingandu-se pentru bet. obisnuit aprox. 90% din rezistenta finala (fig. 2.22). Procesul de hidratare si intarire a pietrei de ciment continua, dar devine din ce in ce mai lent. In cazul bet. pastrate in mediu umed, rezist. cresc mai lent, dar valorile lor finale sunt mai mari decat ale bet. din mediu uscat.

In practica este nevoie de multe ori sa se aprecieze rezistenta betonului la o alta varsta decat de 28 de zile. Se pot folosi legi exponentiale, de exemplu:

R_b,t = R_{b 28} (1-e^{-b t} (2.26)

sau, legea logaritmica a lui Skramtaev:

R_b,t = R_{b 28} log t        (2.27)

in care:

R_b,t este rezistenta la compresiune a betonului la varsta de t zile;

R_b28 - rezistenta medie la compresiune a betonului la varsta de 28 de zile;

t - varsta betonului in zile.

Relatia (2.27) se poate aplica numai daca varsta betonului nu este prea mare deoarece, pentru t , ar rezulta R_b,t

Influenta temperaturii mediului

Valoarea rezist. este infl. de temp. mediului la turnarea bet. si in perioada intaririi lui.

Temp. ideala de turnare pentru bet. obisnuite este cuprinsa intre 1016⁰C. Daca in primele trei zile de la confectionare apar temp. negative, procesul de hidratare este afectat prin formarea cristalelor de gheata. Pierderea de rezistenta poate fi totala, daca inghetul se produce imediat dupa terminarea prizei cimentului, cand betonul are rezistenta minima. Daca inghetul se produce in perioada de priza, dupa dezghet hidratarea cimentului continua, dar rezistentele finale vor fi mult reduse; chiar daca inghetul se produce in a treia zi dupa turnare, pierderile de rezistenta pot fi de ordinul a 1040%. Daca dupa dezghet se revibreaza betonul, se poate obtine o rezistenta satisfacatoare.

In cazul in care betonarea se face in conditii de inghet, trebuie luate masuri de protectie care sa asigure in primele 3 zile mentinerea unei temperaturi de cel putin +5⁰C; chiar si in acest caz  trebuie sa se tina seama de intarzierea obtinerii rezistentei prescrise.

Daca temp. de betonare este prea ridicata, evap. apei se produce cu viteza marita si poate sa apara intarirea prematura sau priza partiala, ducand la scaderea rezist. In aceasta situatie, temp. mediului conduce la un efect cumulat cu caldura de hidratare.

In conditii de exploatare, bet. intarit poate sa fie expus unor temperaturi excesive.

Influenta umiditatii relative

In primele zile de la turnare este foarte important sa nu se produca pierderi mari de apa prin evaporare, deoarece acestea pot afecta rezistentele betonului si provoaca deformatii puternice de contractie. Din acest motiv, betonul proaspat trebuie stropit cu apa sau protejat, de exemplu prin acoperire cu folii.

In situatia in care se folosesc tratamente termice pentru accelerarea prizei si intaririi betonului, acestea se fac in conditii de umiditate apropiata de 100%.

In figura 2.23 este prezentata influenta umiditatii mediului asupra rezistentei betonului.

Influenta mediului biologic

Mediul poate actiona asupra betonului si prin factori biologici. De exemplu, in cazul constructiilor din beton agrozootehnice, a rezervoarelor pentru produse biologice, a bazinelor de epurare a apei, in canalele de colectare a apelor uzate, se pot dezvolta microorganisme, care provoaca atacul chimic acid  sau de alta natura a betonului .