Beton Armat Cu Fibre Disperse

FACULTATEA DE CONSTRUCŢIIDEPARTAMENTUL DE CONSTRUCŢII ŞI INSTALAŢII PENTRU CONSTRUCŢII

Ing. Radu MUNTEAN

TEZŠ DE DOCTORATREZUMAT

ELEMENTE EFICIENTE DIN BETON ARMAT DISPERSCU FIBRE SINTETICE DIN POLIPROPILENŠ

EFFICIENT ELEMENTS MADE OF DISPERSELY REINFORCED CONCRETE WITH POLYPROPYLENE SYNTHETIC FIBERS

Conducător ştiinţific:Prof. univ. dr. ing. Atanasie TALPOŞI

Braşov

România

2012

1

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETARII TINERETULUI SI SPORTULUIUNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525RECTORAT

_______________________________________________________________________________________________

Către,

……………………………………………………………………………………………………........

Vă invităm să participaţi la susţinerea publică a tezei de doctorat intitulată: Elemente eficiente din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă, elaborată de ing. Radu MUNTEAN în vederea obţinerii titlului ştiinţific de DOCTOR, în domeniul fundamental ŞTIINŢE INGINEREŞTI, domeniul INGINERIE CIVILĂ.Susţinerea publică se va desfăşura în ziua de 21.09.2012, ora 11.00, în Aula Universităţii, sala U I1.

COMPONENŢACOMISIEI DE DOCTORAT

Numită prin ordinul rectorului Universităţii Transilvania din BraşovNr. 5357 din 31.07.2012

PREŞEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Ioan TUNSDECAN - Facultatea de ConstrucţiiUniversitatea Transilvania din Braşov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC:

Prof. univ. dr. ing. Atanasie TALPOŞIUniversitatea Transilvania din Braşov

REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. Dan PRECUPANUniversitatea Tehnică “Gheorghe Asachi“ din IaşiProf. univ. dr. ing. Nicolae FLOREAUniversitatea Tehnică “Gheorghe Asachi“ din IaşiProf. univ. dr. ing. Ioan CURTUUniversitatea Transilvania din Braşov

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi pe adresa Universităţii “Transilvania” din Braşov.

RECTOR,Prof. univ. dr. ing. Ioan Vasile ABRUDAN

Teza de doctorat Elemente eficiente din beton armat dispers cu fibre sintetice din polipropilenă

Prefaţă2

PREFAŢŠ

Ideea armării betonului cu fibre dispersate în masa lui datează de mai multe decenii.

Eficienţa ei a fost demonstrată pe deplin, dovadă fiind multiplele construcţii sau parţi de construcţii

realizate în lume utilizând acest tip de beton. Noutatea ideii consta în faptul ca permanent s-au

inventat noi şi noi tipuri de fibre.

În cadrul tezei, atenţia a fost dirijată spre realizarea şi încercarea mai multor tipuri de

elemente executate din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă care au fost supuse la

diferite solicitări pentru a obţine informaţii şi a trage concluzii asupra eficienţei tehnico-economice

a acestora. În acest scop au fost efectuate determinări în laborator pe beton armat dispers cu fibre

în stare proaspătă şi întărită precum încercări pe 12 tipuri de elemente supuse la diferite solicitări

(încovoiere, compresiune, torsiune, forfecare, ş.a). Eficienţa economică a fost prezentată prin

comparaţie cu alte soluţii constructive utilizate frecvent în procesul de edificare şi exploatare a

construcţiilor

Obiectivele propuse în lucrare sunt enunţate în capitolul 1, dezvoltate pe larg în celelalte 5

capitole şi concluzionate în capitolul 7. Pe scurt, lucrarea îşi aduce propria contribuţie, modestă, la

dezvoltarea cunoştinţelor în domeniul armării disperse utilizând un tip de fibre din polipropilenă

pentru care informaţiile privind utilizarea lor în acest scop sunt puţine sau lipsesc. Rezultatele

experimentale au demonstrat că folosirea unor astfel de fibre la armarea betonului utilizat la

realizarea diferitelor elemente de construcţii este eficientă.

Îndelungata perioadă în care m-am ocupat de aceasta lucrare, perioada pe care aş împarți-

o în două etape, una dedicată culegerii de informaţii despre betoanele armate dispers şi alta

realizării de experimentări practice, mi-a oferit prilejul să înţeleg mult mai bine o serie de

fenomene ce guvernează astfel de materiale care de multe ori pot fi tratate ca materiale

compozite.

Sper ca rezultatele prezentate în lucrare să poate sluji în orice moment drept ghid pentru

viitorii proiectanți sau executanți de structuri din beton armat şi beton armat dispers cu fibre.

Braşov,Septembrie 2012 ing. Radu MUNTEAN


Cuprins3

CUPRINS

rezumat/tezăIntroducereCuprinsNotaţii principaleDefiniţii principale

CAPITOLUL 1. Definirea şi evoluţia conceptului de beton armat dispers

1.1. Definirea betonului armat dispers cu fibre1.2. Evoluţia în timp a conceptului de beton armat dispers cu fibre1.3. Obiectivele tezei

CAPITOLUL 2. Stadiul cunoaşterii şi utilizšrii betonului armat dispers cu fibre

2.1. Consideraţii generale2.2. Norme, reglementări2.3. Domenii de utilizare ale betonului armat dispers cu fibre2.4. Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre metalice2.5. Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre de sticlă2.6. Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre de azbest2.7. Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă realizate pe

plan internaţional2.7.1. Drumuri, autostrăzi2.7.2. Clădiri civile2.7.3. Construcții agricole2.7.4. Construcţii industriale2.7.5. Spaţii comerciale2.7.6. Elemente şi construcţii prefabricate2.7.7. Spaţii de depozitare2.7.8. Construcţii social-culturale şi sportive2.7.9. Parcări subterane2.7.10. Staţii pentru distribuirea combustibililor auto2.7.11. Staţii de epurare şi alte construcţii edilitare2.7.12. Alte tipuri de construcţii

2.8. Elemente şi construcţii din beton armat cu fibre din polipropilenă din ţară

CAPITOLUL 3. Locul betonului armat dispers în ansamblul diferitelor tipuri de betoane

3.1. Istoric, clasificare3.2. Betonul obişnuit3.3. Betoane speciale 3.4. Betonul armat

3.4.1. Betonul cu armătură flexibilă3.4.2. Betonul cu armătură rigidă

2/23/36/78/9

9/10

9/1010/1211/17

12/18

12/1812/1912/2114/2815/3316/36

16/3816/3817/4117/4418/4518/4518/4619/4919/4920/5120/5120/5221/5421/56

22/59

22/5922/6423/6423/6823/6923/69


Cuprins4

3.4.3. Betonul cu armătură dispersă

CAPITOLUL 4. Betonul armat dispers cu diferite fibre. Particularitšţi de alcštuire, comportare, proprietšţi

4.1. Consideraţii generale privind fibrele4.2. Tipuri de fibre utilizate pentru armarea dispersă

4.2.1. Fibre de azbest4.2.2. Fibre de sticlă4.2.3. Fibre de oţel4.2.4. Fibre de carbon4.2.5. Fibre de aramid4.2.6. Fibre de polietilenă4.2.7. Fibre acrilice4.2.8. Fibre din poliester4.2.9. Fibre naturale4.2.10. Fibre de polipropilenă

4.3. Particularităţi ale betoanelor armate cu fibre din polipropilenă4.3.1. Lungimea minima a fibrelor4.3.2. Aderenţa suprafeţei fibrei la matrice4.3.3. Distribuţia şi orientarea fibrelor4.3.4. Intervalul dintre fibre4.3.5. Raportul sau aspectul geometric al fibrelor4.3.6. Conţinutul de fibre4.3.7. Textura, forma şi natura suprafeţei fibrei4.3.8. Agregatele4.3.9. Cimentul

4.4. Prepararea şi punerea în operă a betoanelor armate cu fibre din polipropilenă4.5. Proprietăţi ale betoanelor armate cu fibre din polipropilenă

4.5.1. Reologia betonului armat cu fibre din polipropilenă4.5.2. Caracteristica de "curgere" sau consistenţă a betonului armat cu fibre4.5.3. Gradul de compactare a betonului armat cu fibre.4.5.4. Porozitatea şi permeabilitatea betonului armat dispers cu fibre din

polipropilenă4.5.5. Proprietăţi termice ale betonului armat cu fibre4.5.6. Proprietăţi de deformare a betoanelor armate cu fibre din polipropilenă4.5.7. Rezistenţele mecanice ale betoanelor armate cu fibre din polipropilenă4.6. Avantajele utilizării fibrelor din polipropilenă

CAPITOLUL 5. Betonul armat dispers tratat ca material compozit

5.1. Elemente introductive despre materialele compozite5.2. Definiţii5.3. Fazele constituente ale materialului compozit5.4. Matricea

5.4.1. Funcţiunile matricei5.5. Armătura

23/70

24/71

24/7124/7324/7424/7525/7825/8126/8326/8426/8526/8527/8627/8728/9128/9228/9429/96

30/10231/10431/10631/10731/10831/10931/11232/11532/11532/11632/117

32/11733/11933/12033/12134/124

35/128

35/12835/12935/13035/13035/13036/131


Cuprins5

5.5.1. Funcţiunile armăturii5.6. Clasificarea materialelor compozite5.7. Interfaţa fibră-matrice5.8. Caracteristici ale materialelor compozite5.9. Proprietăţi fizice ale materialelor compozite5.10. Avantajele materialelor compozite5.11. Domenii de utilizare5.12. Tendinţe de cercetare si dezvoltare5.13. Mecanismul de microfisurare şi cedare progresivă a betonului

5.13.1. Generalităţi privind modelarea matematică comportării compozitelor5.13.2. Modelarea fizică a fenomenului de fisurare5.13.3. Micro-mecanica compozitelor5.13.4. Teorii de fisurare5.13.5. Particularităţi structurale ale betonului5.13.6. Procesul de apariţie şi dezvoltare a microfisurilor în beton5.13.7. Condiţia de formare şi propagare a fisurilor

5.14. Efectul fisurării asupra durabilităţii betonului5.14.1. Fisuri datorate încărcărilor exterioare5.14.2. Fisuri datorate contracţiei plastice a betonului proaspăt5.14.3. Fisuri datorate tasării plastice a betonului proaspăt5.14.4. Fisuri rezultate din variaţii termice timpurii5.14.5. Fisuri din coroziunea armăturii5.14.6. Concluzii

CAPITOLUL 6. Studii experimentale asupra betoanelor armate dispers cu fibre din polipropilenš

6.1. Prezentare generală6.2. Stabilirea compoziţiei betonului6.3. Fibrele din polipropilenă tip Fibrofor® Multi6.4. Încercări de laborator pe betonul proaspăt

6.4.1. Lucrabilitatea6.4.2. Curba granulometrică a agregatelor6.4.3. Omogenizarea, turnarea

6.5. Încercări de laborator pe betonul întărit6.5.1. Determinarea clasei betonului6.5.2. Permeabilitatea betonului6.5.3. Aderenţa între beton şi armătura de oţel6.5.4. Contracţiile iniţiale ale betonului

6.6. Elemente experimentale din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă6.6.1. Tencuieli exterioare decorative

6.6.2. Pavele pentru pavaj realizate prin turnare şi vibrare6.6.3. Pavele pentru pavaj realizate prin vibro-presare6.6.4. Panouri de zidărie cu mortar de zidărie armat cu fibre de polipropilenă şi cu

tencuială din microbeton armat cu fibre6.6.4.1. Estimarea prin calcul a capacităţii portante a panourilor de zidărie

36/13236/13237/13537/13537/13637/13738/13838/13838/13938/13939/14139/14739/15240/15340/15441/15942/16043/16343/16343/16343/16443/16443/165

44/166

44/16645/16746/17047/17147/17148/17248/17249/17449/17450/17550/17650/17650/17751/178

53/18053/183

56/18658/189


Cuprins6

6.6.5. Carote din beton consolidate cu un strat de microbeton armat cu fibre din polipropilenă

6.6.6. Cofraje pierdute pentru grinzi 6.6.6.1. Estimarea prin calcul a capacităţii portante a buiandrugului6.6.6.2. Eficienţa economică a buiandrugilor prefabricaţi din beton armat

dispers cu fibre6.6.7. Grinzi lungi6.6.8. Grinzi scurte6.6.9. Plăci solicitate la străpungere6.6.10. Elemente tubulare solicitate la torsiune6.6.11. Cofraje pierdute pentru stâlpi6.6.12. Panouri şi stâlpi prefabricați pentru garduri

CAPITOLUL 7. Concluzii, contribuţii personale, valorificšri

Bibliografie

60/19461/19663/200

64/20265/20467/20768/20970/21271/21474/219

78/224

82/229

NOTAŢII PRINCIPALE

a distanţăAbi aria de beton întinsăAc aria secţiunii transversale de betonAf aria secţiunii transversale a unei fibreb lăţimea secţiunii transversalec stratul de acoperire cu betonCv coeficient de variaţie a omogenităţiidf diametrul unei fibredg dimensiunea nominală a agregatuluie excentricitateaEc modulul de elasticitate al betonuluifbd efort unitar ultim de aderenţăfcd valoarea de calcul a rezistenţei la compresiune a betonuluifck valoarea caracteristică a rezistenţei la compresiune a betonului, măsurată pe cilindri la

28 de zilefcm valoarea medie a rezistenţei la compresiune a betonului, măsurată pe cilindrifctk rezistenţa caracteristică la întindere directă a betonuluifctm valoarea medie a rezistenţei la întindere directă a betonuluifk rezistenţa unitară caracteristică la compresiune a zidărieifm rezistenţa unitară medie la compresiune a mortaruluifvd0 rezistenţa unitară de proiectare la forfecare sub efort de compresiune nul a zidărieifvk rezistenţa unitară caracteristică la forfecare a zidărieifvk0 rezistenţa unitară caracteristică la forfecare sub efort de compresiune nul a zidărieiFEd(zu) forţa axială din diagonala comprimată a panoului de umplutură corespunzătoare acţiunii

seismice de proiectareFRd(zu) rezistenţa de proiectarea a panoului de umpluturăFRd1(zu) rezistenţa de rupere prin lunecare din forţă tăietoare în rosturile orizontale a panoului de

zidărie de umpluturăFRd2(zu) rezistenţa de rupere la strivire a diagonalei comprimate a panoului de zidărie de

umplutură


Cuprins7

FRd3(zu) rezistenţa de rupere prin fisurare în lungul diagonalei comprimate a panoului de umplutură

FRdc capacitatea portantă a stratului de tencuială (a matricii de micro-beton)FRdf capacitatea portantă asigurată de prezenţa armăturii disperse (a fibrelor de

polipropilenă)FRdf1 capacitatea portantă la smulgere a fibrelorFRdf2 capacitatea portantă la întindere a fibrelorgp încărcare din greutate proprieh înălţimea totale a secţiunii transversalehp înălţimea panourilor de zidăriek coeficient, factorlf lungimea unei fibrelp lăţimea panourilor de zidăriemf masa fibrelorMEd moment dat de sarcina exterioarăMRd moment capabil nf numărul de fibre participante la preluarea efortului, pe unitatea de suprafaţăN numărul total de fibre ce străbate unitatea de suprafaţăP1 probabilitateP2 probabilitateRf rezistenţa la întindere a fibrelortc grosimea medie totală a stratului de tencuialătp grosimea panourilor de zidărievf procent volumetric de armareVb volumul de betonVEd valoarea de calcul a forţei tăietoare Vf volumul de fibrex înălţimea axei neutrez braţul de pârghie al eforturilor interne factor de orientare a fibrelor coeficient pentru calculul forţei de rupere prin lunecare în rost pentru panourile de

zidărie de umpluturăc coeficient parţial pentru beton increment / coeficient de redistribuirec deformaţie specifică la compresiune a betonuluicu deformaţie specifică ultimă la compresiune a betonului unghiul de înclinare faţă de orizontală al panoului de zidărie coeficient de zvelteţef coeficient volumic de armare coeficientul lui Poisson masa volumică a betonului uscat în etuvă, în kg/m3

f densitatea fibrelorc efort unitar de compresiune în betond efortul unitar normal de compresiune determinat considerând încărcarea verticală

uniform distribuită pe toată lungimea peretelui efort unitar tangenţialm efort unitar de aderenţă diametrul unei bare de armătură coeficient


Cuprins8

DEFINIŢII PRINCIPALE

compozit reprezintă un sistem obţinut pe cale artificială, unind două sau mai multe materiale, diferite din punct de vedere chimic, legate între ele prin intermediul unei matrici, cu scopul de a se obţine anumite proprietăţi care nu pot fi obţinute luând materialele separat

extrudare procedeu de prelucrare a materialelor (metale, mase plastice) prin deformare plastică, constând în trecerea forțată a materialului, supus unei forțe de compresiune, printr-o matriță de formă adecvată; în cazul construcţiilor de tuneluri, betonul folosit la realizarea pereţilor este pompat sub presiune între cofrajul tubular şi peretele de pământ în flux continuu

fibre termen generic pentru materialele de tip filament

matrice faza continuă a unui material compozit, în care sunt înglobate fibrele

polipropilenă material plastic cu structură macromoleculară, obținut prin polimerizarea catalitică a propilenei; este ușor și rezistent la temperaturi înalte și la coroziune şi este folosit la fabricarea diferitelor obiecte (recipiente, conducte, etc)

procent volumetric de armare

raportul între volumul fibrelor şi volumul matricei (betonului), în procente

procent masic de armare

raportul între masa fibrelor şi masa matricei (betonului), în procente

test „pull-out” test folosit în determinarea rezistenţei la smulgere pentru fibre înglobate în matrice

torcretare aplicarea, sub presiune, a unui mortar de ciment sau a unui beton fin, în vedere executării plăcilor subțiri de beton armat sau a unor tencuieli de calitate superioară

torcretare uscată

procedeu ce constă în realizarea amestecului de lianţi, agregate şi fibre în stare uscată; amestecul se pune în tunul special şi cu ajutorul aerului comprimat este trimis printr-o duză cu viteză foarte mare; apa se introduce sub presiune printr-un robinet special, la duză; amestecul astfel obţinut este împroşcat din duză pe suprafaţa ce urmează a fi torcretată, forţa impactului compactând amestecul

torcretare umedă

diferă de procedeul anterior prin aceea că toate componentele, inclusiv apa, sunt amestecate înainte de introducerea lor în echipamentul de lucru

volum reprezentativ

parte a volumului unui element, suficient de mic pentru a fi perceput, dar suficient de important pentru a reprezenta comportarea elementului


Definirea şi evoluţia conceptului de beton armat dispers9

CAPITOLUL 1DEFINIREA ŞI EVOLUŢIA CONCEPTULUI DE BETON ARMAT DISPERS

De ce beton armat dispers cu fibre? Pentru că evoluţia rapidă, dinamică şi diversificată a societăţii a făcut ca şi sectorul de construcții să urmeze această tendință răspunzând în acest fel unor cerințe de siguranță şi confort care să asigure buna desfășurare a diferitelor activităţi umane.

Să ne imaginam în acest sens doar dezvoltarea construcțiilor atât pe verticală (clădiri de birouri sau hoteluri cu înălţimi de sute de metri) dar şi pe orizontală (supermarketuri cu suprafețe de ordinul miilor de metri pătrați). Foarte multe construcții necesită tehnici şi tehnologii precisecare să poată valorifica o serie de materiale noi. In acest context utilizarea betonului simplu, respectiv a celui armat sau precomprimat este oarecum restricționată de fenomene specifice ca: fisurarea, rezistenţa la foc, contracția, rezistenţa la șocuri, rezistenţa la uzură, durabilitatea, s.a.

Din această cauză s-au făcut studii şi cercetări diverse şi aprofundate din care a rezultat că o îmbunătăţire a performantelor betoanelor se poate obține prin adăugarea în masa lor a unor armături dispersate sub formă de fibre din diferite materiale.

1.1. Definirea betonului armat dispers cu fibreÎn primul său raport din 1973, asupra acestui material, Institutul American de Betoane (ACI

- Committee 544) [1] a definit betonul armat cu fibre ca fiind "betonul făcut din cimenturi hidraulice care conţin agregate fine sau mari şi fibre discontinue" - această definiţie fiind menţinută în 1978 [2], 1982 [3], [4] 1984 [5], 1986 [6], 1988 [7] şi 1993 [8]. În 1977 RILEM (Committee 19 FRC) [99], omologii din Europa a Institutului American de Betoane, au definit betonul fibrat ca fiind "făcut din cimenturi hidraulice cu sau fără agregate de diferite mărimi, care încorporează, în principal, armături din fibre discrete".

În România, printr-o reglementare tehnica din 21/04/2003 publicată in Monitorul Oficial, Partea I nr. 576bis din 12/08/2003 şi denumită "Ghid pentru stabilirea criteriilor de performanţă şi a compozițiilor pentru betoanele armate dispers cu fibre metalice", indicativ GP-075-02, betonul armat dispers cu fibre metalice – BFM este definit ca „material obţinut prin amestecul cimentului, agregatelor, fibrelor metalice, aditivilor, adaosurilor minerale şi apei la preparare, în proporţiile prestabilite, ale cărui proprietăţi se dezvoltă prin hidratarea şi întărirea cimentului şi interacţiunea dintre fibrele metalice şi matrice”.

Ca urmare, noţiunea de beton „armat dispers cu fibre” de diferite tipuri poate fi considerată ca acceptată în literatura de specialitate din ţară.

Betoanele armate dispers rezultă prin înglobarea în masa betonului a unei cantităţi variabile de fibre discontinue. Aceste fibre pot fi de diferite tipuri şi dimensiuni şi prezintă diferite proprietăţi evidenţiate în tabelul 1.1.

Majoritatea aplicaţiilor din beton armat dispers cu fibre sunt bazate pe principiul îmbunătăţirii proprietăţilor şi caracteristicilor mecanice (de rezistenţă) ale materialului. Totuşi, rolul armării cu fibre a betoanelor simple sau armate clasic nu trebuie redus numai la acest principiu al îmbunătăţirii rezistenţelor ci mai ales la controlul procesului de fisurare şi prin aceasta a îmbunătăţirii rezistenţelor, a proprietăţilor de absorbţie a energiei şi a rezistenţei la impact, şoc, variaţii de temperatură, gradient de temperatură, rezistenţă la foc.



Tabelul 1.1. Caracteristici principale ale diferitelor tipuri de fibre [68], [104]

Felul fibrei Diametru[m]

Densitatea

[kg/m3]

Rezistenţa la întindere

[N/mm2]

Modulul deelasticitate

[N/mm2 ×103]

Alungire la rupere

[%]

Rf/a

[Nmm/kg×10-9]

Azbest 0,02-20 3200 500-3000 80-150 0,50-2,0 0,15-0,95Vată minerală 10 2700 500-800 70-120 0,6 0,18-0,30Carbon (grafit) 8-9 1900 1800-2600 200-380 0,5-1,0 0,95-1,37Oţel 5-800 7850 1000-3000 210 3-4 0,13-0,39Sticlă 9-15 2500 1000-4000 70-80 1,5-3,5 0,46-1,60Bumbac - 1500 400-700 5,0 3-10 0,27-0,47Sisal 10-50 1500 800 - 3 0,53Polietilenă 20-200 950 700 0,14-0,42 10 0,77Polipropilenš 20-200 900 300-800 3,5-5,0 20-25 0,33-0,90Poliesteri 20-200 950 700-900 8,4 11-13 0,74-0,95Kevlar PRD49

PRD291012

14501440

29002900

13369

2,64,0

2,002,01

Nailon (tip242) >4 1140 900 4 -15 0,78

1.2. Evoluţia în timp a conceptului de beton armat dispers cu fibreCele mai vechi exemple de utilizare a firelor şi fibrelor la realizarea unor materiale de

construcţii sunt citate de R.P. Pama [88] şi se referă la folosirea în antichitate a părului şi a fibrelor vegetale la realizarea cărămizilor şi a altor materiale de construcţii.

Pionieratul folosirii armării disperse a matricelor pe bază de ciment este atribuit luiRomualdi, Batson, Krenchel şi Biryukovich.

Din cele cunoscute până în prezent rezultă că primul patent care se referă la elemente din beton armat dispers cu fibre de oţel datează din 1874 şi a fost brevetat în California (SUA) de A. Berard, care a încercat să mărească rezistenţa betonul prin adăugarea unor resturi de oţel inegale.

În 1927 în California, G. C. Martin brevetează realizarea de conducte din beton armat cu fibre de oţel (fig. 1.2).

Meischke-Smith în 1920 şi Etheridge în 1933 au pus în evidenţă relaţionarea între forma fibrei şi mărirea aderenţei. Primul a folosit sârme plate şi sârme răsucite cu feţe plane, în timp ce al doilea a întrebuinţat fibre inelare de diferite mărimi şi diametre pentru a îmbunătăţi rezistenţa la fisurare şi rupere a betonului. Există câteva brevete în acest domeniu din acea perioadă.

La noi în ţară, un loc aparte îl ocupă inginerul român George Constantinescu, care a făcut numeroase cercetări în acest domeniu, contribuţia sa fiind amintită în numeroase lucrări de specialitate editate pe plan naţional şi internaţional. În lucrările sale, din 1943 în Anglia şi 1945 în SUA se detaliază noul material, betonul armat cu fibre de oţel, în conceptul utilizării actuale.

Patente noi au fost brevetate în anii următori în SUA, Franţa şi Germania. Utilizarea pe scară largă a acestui material a fost limitată de costurile ridicate, dar în special de dezvoltarea betonului armat obişnuit.

Până la începutul anilor ‘60 se observă o dezvoltare incertă a acestui material, marcată de utilizări de mică importanţă.

La începutul anilor ‘70 s-a extins cercetarea pe plan internaţional. Sunt de menţionat cercetările din Germania, de la Universitatea Ruhr din Bochum, privind realizarea betonului armat dispers cu fibre de oţel, utilizat la pereţii interiori ai metroului.

Începând cu anul 1971, eforturi serioase s-au făcut pentru producerea şi utilizarea pe scară



largă a acestui material în multe ţări din lume, printre care Canada, Japonia, Australia dar şi Germania, Austria, Ungaria, Elveţia.

În ultimul sfert de secol XX, o utilizare pe o scară foarte largă în domeniul construcţiilor şi al instalaţiilor în construcţii a avut-o azbocimentul, un material obţinut dintr-un amestec de ciment, apă şi fibre de azbest. Recent s-a constatat că azbestul prezintă un risc considerabil pentru sănătatea persoanelor care lucrează în fabricile de defibrare sau de prelucrare a produselor de azbociment, astfel încât s-a pus problema găsirii altor fibre pentru armarea dispersă a betonului sau a folosirii unor măsuri eficiente de protecţia muncii [16].

La începutul deceniului al şaselea al acestui secol, în S.U.A., Anglia, U.R.S.S. şi Japonia a început să fie experimentată folosirea fibrelor de sticlă ca material de armare dispersă.

Începând cu anul 1965 au fost cercetate, pentru armarea dispersă a betonului, fibre din polimeri, singure sau în combinaţie cu fibre de oţel. Dintre acestea, cele mai indicate sunt fibrele din polipropilenă, cercetările în acest sens fiind efectuate în Anglia.

Cercetările extinse efectuate între anii 1965 – 1970 au arătat că o armare a betoanelor cu fibre din polipropilenă în procent de 0,1% din volum este suficient să absoarbă tensiunile interne rezultate din contracţiile iniţiale ale betonului, din uscare şi din diferenţele de temperatură locale.

În ani următorii, cercetări conduse de R. Enzler în Elveţia [14], Prof. R. Zollo în USA [120] şi K. Asendorf în Germania [70] au arătat că acelaşi procent de fibre de polipropilenă de 0,1% din volum este capabil de a modifica structura betonului astfel încât să fie eliminată nevoia de a se folosi armături speciale din oţel pentru limitarea fisurilor din contracţii.

În ţara noastră, studiile şi cercetările în domeniu au început în 1972 la Catedra de Beton Armat şi Clădiri a Institutului Politehnic "Traian Vuia" din Timişoara, unde au fost studiate betoanele armate cu fibre de oţel şi betoanele armate cu fibre de sticlă. Au fost, de asemenea, întreprinse cercetări asupra betoanelor armate cu fibre de oţel la Institutul de Cercetare şi Proiectare a Materialelor de Construcţii - Bucureşti, precum şi la Institutul Politehnic Gh. Asachi Iaşi. Pe baza rezultatelor obţinute la Timişoara asupra betoanelor armate cu fibre de oţel, a fost elaborat "Îndrumătorul pentru folosirea betonului armat cu fibre de oţel" [37].

În ceea ce priveşte cercetările sistematice în domeniul betoanelor armate dispers cu fibre din polipropilenă, se poate spune ca acestea sunt încă intr-un stadiu prea puţin dezvoltat.

1.3 Obiectivele tezeiPrezenta teză de doctorat are drept obiective:1. realizarea unui studiu bibliografic privind utilizarea betonului armat dispers cu fibre;2. organizarea unui program experimental orientat spre studiul caracteristicilor fizico-

mecanice ale betonului armat dispers cu fibre din polipropilenă în scopul reliefării aspectelor tehnico-economice esenţiale pe care le implică utilizarea unui astfel de material;

3. proiectarea şi realizarea unor reţete de beton armat dispers cu fibre din polipropilenă;4. realizarea unor elemente din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă în vederea

obţinerii de informaţii privind comportarea în exploatare;5. experimentarea tehnologiei de punere în operă a betonului armat dispers cu fibre din

polipropilenă;6. elaborarea calculelor necesare predicţiei capacitaţii portante pentru elemente realizate

din beton armat dispers cu fibre tip Fibrofor® Multi;


Stadiul cunoaşterii şi utilizării betonului armat dispers cu fibre 12

CAPITOLUL 2STADIUL CUNOAŞTERII ŞI UTILIZŠRII BETONULUI ARMAT DISPERS CU FIBRE

2.1. Consideraţii generaleBetonul, sub diverse forme cunoscute până în prezent, a reprezentat şi continuă să fie unul

din principalele materiale folosite. Aceasta ca urmare a numeroase şi însemnate avantaje tehnico-economice, care l-au impus atenţiei specialiştilor, cum ar fi:

- rezistenţă mecanică şi stabilitate ridicată, comparativ cu alte materiale folosite în mod curent;- comportare mult mai bună la acţiunea temperaturilor ridicate şi, mai ales, la incendii de durată şi intensitate moderată (faţă de metal de exemplu);- durabilitate mare, datorită rezistenţei deosebite pe care o prezintă betonul şi armătura înglobată, la acţiunea distructivă a diverşilor agenţi chimici şi fizici;- un preţ relativ mai scăzut faţă de alte materiale (lemn, oţel), deoarece componentele de bază (agregate, apă) necesită cheltuieli mici de aprovizionare şi transport;- posibilitatea realizării unor forme structurale deosebite, capabile să satisfacă diversecerinţe estetice, constructive sau tehnologice;- lucrări de întreţinere reduse şi, în general, puţin costisitoare.Betonul obişnuit prezintă şi o serie de dezavantaje, cele mai importante fiind:- rezistenţă redusă la întindere; - greutate proprie apreciabilă, comparativ cu posibilitatea de a prelua tensiuni;- capacitate redusă de izolare termică, fonică şi hidrofugă;- coroziune avansată în condiţii de mediu şi exploatare deosebit de agresive. Având in vedere cele de mai sus, aşa cum s-a amintit şi în capitolul 1, se caută soluţii

pentru crearea de noi tipuri de betoane, între care şi cele armate dispers cu fibre.Betonul armat dispers cu fibre nu poate înlocui betonul armat obişnuit. Există însă domenii

de utilizare în care betonul armat cu fibre poate fi folosit alternativ sau în completare la cel armat clasic (obişnuit), oferind avantaje constructive şi economice.

Fibrele, de orice natură ar fi, îmbunătăţesc proprietăţile betonului simplu. Domeniile de utilizare a betonului armat dispers cu fibre au o arie extinsă, din care se pot

menţiona: conducte din beton, ziduri de sprijin, elemente subţiri de faţadă, trepte prefabricate, piste pentru aeroporturi, fundaţii de maşini, cofraje pierdute, lucrări de consolidare la tuneluri cu beton torcretat etc.

2.2. Norme, reglementšriO dovadă a faptului că folosirea betoanelor armate cu fibre a suscitat interes şi va căpăta o

largă răspândire este multitudinea de norme elaborate în ultima vreme în întreaga lume [8], [72].

2.3. Domenii de utilizare a betonului armat dispers cu fibrea) Elemente monolite:- construcţia, ranforsarea şi repararea îmbrăcăminţilor rutiere, pistelor de

aerodromuri şi tablierelor de poduri în SUA, Anglia, Canada, Japonia, Germania, Norvegia,Suedia, Austria, Olanda;

- lucrări în mine şi tuneluri în SUA, Anglia, Germania;- acoperişuri industriale în SUA, Italia, Anglia;- elemente refractare în SUA, Canada;



- repararea deversoarelor la baraje în SUA, Canada, Germania;- stabilizarea taluzurilor în SUA, Canada, Japonia.La sfârşitul anilor 70, betonul cu fibre s-a folosit frecvent la construcţia de tuneluri.În

construcţia de tuneluri betonul armat cu fibre poate fi folosit sub formă torcretată, extrudată sau sub forma de elemente prefabricate.

O arie largă de utilizare este şi consolidarea pereţilor din zidării sau beton a tunelurilor existente parţial avariate.

Acest material este şi o soluţie pentru întreţinerea construcţiilor în cazul necesităţii unei acoperiri optime a armăturii din oţel, ceea ce conduce la mărirea durabilităţii şi siguranţei prin protecţia la coroziune a armăturii.

Betonul armat cu fibre pus în operă prin pompare poate fi utilizat în tehnologia de extrudare împreună cu scuturile de tunel, obţinându-se un sistem închis de susţinere între suprafaţa scutului de tunel până la grosimea definitivă a construcţiei, un sistem care are pe tot conturul contact direct cu suprafaţa săpăturii, reducând la minim umplutura.

Exploatările miniere folosesc betonul armat cu fibre atât pentru realizarea noilor galerii cât şi pentru repararea galeriilor existente.

Acest material s-a folosit şi se foloseşte la realizarea pardoselilor, a pistelor pentru aeroporturi, la construcţia unor depozite şi garaje subterane, la realizare stâlpilor pentru instalaţiile electrice etc.

Betonul armat cu fibre este avantajos pentru realizarea fundaţiilor de maşini cu solicitări dinamice, datorita rezistentei sporite la şoc, a comportării favorabile la amortizare şi la deformare.

În Marea Britanie, Belgia, Austria si Olanda conductele din beton armat cu fibre se folosesc în mod curent.

Consolidarea versanţilor stâncoşi, a taluzurilor, realizată cu beton torcretat cu fibre, are avantaje tehnico-economice datorită unei bune adaptări a legăturii la structura terenului şi micşorarea timpului în procesele de armare.

Rezistenţa la foc este mărită prin utilizarea la armare a fibrelor ce protejează armătura formată din bare, longitudinală şi transversală.

La întreţinerea şi consolidarea construcţiilor hidrotehnice, supuse eroziunii, poate fi folosit eficient betonul armat cu fibre. Betonul armat cu fibre oferă o alternativă la armătura convenţională, având ca avantaj timpul şi costurile reduse de execuţie a lucrărilor de întreţinere.

b) Elemente prefabricate:Realizarea unor astfel de elemente cu ajutorul betoanelor armate cu fibre prezintă unele

avantaje, dintre care se pot evidenţia: reducerea dimensiunilor geometrice şi deci a greutăţii elementelor, ceea ce determină scăderea cheltuielilor de manipulare, transport şi depozitare; creşterea productivităţii; mărirea durabilităţii în exploatare şi în consecinţă reducerea cheltuielilor de înlocuire. Exemple de astfel de elemente: tuburi, predale, pavele, panouri de gard, panouri de faţadă, suporţi pentru panouri solare, etc.

Fig. 2.3. Diferite elemente din beton armat dispers cu fibre



În prezent în lume tot mai multe elemente prefabricate se realizează cu ajutorul betonului armat cu fibre: separatoare de ulei, cabine pentru transformatoare, elemente pentru canale de colectare a apelor pluviale, pereţi de faţadă, elemente pentru tuneluri, garaje, traverse de cale ferată, elemente de planşeu, celule pentru grupuri sanitare etc. Câteva din cele menţionate sunt prezentate în imaginile următoare (figura 2.2, 2.3) [112]:

2.4. Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre metalice- Colectorul de ape industriale Hamburg, GERMANIA [72]. La realizarea colectorului de ape

industriale din Hamburg, în 1979, s-a folosit beton armat dispers cu fibre metalice. La acest tunel s-a utilizat tehnica de punere în operă a betonului prin extrudare.

- Tunelul de cale ferată Frankfurt - sectorul Ci, GERMANIA [72]. Construcţia a fost realizată din două tronsoane din beton armat cu fibre la care tehnologia de punere în operă a fost torcretarea, cu lungimea totală de 2.420m şi grosimea stratului de beton de 25cm.

- Metroul Dortmund, Baulos K6a, GERMANIA [72]. În perioada august 1989 - ianuarie 1990 s-a construit metroul din Dortmund - Baulos K6a, din beton armat cu fibre de oţel având două tronsoane. Lungime totală a ambelor tronsoane a fost de 1660m, acestea fiind realizate din "blocuri" cu lungimea de 8m legate între ele printr-o bandă specială.

- Calea ferată British Columbia, U.S.A. [72]. La construcţia "British Columbia Railway Tumbler Ridge Branch Line" între anii 1982 - 1983 s-a folosit beton cu fibre de oţel pus în operă prin torcretare.

- Mina Premier din AFRICA DE SUD [72].Mina de diamante fondată în 1905 a fost reconstruită în 1985 folosindu-se beton armat cu

fibre de oţel. Betonul armat convenţional a fost înlocuit atât în galerii cât şi la suprafaţă. Cea mai lungă galerie are lungimea de 600m şi un profil transversal în formă de arc cu lăţimea de 4m şi înălţimea de 4,2m. Grosimea stratului de beton este variabilă, de la 5cm la 20cm, funcţie de natura terenului.

- Portul Saint John - New Brunswick, CANADA [63]. Cheiurile de descărcare aleportului Saint John sunt supuse unora dintre cele mai grele condiţii climaterice dinlume. Înălţimea fluxului atinge 8,5 metri, temperaturile de iarnă scad până la -30°C şi deci faţasupusă acţiunii fluxului şi refluxului suferă circa 200 de cicluri îngheţ-dezgheţ în fiecare an. Pentru adoptarea unei soluţii de consolidare au fost investigate o serie de alternative. Cea mai eficientă s-a dovedit a fi folosirea betonului cu fibre de oţel, aplicat prin procedeul de torcretare.

- Repararea unor poduri în Alberta, CANADA [63]. Trei poduri construite între anii 1962-1967 necesitau repararea unor suprafeţe deteriorate

datorită încărcărilor şi efectului de îngheţ-dezgheţ.

Fig. 2.4. Repararea elementelor structurale ale podurilor



Specialiştii au arătat că betonul cu fibre de oţel, în general, constituie o metodă eficientă de consolidare şi reparare a structurilor podurilor şi, ca atare, a fost recomandat a fi folosit în astfel de cazuri.

- Repararea pistei aeroportului din Frankfurt, GERMANIA [72]. Executarea şi repararea pistelor de aeroporturi este un alt domeniu în care utilizarea

betonului armat cu fibre de oţel s-a dovedit a fi eficientă. Datorită circulaţiei intense şi a eforturilor care apar la decolarea şi aterizarea aeronavelor are loc degradarea în timp a pistelor realizate din beton armat convenţional, astfel că se impune repararea şi recondiţionarea acestora. De asemenea, variaţiile de temperaturi, îngheţul-dezgheţul, frânarea, respectiv demarajul, solicită pistele de beton şi determină deteriorarea acestora.

2.5. Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre de sticlšBetonul armat dispers cu fibre de sticlă are numeroase aplicaţii practice: structuri

ornamentale, fântâni, domuri, cupole, elemente prefabricate, elemente decorative, etc.Exemple de elemente de arhitectură sau construcţii realizate cu betoane armate dispers cu

fibre de sticlă: obiecte decorative de grădină (ghivece, bănci, mese), scări din beton, copertine, elemente de faţadă (rame pentru uşi şi ferestre, benzi decorative) [147]:

Fig. 2.6. Obiecte decorative de grădină , scări, elemente de faţadă

- Stadionul din Johannesburg, Africa de Sud [151], care, pentru găzduirea Cupei Mondiale de fotbal din 2010 a fost complet renovat. Printre soluţiile tehnice folosite la reabilitarea stadionului se numără şi panourile prefabricate de faţadă realizate din beton armat dispers cu fibre de sticlă. Mii de astfel de panouri, în 2 texturi şi 8 culori diferite, au fost îmbinate pentru a se realiza faţada modernă a construcţiei.

- Clădirea centrului de cercetare Sutardja Dai Hall [154], care în 2009, la un an de la terminarea lucrărilor a primit premiul pentru excelenţă în design arhitectural şi inginerie, premiu câştigat datorită folosirii panourilor exterioare şi interioare executate din beton armat dispers cu fibre de sticlă.

- Centrul cultural Heydar Aliyev din Baku [140], Azerbaijan este o construcţie modernă, cu o arhitectură deosebită plină de linii curbe şi cu o structură de rezistenţă din beton armat, oţel şi materiale compozite. Panourile din plastic armat cu fibre de sticlă şi din beton armat dispers cu fibre de sticlă sunt elementele predominante utilizate la realizarea faţadelor.

Fig. 2.11. Soccer City Stadium, Sutardja Dai Hall, Centrul cultural Heydar Aliyev



2.6. Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre de azbestAzbestul este o fibră minerală. Sunt mai multe tipuri de fibre de azbest.În trecut, azbestul a fost adăugat unei varietăţi de produse pentru a le întări, pentru a le

face rezistente la foc sau pentru a izola spaţiile de locuit. În domeniul construcţiilor, azbocimentul, sau betonul armat cu fibre de azbest a fost

folosit, şi încă mai poate fi găsit, sub diverse forme: acoperișuri din plăci plane sau ondulate deazbociment [152], elemente de protecţie şi închidere la acoperişuri, casele construite intre 1930-1950 pot avea azbest ca izolație, pereţi (ca panouri izolatoare în pereţi despărţitori), dale de pardoseală, plafoane (ca bariere anti-foc în plafoanele false), uşi, faţade de clădiri, incluzând elemente ale scurgerii pluviale, scafe şi protecţii, conducte de apă şi canalizare.

2.7. Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre din polipropilenšrealizate pe plan internaţionalLucrări de construcții realizate cu ajutorul fibrelor din polipropilenă de tip Fibrofor® şi

Concrix®:

2.7.1. Drumuri, autostršzi- Refacerea părţii carosabile pe autostrada M7, Ungaria [121]Lucrările de refacere a unei porţiuni din autostrada M7 din Ungaria s-au desfăşurat în anul

1998 şi au avut ca obiect înlocuirea plăcilor din beton armat deteriorate cu unele noi executate din beton armat dispers cu fibre din polipropilena. Grosimea plăcilor a fost de 24 cm şi s-au folosit pentru armare fibre de tip High Grade 190 în proporţie de 1 kg/mc.

În paralel s-au folosit şi fibre din oţel pentru armarea dispersă a unor plăci, în proporţie de 35 kg/mc. Ambele soluţii au putut fi testate prin comparaţie cu plăcile din beton nearmat (ca variantă standard).

Cea mai importantă cerinţă a fost aceea ca betonul folosit să permită reluarea traficului în 24 de ore. Ca urmare, reţeta de beton a fost aleasă în concordanţă cu această cerinţă.

- Reabilitarea unui pasaj suprateran peste autostrada A1 din Gossau, Elveţia [121]Lucrarea se referă la reabilitarea în anul 2003 a pavajelor, a părţii carosabile şi a culeelor

unui pod din beton armat aflat in funcţiune.Cerinţele ridicate ale căii de rulare şi a trotuarelor legate de rezistenţa la abraziune, la

ciclurile de îngheţ-dezgheţ, la acţiunea sării precum şi o rezistenţă sporită la fisurare au stat la baza deciziei de folosire a fibrelor din polipropilenă Fibrofor.

- 2008, Varşovia, Polonia – mai multe staţii pentru autobuze, în suprafaţă de aprox. 1000mp, realizate din dale de beton armat dispers cu fibre din polipropilenă

- 2009, Traismauer-Krems, Austria – un proiect pilot pentru îmbunătăţirea îmbinărilor grinzilor de margine la poduri şi pasaje supraterane; fibrele din polipropilenă au asigurat intru totul cerinţele legate de reducerea gradului de fisurare:

- 2010, Palermo, Italia – un nou tip de fibre din polietilenă, denumit Concrix®,este folosit pentru armarea plăcilor din beton folosite la infrastructura pistelor de tramvai (figura 2.18):

- 2012, Gyor, Ungaria – ziduri de protecţie fonică pentru autostrăzi şi drumuri; pentru protecţia împotriva zgomotelor de pe autostradă s-au folosit panouri prefabricate din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă; 108 kg de armătură de oţel pe m3 de beton au fost înlocuite de 41 kg de fibre din polipropilenă tip Fibrofor® High Grade şi 4,5 kg de tip Concrix®.



Fig. 2.19. Parcări exterioare şi panouri fono-absorbante din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă

2.7.2. Clšdiri civile- Azil de bătrâni – Stadion St. Jakob, Basel, Elveţia [121]Construcţia din beton armat are înfăţişare ca un fagure. A fost finalizată în anul 2001.Plăcile prefabricate de faţadă, de dimensiuni variabile între care cele mai multe cu

dimensiuni de 3.20 × 3.20m, au fost armate atât cu bare de oţel dispuse pe două direcţii cât şi cu fibre din polipropilenă de tip Fibrofor® Fibre High Grade 190 care au ajutat la obţinerea unor elemente cu suprafeţe perfect uniforme şi fără fisuri.Armarea cu fibre polipropilenice asigură o armare tridimensională fapt ce a permis obţinerea suprafeţelor cerute.Aceeași armare tridimensională chiar şi aproape de suprafaţă a contribuit la reducerea degradărilor produse de înlăturarea cofrajelor la marginea elementelor sau în zonele de colţ precum şi cele care apar în timpul transportului şi al montării.

- 1988 - 1999, Yverdon, Bubikon şi Winterthur, Eleveţia – elemente prefabricate de faţadă realizate din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă tip Fibrofor® folosite în execuţia unor clădiri de locuit sau de birouri

- 2006, Lausen, Mellingen, Dietikon, Austria – aceleaşi soluţii folosite anterior în Elveţia s-au aplicat şi în cazul unor clădiri de locuit din Austria; plăcile şi o parte din pereţi au fost executate cu betoane armate dispers cu fibre din polipropilenă împreună cu plase sudate din oţel;

- 2006, Malaga, Spania – pentru 4500mp de pereţi de subsol, la un ansamblu rezidenţial, s-au folosit betoane armate dispers cu fibre din polipropilenă puse în operă prin torcretare

2.7.3. Construcții agricole- Fermă de porci în Streithofen, Austria [121]. Construcție nouă, executată în anul 2003, în suprafaţă de 1200mp având ca principală

cerinţă folosirea unor betoane cu un grad de impermeabilitate ridicat.În urma unei analize tehnico-economice care a luat în calcul şi fibrele de polipropilenă

Fibrofor® Fibre High Grade, s-a arătat că o parte din armăturile convenționale din oţel puteau fi eliminate, rezultând o construcţie mai economică şi parametrii îmbunătăţiţi pentru betonul folosit.

- 2004, Groissenbrunn, Austria – fermă de pui; pardoseli industriale în suprafaţă de 2100mp alături de alte elemente (pereţi despărţitori, parapeţi, etc) realizate din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă tip Fibrofor®

- 2007, Goraszka, Nadarzyn din Polonia şi Villigen din Elveţia – pardoseli industriale pentru sere; suprafeţe cuprinse între 900 – 1800 mp executate din beton armat dispers cu fibre, fără rosturi, cu sau fără armătură convenţională sub formă de plase sudate sau bare din oţel

Fig. 2.20. Elemente prefabricate de faţadă



2.7.4. Construcţii industriale- Hală industrială în Trencin, Slovacia [121]Încă de la început s-a optat pentru realizarea unei pardoseli industriale din beton armat

dispers cu fibre din polipropilenă Fibrofor®. Suprafaţa totală este de 18.000 mp executată cu rosturi de dilatare formând câmpuri de 8.0 × 9.5 m fiecare.

- în ultimii 20 de ani, în ţări precum Austria, Slovacia, Polonia, Cehia, Italia, Olanda, Germania, chiar şi România, s-au construit nenumărate hale industriale cu pardoseli executate din betoane armate dispers cu fibre din polipropilenă tip Fibrofor®; suprafeţele construite variază de la câteva sute de metri pătraţi la mii de metri pătraţi, iar tehnologia de execuţie variază şi ea de la caz la caz: cu rosturi sau fără, cu sau fără armare suplimentară cu bare de oţel, etc.

- din anul 2010 se foloseşte pentru armarea betoanelor un nou tip de fibre de polipropilenă denumit Concrix®; exemple de astfel de pardoseli industriale pot fi date cele din Zürich şi Kleindöttingen, Elveţia.

Fig. 2.25. Executarea pardoselilor industriale

2.7.5. Spaţii comerciale- Centrul comercial Carrefour, Zilina, Slovacia [121]Iniţial, pardoselile centrului comercial, în suprafaţă de 28.500 mp, urmau să fie armate prin

folosirea plaselor convenţionale din oţel cu diametrul de 6mm şi ochiuri de 150×150mm. Ca o alternativă, a fost luată în considerare şi o armare dispersă a plăcilor din beton cu fibre din oţel (în dozaj de 25 kg fibre la mc de beton). În final, s-a optat pentru armarea dispersă cu fibre din polipropilenă Fibrofor® Fibre High Grade 380.

- 1998, Gerasdorf, Austria - Supermarket Banner cu o pardoseală de 1850mp realizată din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă;

- 2007, Radom, Polonia – magazinul OBI cu o suprafață de 8000mp şi în 2011, Bozen, Italia – magazinul Salewa cu o suprafaţă de 3000mp;

Fig. 2.26. Pardoseli pentru centre comerciale şi showroom-uri

2.7.6. Elemente şi construcţii prefabricate- Garaje prefabricate [121]În anul 2001, la fabrica de elemente de construcţii prefabricate a Broder Sp.z.o.o din

Leknica, Polonia, a început producţia unor garaje auto având dimensiunile de aprox. 2.50 × 7.00



m, cu o grosime a pereţilor de 9 cm, executate din beton armat dispers cu fibre din polipropilena Fibrofor® Fibre High Grade 190.

Aplicarea acestei tehnologii de armare a îmbunătăţit şi posibilităţile de transport a elementelor de construcţii finalizate. Înainte, prin folosirea metodelor convenţionale de armare, în timpul transportului se produceau fisuri ale elementelor; acum, prin armarea dispersă cu fibre, apariţia şi dezvoltarea acestor fisuri este mult redusă.

- 1989, Luzern, Elveţia – elemente prefabricate pentru peroane

- 2007, Polonia – elemente prefabricate realizate din beton armat dispers cu fibre de polipropilenă folosite la construcţia unui stadion;

Fig. 2.28. Elemente prefabricate din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă

- 2010, Trimmis, Elveţia – pervaze prefabricate pentru ferestre, realizate din beton armat dispers cu noile fibre tip Concrix®:

- elemente prefabricate: borduri şi rigole din beton armat dispers cu fibre, dale, pavaje;

2.7.7. Spaţii de depozitare- Depozit frigorific Gastro-Star în Dallikon, Elveţia [121]Cerinţele principale pentru depozitul frigorific au fost acelea legate de pardoseala din beton

răcită până la o temperatură de +4.0°C şi executată fără rosturi de dilatare care s-ar putea deteriora rapid datorită folosirii transpaleţilor.

- 2004, Ruzomberok, Slovacia – platformă de depozitare a materialului lemnos în aer liber, realizat din beton armat dispers cu fibre de polipropilenă şi plase sudate de oţel;

- 2007, depozit frigorific de 10.000 mp la Marki şi depozit de 1500 mp pentru reciclarea deşeurilor la Varşovia, Polonia, iar în 2008 renovarea şi reabilitarea unui depozit vechi în Borovany, Cehia cu o suprafaţă de 600 mp;

2.7.8. Construcţii social-culturale şi sportive- 1998, Strasbourg, Franţa – refacerea zonei de garare a avioanelor de pe aeroport;- patinoare de dimensiuni olimpice în Elveţia la Aarau – 1996, Kreuzlingen -1999, Basel –

2002; suprafaţa fiecărui patinoar este de 1800 mp;- 2006, Niechorze Rewal, Polonia – teren de baschet în suprafaţă de 1360 mp, realizat ca o

aplicaţie specială a betoanelor armate dispers cu fibre din polipropilenă:- 2009, Trento, Italia – o altă aplicaţie specială a betoanelor armate dispers cu fibre a fost

şi realizarea unei piste circulare pentru ciclişti profesionişti, în suprafaţă de 4000 mp, în aer liber;

Fig. 2.27. Garaj prefabricat din beton armat dispers



Fig. 2.33. Suprafaţa de joc a unor patinoare, terenuri, piste [149]

2.7.9. Parcšri subterane [121]Încă din anii 1990 s-au folosit betoane armate dispers

cu fibre din polipropilenă pentru executarea pardoselilor din garaje şi parcări subterane. Astfel de lucrări de construcţii au fost realizate atât pentru clădiri şi spaţii comerciale sau de birouri, parcări private sau pentru clădiri rezidenţiale.

Un avânt deosebit în acest domeniu s-a remarcat începând cu anul 2005 în ţări precum Polonia, Ungaria, Slovacia, etc unde s-au realizat foarte multe clădiri rezidenţiale dotate cu parcaje subterane executate din betoane armate dispers cu fibre din polipropilenă.

2.7.10. Staţii pentru distribuirea combustibililor autoÎn ultimii ani se poate vedea o creştere semnificativă a numărului de staţii de distribuţie a

combustibililor auto care recurg la înlocuirea pavajelor executate din dale / pavele prefabricate din beton cu plăci din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă. Pavelele prefabricate din beton se deteriorează foarte rapid datorită substanţelor chimice prezente într-o benzinărie (combustibili, uleiuri, detergenţi auto, etc) precum şi a ciclurilor de îngheţ – dezgheţ repetate, toate acestea ducând la necesitatea înlocuirii periodice a dalelor cu costuri de material şi manoperă importante.

Câteva exemple de staţii pentru combustibili la care s-au folosit betoane armate dispers cu fibre pot fi date cele din Austria şi Polonia, începând cu anul 2007, cu suprafeţe betonate cuprinse între 230 – 600mp [149].

2.7.11. Staţii de epurare şi alte construcţii edilitareUn alt domeniu foarte interesant, dar prea puţin cercetat şi pus în practică, este cel al

betoanelor armate dispers cu fibre de polipropilenă folosite în execuţia unor elemente sau construcţii pentru staţii de tratarea a apei, rezervoare, decantoare, fose septice sau bazine vidanjabile pentru retenţia deşeurilor animale, etc.

Primele lucrări de acest fel au fost realizate încă din 1986 la Grenoble, Franţa, unde a fost construit un bazin de retenţie a apelor reziduale cu o suprafaţă de 3200 mp şi 1996 în Mürzzuschlag, Austria, o staţie pentru tratarea apelor reziduale având o suprafaţă de 2500 mp, realizată din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă [149].

Betoanele armate dispers cu fibre din polipropilenă au o rezistenţă sporită la acţiunea agresivă a agenţilor chimici din apele reziduale, prezintă un grad de compactare mai mare ceea ce împiedică infiltrarea deşeurilor în sol şi asigură o protecţie sporită pentru armătura convenţională din plase sudate sau bare independente din oţel dispuse în elementele structurale ale construcţiilor.

Fig. 2.36. Parcaje subterane pentru spaţii comerciale



Fig. 2.38. Bazin de retenţie, 1986, Franţa şi construirea unei staţii de epurare, 1996, Austria

Fig. 2.40. Decantor, bazin de tratare a apei reziduale şi bazin etanş pentru colectarea dejecţiilor animale

2.7.12. Alte tipuri de construcţii [149]

2.8. Elemente şi construcţii din beton armat cu fibre din polipropilenš din ţaršLucrări de construcții realizate cu ajutorul fibrelor din polipropilenă de tip Fibrofor® şi

Concrix® [121], [149]:1. Ambient SRL, Sibiu – poate unul dintre cele mai mari proiecte de construcţii din România

din punct de vedere al cantităţii de fibre utilizate. În etape succesive, între anii 2006 – 2007, s-au realizat mai mulţi kilometrii de drumuri, de pavaje exterioare şi pardoseli industriale în exteriorul, respectiv interiorul halelor. Suprafeţele de beton armat dispers cu fibre din polipropilenă au fost de ordinul a 35.000 mp de pardoseli industriale, 11.500 mp de pavaje exterioare şi peste 4.000 mp de drumuri.

2. Arad, 2004 – printre primele lucrări de construcţii din România la care s-au folosit fibre din polipropilenă pentru armarea dispersă a betoanelor; s-au realizat astfel peste 4.000mp de drumuri interioare pe o platformă industrială. Câţiva ani mai târziu, tot la Arad, în halele fabricii de vagoane, s-au realizat reparaţii ale pardoselilor industriale folosindu-se beton armat dispers cu fibre din polipropilenă; suprafeţele astfel reabilitate au însumat aproximativ 10.000mp.

3. În anul 2005 s-a construit la Alba Iulia hypermarket-ul Kaufland ale cărui pardoseli, în suprafaţă de 5.600mp, au fost realizate din beton armat dispers cu fibre. În acelaşi an, la Braşov şi Sighişoara, au fost executate alte două depozite în suprafaţă de 1.200mp, respectiv 1.600mp cu pardoseli din beton realizate după aceeaşi tehnologie.

4. În anii 2006 – 2007 s-au executat alte lucrări de o importanţă ceva mai mică la Braşov şi Sf. Gheorghe: o hală industrială de 1.000mp, beneficiar fiind SC Dinometal SRL, respectiv showroom-ul şi service-ul Skoda, în suprafaţă de 1.000mp, aparţinând Delcar SRL.

5. Alte lucrări la care s-au folosit pentru armarea betoanelor fibre din polipropilenă:- 2007, Braşov – hală industrială de 1.200mp şi pavaje exterioare în suprafaţă de 2.000mp,

aparţinând SC RBM România SRL şi hale industriale în suprafaţă de 1.600mp, SC Rahman SRL


Locul betonului armat dispers în ansamblul diferitelor tipuri de betoane 22

CAPITOLUL 3LOCUL BETONULUI ARMAT DISPERS ÎN ANSAMBLUL DIFERITELOR

TIPURI DE BETOANE

3.1. Istoric, clasificareBetonul este unul dintre materialele cele mai utilizate in construcţii, fiind un amestec

obținut din ciment (de obicei ciment Portland), sau din alte materiale pe baza de ciment, agregate (nisip, pietriș, calcar), apă şi adaosuri chimice.

Cuvântul “beton” (< fr. béton) are la origine cuvântul latinesc “ bitumen, -inis” (s.n) care se folosea cu sensul prim de "smoală”, “catran”, dar care avea şi accepțiunea mai largă de "materie", amestec ce se întărește repede [144].

Betonul a fost folosit încă din perioada civilizațiilor antice. În timpul Imperiului Roman se folosea, un material de construcție numit opus caementicum, un beton ce se obținea din: ciment , var, lut, nisip amestecat cu apă şi balast. Acest material a revoluționat arhitectura antică, permițând trecerea de la susținerea rectilinie spre arc şi curba, fiind obținute structuri precum arcada, bolta, cupola.

După căderea Imperiului Roman, secretul betonului a fost pierdut până în 1756 când a fost redescoperit de britanicul John Smeaton într-o formulă asemănătoare cu cea folosită de romani cu 13 secole în urmă, folosind var hidraulic în beton, pietre şi cărămidă sub forma de praf.

În prezent, betonul este un material indispensabil construcțiilor moderne, în întreaga lume.Realizarea de construcţii din beton presupune următoarele etape: prepararea betonului,

transportul, punerea în operă.În funcţie de diferite criterii betoanele pot fi clasificate astfel [16]:a) după tipul liantului folosit:

- betoane cu lianţi hidraulici anorganici (minerali):- betoane cu lianţi organici:- betoane cu lianţi amestecaţi:

b) după tipul de agregate folosite:- betoane cu agregate grele compacte: nisip, pietriş, piatră spartă, bolovani;- betoane cu agregate uşoare poroase: anorganice sau organice

c) în funcţie de caracteristicile fizico-mecanice:- după consistenţă: foarte vârtos, vârtos, slab plastic, plastic, fluid, foarte fluid;- după densitatea aparentă: foarte greu, greu, semigreu, uşor, foarte uşor;- după gradul de permeabilitate: P2, P4, P6, P8, P12;- după gradul de gelivitate: G50, G100, G150.- după clasă: C8/10, C12/15, C16/20, C20/25, C25/30, C30/37, C35/45, etc;

d) după modul de preparare: manual, mecanic pe şantier, în staţii de betoane, în fabrici şi ateliere de prefabricate;

f) după tipul de armare: beton simplu, beton armat (cu bare flexibile de oţel, cu profile rigide de oţel, cu fibre continue şi plase, cu fibre disperse), beton parţial precomprimat, beton precomprimat;

g) după domeniul de folosire: de rezistenţă, termoizolatoare, refractare, rezistente în medii agresive, rutiere, hidrotehnice, protecţie împotriva radiaţiilor, decorative.

3.2. Betonul obişnuitBetonul obişnuit este un conglomerat artificial la a cărui preparare se folosesc lianţi


Locul betonului armat dispers în ansamblul diferitelor tipuri de betoane 23

hidraulici anorganici, agregate grele compacte (pietriş sau piatră spartă), apă şi, în anumite situaţii, adaosuri (aditivi plastifianţi, acceleratori sau întârzietori de priză).

Prin amestecarea liantului cu apa se formează pasta de ciment (partea activă), care în urma unor procese fizico-chimice de hidroliză şi hidratare, se întăreşte în timp, transformându-se într-un corp dur ce leagă între ele granulele de agregat, conferind astfel caracterul monolit amestecului. Piatra de ciment, denumită, în literatura de specialitate, matrice, reprezintă faza continuă, iar agregatele formează faza dispersă.

3.3. Betoane specialeÎn afară de betonul obişnuit, pentru construcţiile şi elementele supuse unor condiţii

deosebite, se utilizează betoane speciale, cum ar fi: betoanele uşoare, betoanele de înaltă performanţă, cele rezistente la temperaturi înalte (refractare), betoanele antiacide, betoanele de protecţie împotriva radiaţiilor, betoanele cu polimeri, betoane hidrotehnice, betoane pentru drumuri, betoanele aparente-decorative sau betoane armate (cu armături discrete, cu armături rigide, cu armătură dispersă cu fibre).

3.4. Betonul armatBetonul armat, inventat în 1849 de către un grădinar parizian pe nume Joseph Monier ce

făcea vase de grădină şi găleţi din beton armat cu plasă de fier, rezolvă problemele anunţate anterior [146, 155].

Un material cu rezistenţă mare la întindere, cum este oţelul, este combinat cu betonul, materialul compozit rezultat, rezistă atât la compresiune şi încovoiere cât şi la alte tipuri de solicitări, făcând posibilă folosirea lui in aproape orice formă si dimensiune pentru industria de construcţii [142].

3.4.1. Betonul cu armšturš flexibilšAceastă categorie de betoane se caracterizează prin folosirea unor armături cu rigiditate

redusă, cauzată de secţiuni transversale foarte mici pentru lungimi uzuale mari. Se realizează din bare independente, rotunde, netede sau cu profil periodic, sau sub formă de plase şi carcase plane sudate. În procesul de execuţie greutatea acestor armături este susţinută de cofraje.

Ca armături flexibile se folosesc următoarele tipuri de oţeluri: oţel laminat la cald, neted sau cu profil periodic; sârmă trasă pentru beton armat cu suprafaţa netedă, sau cu suprafaţa profilată; plase sudate uzinate.

3.4.2. Betonul cu armšturš rigidšElemente din beton armat cu armătură rigidă pot fi:- cu profile metalice înglobate (fig.3.1), având o stabilitate mare la degradare ciclică,

cutremure succesive, etc., ele putând fi folosite la clădiri multietajate;

Principala caracteristică a acestor armături o constituie rigiditatea ridicată în raport cu lungimea lor, putând fi folosite ca elemente portante în cursul procesului de execuţie a construcţiei, Se utilizează sub formă de profile independente şi carcase spaţiale sudate.

3.4.3. Betonul cu armšturš dispersšBetonul cu armătură dispersă sub formă de fibre este tratat în capitolul 4.


Betonul armat dispers cu diferite fibre 24

CAPITOLUL 4BETONUL ARMAT DISPERS CU DIFERITE FIBRE.

PARTICULARITŠŢI DE ALCŠTUIRE, COMPORTARE, PROPRIETŠŢI

4.1. Consideraţii generale privind fibreleCerinţele de bază ale fibrelor, când este necesară îmbunătăţirea rezistenţelor mecanice şi

întârzierea procesului de fisurare sunt: rezistenţă ridicată la alungire şi modul de elasticitate adecvat, aderenţă sporită la matrice, stabilitate chimică; mai mult, fibrele ar trebui să aibă abilitatea de a suporta eforturile o perioadă mai mare de timp. Proprietăţile fibrelor folosite la armarea dispersă a betoanelor sunt acum, în marea lor majoritate, cunoscute.

Majoritatea aplicaţiilor din beton armat dispers cu fibre sunt bazate pe ideea îmbunătăţirii proprietăţilor de rezistenţă. Totuşi, rolul armării cu fibre nu constă, atât în îmbunătăţirea rezistenţelor statice, cât în controlul procesului de fisurare, şi prin aceasta, în îmbunătăţirea ductilităţii, a proprietăţilor de absorbţie a energiei şi a rezistenţei la impact, şoc şi variaţii de temperatură. Din acest punct de vedere este relevant ce spune C.D. Johnstone [63]: "Numai în cazul în care inginerii vor înceta să gândească din punct de vedere al rezistenţei, nu vor fi dificil de găsit multe alte zone de aplicaţii ale acestor noi materiale şi de asemenea vor putea fi aduse îmbunătăţiri acestora".

4.2. Tipuri de fibre utilizate pentru armarea dispersš4.2.1. Fibre de azbest

Aceste fibre rezultă din mineralul natural azbest prin defibrare (mecanică sau chimică) în fibre elastice extrem de fine, care au un aspect exterior asemănător cu al bumbacului, având însă rezistenţe mai mari la temperaturi ridicate şi solicitări mecanice. Rezistenţa la întindere, stabilitatea termică şi capacitatea de absorbţie, sunt caracteristici fizico-mecanice pe care azbestul (fibrele de azbest) le posedă şi le transmit şi betoanelor armate cu astfel de fibre. Deşi fibrele deazbest au rezultate dintre cele mai bune la armarea dispersă, au dezavantajul că, pătrunzând în plămân pot genera tumori maligne. Din acest motiv utilizarea acestui tip de fibre este limitată.

4.2.2. Fibre de sticlšProducţia industriala a început după anul 1930 (in Anglia la

Glasgow), având ca aplicabilitate izolarea conductoarelor electrice, iar mai târziu. În Romania debutul producţiei industriale a fibrelor de sticla a avut loc abia in anul 1975 la FIROS Bucureşti.

Fibrele de sticla nu sunt higroscopice, nu putrezesc şi nu ard.

Fibrele de sticlă sunt casante şi tind să se deterioreze sau să se separe la impact şi abraziune în timpul proceselor convenţionale de preparare a betoanelor, astfel încât folosirea lor la prepararea betoanelor este destul de limitată.

Fig. 4.1. Fibre de azbest [145]

Fig. 4.2. Fibre de sticlă [152]



4.2.3. Fibre de oţel

Fig. 4.4. Fibre de oţel

Fibrele de oţel, rotunde iniţial, s-au produs prin tăierea sârmelor de oţel cu secţiunea uniformă, fabricate în laminoare speciale. Pentru mărirea productivităţii, acestea se pot grupa în fascicule, tăiate cu cuţite ghilotină sau alte dispozitive speciale. Pentru îmbunătăţirea rezistenţei la smulgere, destul de scăzute a fibrelor de secţiune netedă, datorită slabei aderenţe la beton, au fost folosite şi omologate tipuri de fibre cu suprafeţe deformate. Fibrele de formă ondulată, continuă pe toată lungimea, au îmbunătăţit de asemenea rezistenţa la smulgere. Mai recent, fibrele au fost produse într-o mare varietate de forme, ondulate sau drepte, cu suprafaţa neprelucrată, cu sau fără capete îngroşate.

Acest gen de fibre sunt utilizate în principal în betoane şi, mai rar, în mortare sau paste de ciment, unde, spre deosebire de multe alte fibre, ele nu sunt afectate de alcalinitatea amestecului.

Fabricarea unor fibre unite la un loc cu ajutorul unei soluţii de lipire speciale, solubilă în apă, facilitează utilizarea fibrelor de lungimi mai mari decât în cazul în care acestea ar fi separate, eliminându-se astfel problemele ce apar datorită formării unor gheme (aglomerări de fibre).

Îmbunătăţirea proprietăţilor fibrelor, care, la rândul lor, influenţează creşterile de rezistenţă la întindere sunt prezentate în fig. 4.5 [112]. Interesant din punct de vedere practic este creşterea rezistenţei la încovoiere şi faptul că, datorită fibrelor, distribuţia eforturilor în zona întinsă este aproape constantă.

4.2.4. Fibre de carbonÎntre multiplele materiale neconvenționale care s-au impus tot mai mult in ultimul timp se

numără şi fibrele de carbon. Fibrele de carbon, materialul folosit preponderent pentru consolidarea materialelor plastice nu încetează să ofere surprize: un exemplu recent îl constituie construcţia de poduri.

Constructorii de poduri cred ca fibrele de carbon ar putea revoluţiona acest sector tehnic. Primul pod de autostradă construit în Europa care foloseşte module sandwich din fibre de carbon şi din fibre de sticlă, se întinde deasupra noii autostrăzi a aeroportului din Asturia, în Spania.

Eugenio Gutierrez Tenreiro, directorul proiectului "materiale compound" arată că fibrele de carbon se evidenţiază ca material de construcţie prin două însuşiri esenţiale: el este uşor, iar construcţia are loc cu costuri reduse. Podul de la aeroportul din Oviedo cântăreşte 200 de tone, mai puţin de jumătate din greutatea unui pod din beton armat construit convenţional. La aceasta se adaugă viteza neobişnuită cu care poate fi construit: podul a fost terminat în două zile.

Fibrele de carbon pot fi produse, atât prin carbonizarea fibrelor acrilice (poliacrilonitril sau

Fig. 4.6. Fibre de carbon [27]



mătase) la temperaturi înalte (pentru a conferi fibrelor modul de elasticitate şi rezistenţe sporite) sau, mai ieftin, prin extragerea catranului din petrol sau cărbune.

Îmbunătăţirile proprietăţilor pot fi semnificative chiar pentru eforturi de întindere şi, desigur, mult mai mari pentru încovoiere (fig. 4.7), datorită distribuţiei eforturilor în domeniul plastic în zona întinsă.

Fig. 4.7. Comportarea la solicitarea de încovoiere a betoanelor nearmate şi a matricilor armate cu fibre [112]

4.2.5. Fibre de aramidFibre de aramid (kelvar) au fost utilizate la început pentru realizarea frânghiilor, velelor şi

anvelopelor. Ele sunt caracterizate printr-o rezistenţă foarte ridicată, modul de elasticitate de asemenea foarte mare şi o excelentă stabilitate chimică. Au, în schimb, preţul ridicat. Din punct de vedere tehnic, ele sunt capabile a îmbunătăţi semnificativ performanţele betonului, rezistenţa la întindere şi încovoiere (fig. 4.8) [112]. Este îmbunătăţită durabilitatea şi rezistenţa la şoc şi, spre deosebire de fibrele de carbon, ele nu se deteriorează uşor în timpul procesului de preparare.

Durabilitatea fibrelor de aramid în matrice este nesigură.

4.2.6. Fibre de polietilenšPolietilena obţinută din molecule de mărime normală are un modul de elasticitate scăzut,

aderenţă redusă la pasta de ciment şi o rezistenţă superioară în mediul alcalin. Totuşi, densitatea mare, modificările modulului de elasticitate faţă de polimerii de bază, realizarea fibrelor cu suprafaţa deformată pentru îmbunătăţirea aderenţei la matrice, conferă compozitului astfel obţinut o comportare apropiată de cea elastoplastică, ceea ce permite utilizarea fibrelor cu lungimi de 40 mm în amestecurile convenţionale de beton (fig. 4.9) [112]. Fibrele pe bază de polietilenă sunt indicate a fi folosite la realizarea elementelor cu secţiuni reduse.

4.2.7. Fibre acriliceDescrise din punct de vedere chimic ca poliacrilonitril, aceste fibre sunt interesante, în

primul rând, pentru elementele cu secţiuni reduse, la înlocuire azbocimentului.Rezistenţa la încovoiere nu este modificată în mod semnificativ, dar indicele de duritate la

încovoiere este mărit, conferind astfel materialului o comportare elasto-plastică prin utilizarea unor fibre de acest tip în matricea de ciment (fig. 4.10) [112].

4.2.8. Fibre din poliester Termenul de poliester cuprinde o varietate de materiale din cadrul fibrelor textile,

dezvoltate în anii 50, dintre care o parte au început să fie luate în considerare pentru armarea



dispersă a betoanelor. În lucrările de specialitate se subliniază că folosirea unui volum de 0,1% poate asigura o comportare bună la fisurarea din contracţie. În schimb, la această concentraţie nu se realizează creşteri semnificative ale unor proprietăţi, cum ar fi rezistenţa şi duritatea.

Durabilitatea fibrelor de poliester în matrice este discutabilă. Unii cercetători arată că aceste fibre îşi reduc în timp rezistenţa în prezenţa constituenților alcalini ai cimentului.

4.2.9. Fibre naturaleFibrele naturale sunt considerate ca reprezentând un potenţial avantajos pentru armarea matricelor, ca urmare a faptului că sunt disponibile în cantităţi mari şi la un preţ redus. Fibrelenaturale sunt obţinute din fructele, frunzele şi tulpinele unor plante şi arbori de o mare varietate. Dintre fibrele obţinute din fructe, doar fibrele de cocos sunt interesante pentru compozitele pe bază de ciment. Cele mai importante fibre obţinute din frunze, sunt fibrele de sisal. Fibrele din tulpine includ iuta, inul, ramie, sunn, kenaf, urena, elephant grass, de asemenea cânepa (care este mai scumpă), precum şi celuloza de la diferite specii de lemn. Multe dintre fibrele naturale sunt însă susceptibile la putrezire, ca rezultat al acţiunii bacteriilor şi ciupercilor, care se dezvoltă în condiţii de umiditate, determinând reduceri ale rezistenţei la întindere şi a modulului de elesticitate, precum şi o instabilitate dimensională excesivă în timpul ciclurilor de umezire-uscare.

4.2.10. Fibre de poliproilenš

Fig. 4.12. Fibre din polipropilenăFibrele de armare din polipropilenă sunt produse

din polipropilenă pură 100%. Aceste fibre sunt rezistente la mediile alcaline create de amestecurile de ciment, fără să se degradeze. Sunt non magnetice, rezistente la coroziune, neutre din punct de vedere chimic, nu absorb apa. Fibrele din polipropilenă se găsesc sub două forme:

- tip F - din polipropilenă interpolate şi fibrilate- tip M - sunt în formă de multifilament.Iniţial, fibrele de polipropilenă s-au folosit sub

formă de monofilamente netede cu secţiune constantă, scăzut şi aderenţă slabă la pasta de ciment. Pentru îmbunătăţirea legăturii de aderenţă dintre fibră şi matrice, procesul numit fibrilare a devenit foarte folosit, obţinându-se astfel o structură cu o comportare superioară. Fibrele pot fi folosite sub două forme: de armătură continuă, plase dispuse într-un strat, sau sub formă de fibre scurte discontinue, orientate întâmplător în amestecul convenţional de beton.

Fig. 4.13. Diagrama efort-deformaţie pentru betoane armate cu fibre de

polipropilenă



În primul caz, volumul de fibre se poate apropia de 10%. Îmbunătăţirea proprietăţilor este substanţială, uneori compozitul comportându-se foarte bine deasupra domeniului elasto-plastic (fig. 4.13) şi având o capacitate de absorbţie a energiei superioară matricilor armate cu azbest şi a celor armate cu fibre de sticlă (fig. 4.14) [40]. În cel de al doilea caz, volumul de fibre este mult mai mic, deoarece aria suprafeţei lor specifice, destul de mare, face dificilă încorporarea unei cantităţi mai mari de 0,75% din volum, iar lungimea fibrelor (40mm sau mai mult) într-un amestec convenţional de beton cu dimensiunile agregatelor de până la 20 mm (fig. 4.15). Un volum de până la 2% este posibil numai în cazul fibrelor mai scurte (mai puţin de 20mm) şi dimensiuni ale agregatelor mai mici.

Rezistenţa la fisurare datorită contracţiei, în condiţiile deformațiilor împiedicate, este de asemenea îmbunătăţită (fig. 4.18, fig. 4.19) [112].

Durabilitatea fibrelor în matrice în condiţii naturale şi accelerate este excelentă [69]. Testele pentru imersie în mediu alcalin au pus în evidenţă că, la temperaturi mai mari de 90°C, polipropilena va rămâne cu 90% din rezistenţa sa iniţială, pentru cel puţin 50 de ani.

4.3. Particularitšţi ale betoanelor armate cu fibre din polipropilenš4.3.1. Lungimea minima a fibrelorÎn baza studiilor experimentale [16], s-a evidenţiat faptul că, lungimea fibrelor din

polipropilenă folosite pentru armarea dispersă trebuie să îndeplinească anumite condiţii. Pentru stabilirea lungimii minime a fibrei, se presupune că aceasta este orientată în direcţia eforturilor de întindere care solicită matricea m, luându-se în considerare mecanismul de transmitere a eforturilor unitare de la matrice la fibre [108].

Din relaţia (4.2) se observă că lungimea critică depinde de diametrul fibrei şi de efortul unitar în fibră, deci de tipul fibrei şi de efortul unitar mediu de aderenţă.

Argon şi Shack [16] au propus ca lungimea minimă a fibrei să se calculeze cu relaţia:l = 2 × lc [4.3]

4.3.2. Aderenţa suprafeţei fibrei la matriceÎn orice sistem compozit, proprietăţile fizice şi chimice ale constituenţilor şi interacţiunea

dintre ei, determină comportamentul materialului. În sistemele bazate pe ciment, zona de contact dintre fibre şi matrice este adesea difuză şi, în locul delimitărilor distincte dintre acestea două, există o tranziţie continuă, de la o fază la cealaltă. Adesea, rezistenţa şi durabilitatea zonei de contact indică o combinaţie de caracteristici fizice şi chimice ce se datorează formării produşilor de

Fig. 4.14. Absorbţia de energie pentrubetoane armate cu fibre continue de polipropilenă

Fig. 4.15. Comportarea la încovoiere a betoanelor armate cu fibre de propilenă



reacţie la suprafaţă. Evident că, proprietăţile compozitului sunt mult influenţate de aderenţa la această suprafaţă şi că, adesea, zona de contact reprezintă cea mai slabă legătură a sistemelor.

Tabelul 4.1. Rezistenţa la smulgere fibrš – matrice [112]

Matrice FibreRegim de

conservare

Rezistenţa la smulgere

m [N/mm2]

Pastă de ciment Azbest - 0,83-3,17Pastă de ciment Sticlă Apă 6,40 - 10,00Beton Nailon - 0,14Beton Polipropilena - 1,0Mortar (A/C = 0,50) Oţel - 5,40Beton Oţel - 3,90

4.3.3. Distribuţia şi orientarea fibrelorOrientarea unei fibre faţă de planul fisurii

influenţează puternic capacitatea ei de a transmite sarcina prin fisură. O fibră care are o orientare paralelă cu fisura nu exercită nici un efect favorabil, în timp ce una perpendiculară pe fisură are un efect maxim.

Eficienţa fibrelor într-o matrice depinde de numărul fibrelor care intersectează o unitate de suprafaţă şi de rezistenţa la smulgere a fibrelor, care este dependentă de factori ca raportul geometric (l/df), forma şi textura suprafeţei.

Ecuaţia care permite determinarea numărului de fibre ce traversează o unitate de arie de beton armat dispers este de forma [112]:

f

f

Av

N [4.7]

unde: N - reprezintă numărul de fibre pe unitatea de arie;vf - reprezintă procentul volumetric de armare;

Af - reprezintă aria secţiunii transversale a fibrei (4

2f

f

dA

);

df - reprezintă diametrul fibrei; - reprezintă factorul de orientare.Valorile folosite în literatura de specialitate pentru factorul de orientare [105] variază de

la 0,41 la 0,82.

Fig. 4.23. Comportarea la încovoiere a betoanelor armate dispers funcţie de

orientarea şi distribuţia fibrelor

Fig. 4.24. Orientarea fibrelor în masa betonului



Într-un volum oarecare de beton, în care fibrele sunt uniform dispersate, este de aşteptat ca acestea să fie orientate după diferite direcţii în spaţiu - fig.4.24.a.

Efectele orientării fibrelor sunt, în general, luate în consideraţie prin folosirea aşa numitului factor de orientare . De fapt, acest factor este o medie a raportului pentru fibrele cu orice orientare posibilă, a lungimii de calcul proiectate a fibrelor după direcţia eforturilor de întindere şi lungimea efectivă a fibrelor. În cazul orientării tridimensionale, o fibră are aceeaşi probabilitate să fie orientată în orice direcţie.

Numărul mediu al fibrelor pe unitatea de arie poate fi considerat ca fiind numărul total de fibre, cu un factor de orientare, ce traversează unitatea de arie (fig. 4.29) [105]:

N = P×Ntot f

f

A

v [4.11]

unde: P - reprezintă probabilitatea unei fibre de

a traversa unitatea de arie (fig.4.29) considerată;Ntot - reprezintă numărul total de fibre,

lhblA

vN

ff

ftot

.

4.3.4. Intervalul dintre fibrePentru investigarea distribuţiei fibrelor în materiale compozite netransparente cum este, de

exemplu, betonul armat cu fibre există doar câteva metode. Una din metodele cele mai simple de măsurare a cantităţii de fibre din betonul armat dispers este spălarea betonului din amestecul proaspăt înainte ca acesta să se întărească. De asemenea, informaţii pot fi obţinute şi prin investigaţii asupra suprafeţelor desprinse din elemente deteriorate, numărul fibrelor fiind obţinut prin numărare directă.

Fig.4.30. Intervalul S dintre fibre funcţie de procentul volumetric de armare vf

Fig. 4.31. Intervalul S dintre fibre funcţie de lungimea lf a fibrelor

Dacă notăm cu vf conţinutul de fibre din volumul considerat şi schimbăm notaţiile din [66], se poate demonstra că valoarea distanţei dintre fibre "S" poate fi definită prin relaţia:

3

2

4 f

ff

vld

S

[4.12]

În afara expresiilor menţionate pentru determinarea distanţei dintre fibre, în literatura despecialitate mai pot fi întâlnite şi alte relaţii; toate acestea conduc la rezultate aproximativ egale şi

Fig. 4.29. Numărul de fibre pe unitatea de arie



sunt dependente [16] de procentul volumic de armare (fig. 4.30), de lungimea fibrelor (fig. 4.31) sau de diametrul fibrelor (fig. 4.32).

4.3.5. Raportul sau aspectul geometric al fibrelorRaportul geometric sau aspectul geometric al fibrelor este o caracteristică ce reprezintă

raportul dintre lungimea şi diametrul fibrelor de secţiune circulară.În literatura de specialitate se arată că există un raport geometric critic, la care fibrele pot

fi privite ca operând cu eficienţă maximă. Unii autori susţin că această eficienţă maximă nu poate fi obţinută în practică. Motivul este că, acele fibre care au raportul geometric, respectiv lungimea, mai mare decât cel cerut, se strâng în ghemotoace, dificil de dispersat înaintea şi în timpul procesului convenţional de amestecare a betonului. Există unele date [106] care indică faptul că, indiferent de raportul geometric (l/df) lungimea fibrei trebuie să depăşească mărimea maximă a agregatelor din matrice.

4.3.6. Conţinutul de fibrePentru îmbunătăţirea proprietăţilor betonului obişnuit, este necesară o cantitate de fibre de

minim 1 Kg/m3, corespunzător la circa 0.04% din greutatea amestecului şi 0,11% din volumul total al amestecului. Eficienţa adaosului de fibre sporeşte odată cu creşterea conţinutului său[105]. De asemenea, conţinutul de fibre influenţează compactibilitatea betonului armat dispers, lucru pus în evidenţă prin testul VeBe.

4.3.7. Textura, forma şi natura suprafeţei fibreiOrice soluţie de creştere a rezistenţei la forfecare a legăturii dintre suprafaţa fibrei şi

matricei măreşte valoarea rezistenţei fibrei şi îi îmbunătăţeşte eficienţa. Astfel de soluţii includ procese de producere a unor fibre cu suprafeţe deformate sau cu asperităţi, cu capete deformate sau cu diverse profiluri în lungul lor.

4.3.8. AgregateleIn afara factorilor menţionaţi anterior, mărimea, forma şi volumul fracţiunii agregatelor

exercită, de asemenea, o anumită influenţă asupra proprietăţilor betonului cu armare dispersă. Cu cât dimensiunile agregatelor sunt mai mari, cu atât sunt mai mari şi problemele de asigurare a aderenţei dintre fibre şi beton.

Se recomandă ca agregatele să nu depăşească 10mm în diametru.Pe baza rezultatelor experimentale, se poate afirma că, la un volum de agregate cunoscut

există un conţinut critic de fibre, peste care compactitatea scade.

4.3.9. Cimentul influenţează comportarea betoanelor cu armare dispersă proporţional cucantitatea adăugată. Astfel, o cantitate mai mare de ciment asigură o aderenţă mai bună între fibre şi matrice, ceea ce determină o comportare mai bună a materialului în ceea ce priveşte apariţia fisurilor, efectul la acţiunile exterioare şi deformaţiile.

4.4. Prepararea şi punerea în operš a betoanelor armate cu fibreÎn general, pentru prepararea betoanelor cu fibre, sunt valabile aceleaşi principii de bază ca

şi la betoanele obişnuite. Totuşi, la prepararea şi punerea în operă a acestora, trebuie avut în vedere faptul că lucrabilitatea betonului este influenţată în mare măsură de adaosul de fibre.

La prepararea betoanelor armate cu fibre trebuie luate măsuri deosebite, mai ales în direcţia evitării formării aşa numitelor gheme de fibre sau arici de fibre [72]. Este de precizat



faptul că datorită fibrelor încorporate la prepararea betoanelor armate cu fibre, dispozitivul de preparare a acestuia are un grad de uzură sporit.

Punerea în operă se poate face prin turnare manuală în cofraje montate anterior, prin procedeul de pompare sau, în cazul suprafeţelor mari cu grosimi relativ reduse, prin torcretare.

O tehnologie larg răspândită, în prezent, mai ales la realizarea tunelurilor şi galeriilor, este extruderea. Acest procedeu constă în aceea că betonul este pompat în spatele scutului maşinii prin mai multe ştuţuri practicate în cofrajul mobil frontal de formă inelară. Spaţiul care urmează a fibetonat este limitat în exterior de un perete deja existent, la interior de cofrajul metalic iar în faţă de cofrajul mobil în continuuă mişcare [72].

În ceea ce priveşte procedeul de torcretare, acesta este folosit mai ales în lucrările de reparaţii şi consolidare a structurilor.

În ceea ce priveşte compactarea betonului armat cu fibre, se folosesc vibratoare exterioare şi interioare. În cazul unor procente ridicate de fibre, folosirea vibratoarelor interioare este dificilă, deoarece există posibilitatea formării unor zone cu concentraţie mică de fibre.

4.5. Proprietšţi ale betoanelor armate cu fibre din polipropilenšPrin adăugarea unei anumite cantităţi de fibre se îmbunătăţesc multe din proprietăţile

betoanelor obişnuite. Influenţa fibrelor este resimţită mai ales în comportarea la întindere, la încovoiere, la fisurare, deformare şi la uzură etc.

4.5.1. Reologia betonului armat cu fibre din polipropilenšProprietăţile reologice ale betonului armat cu fibre depind, în general, de tipul de fibră, şi

în special, de metoda sau modul de execuţie. Sunt cunoscute în prezent numeroase metode folosite pentru obţinerea betonului armat cu fibre.

4.5.2. Caracteristica de "curgere" sau consistenţš a betonului armat cu fibreSchimbarea caracteristicilor de curgere a betonului proaspăt, ca urmare a adaosului de

fibre, este puţin sesizabilă. Marele avantaj al folosirii betoanelor armate cu fibre este acela că, poate fi utilizat atât, în orice fabrică de prefabricate, cât şi pe şantiere, pentru realizarea oricărui tip de construcţie.

4.5.3. Gradul de compactare a betonului armat cu fibre din polipropilenšExperienţa folosirii betonului armat cu fibre arată că [43], [107] şi în cazul creşterii mici a

conţinutului de agregate, este sporită dificultatea de compactare a betonului armat cu fibre. De asemenea, diametrul şi lungimea fibrelor influenţează gradul de compactare.

Vibrarea tiparului sau cea exterioară este preferabilă vibrării interioare pentru amestecuri dense, compacte; cu toate acestea, vibrarea exterioară nu este practicată pentru toate domeniile de folosinţă a betoanelor armate cu fibre şi aceasta deoarece este necesară o lucrabilitate sporită a amestecurilor de betoane armate dispers cu fibre [5]. Vibrarea prelungită poate cauza aglomerarea fibrelor.

4.5.4. Porozitatea şi permeabilitatea betonului armat dispers cu fibre din polipropilenš. Porii sunt goluri dispersate într-un material solid şi pot avea o dispunere regulată sau întâmplătoare. Prin definiţie, mortarele, betoanele şi betoanele armate cu fibre sunt toate materiale poroase. Adaosul de fibre în beton tinde să crească valoarea porozităţii şi să schimbedistribuţia porilor. Aceasta poate conduce la reducerea rezistenţelor şi a durabilităţii dacă nu sunt luate măsuri corespunzătoare.



4.5.5. Proprietšţi termice ale betonului armat cu fibre din polipropilenšPentru beton, parametrii privind dilatarea termică şi conductivitatea termică prezintă

interes; căldura specifică nu este un parametru care se determină de obicei. În ceea ce priveşte betonul armat cu fibre, nu există decât foarte puţine rezultate experimentale.

4.5.6. Proprietšţi de deformare a betoanelor armate cu fibre din polipropilenš- Contracţia şi curgerea lentă. Betonul prezintă proprietăţi de deformare, atât în procesul

de întărire, cât şi sub acţiunea sarcinilor exterioare. Prezenţa unor incluziuni rigide în matrici, fie sub forma agregatelor sau a fibrelor, sau a ambelor, împiedică aceste deformaţii, chiar dacă nu pot fi înlăturate în totalitate.

4.5.7. Rezistenţele mecanice ale betoanelor armate cu fibre din polipropilenš- Rezistenţa la întindere. Comportarea la întindere a betoanelor armate cu fibre de

polipropilenă, în cazul general, depinde de procentul de armare cu fibre şi de alte caracteristici ale fibrelor cum ar fi: rezistenţa la întindere, elongaţia la rupere, modulul de elasticitate, rezistenţa legăturii dintre fibre şi matrice, coeficientul lui Poisson, raportul geometric, textura, forma şi suprafaţa fibrelor.

Cea mai mare parte a sarcinii revine matricii. Fibrelor le revine puţin deoarece volumul lor este relativ mic în comparaţie cu cel al matricii (segmentul OA pe figură). Deoarece microfisurile se dezvoltă treptat, formând fisuri continue pe întreaga arie încărcată, sarcina este transferată

progresiv prin forfecare la interfaţa fibră-matrice, până când este preluată în întregime de fibre (punctul A pe curbă).

Dacă fibrele sunt scurte şi procentul volumic este mic, există posibilitatea ca fibrele să nu poată prelua sarcina transferată şi atunci, fie se rup, din cauza depăşirii rezistenţei lor la întindere fie sunt smulse din matrice cu o descreştere progresivă a efortului, din cauza ruperii legăturilor de aderenţă fibră-matrice (AB în figura 4.42). Pe de altă parte dacă, procentul volumic de fibre şi lungimea lor este corespunzătoare, fibrele ar putea prelua întreaga sarcină, chiar când matricea fisurează progresiv sub efort aproape constant (porţiunea AC pe

curbă). În aceste condiţii, capacitatea de încărcare a compozitului poate să crească până la un maxim dat de rezistenţa la întindere şi la smulgere a fibrelor (porţiunea CD de pe curbă). În general, porţiunea ACD de pe diagramă este continuă, fără o pauză evidentă în punctul C.

- Rezistenţa la compresiune. Creşterile maxime ale eforturilor de compresiune în cazul betoanelor armate cu fibre de polipropilenă, sunt de aproximativ 30% faţă de rezistenţa la compresiune a betoanelor obişnuite.

Fisurarea matricei nu este produsă direct de forţele de compresiune, aşa încât fibrele au un efect neglijabil după direcţia de aplicare a forţelor. Din experimentările efectuate, s-a putut desprinde concluzia că, testele de compresiune standard sub încărcare axială, produc o combinaţie de fisuri datorită forfecării la capetele probei cu deformaţii laterale, ca şi fisurarea porţiunii centrale a probei, când eforturile de întindere laterală depăşesc limita de fisurare a betonului. Astfel fibrele pot să exercite un efect de armare după direcţie transversală (efect de confinare).

Fig. 4.42. Diagrama efort-deformaţii idealizate pentru solicitarea de întindere



Fig. 4.43. Comportarea la compresiune şi la încovoiere a betonului simplu şi a betonului armat cu fibre

- Rezistenţa la încovoiere. Conform ACI - Committee 544, rezistenţa la încovoiere este definită ca fiind rezistenţa la apariţia primei fisuri pe proba testată.

S-a descoperit că în timp ce betonul simplu are deformaţii la rupere de aproximativ 100 x 10-6 m/m, betoanele armate cu fibre sunt capabile să preia eforturi mai mari şi să prezinte deformaţii înainte de rupere cuprinse între 2000 x 10-6 m/m şi 5000 x 10-6 m/m (deci, de 20 – 50 de ori mai mari). Această caracteristică este considerată de specialişti ca fiind cea mai importantă proprietate a betoanelor armate dispers cu fibre.

4.6. Avantajele utilizšrii fibrelor din polipropilenšÎntre avantajele utilizării fibrelor din polipropilenă se pot enumera următoarele (selecţie):- utilizarea fibrelor de polipropilenă în compoziţia betonului măreşte rezistenţa la întindere

şi la compresiune a acestuia;- suprafaţa betonului armat dispers cu fibre de polipropilenă este mult mai rezistentă la

acţiunea substanţelor corosive, la acţiunea intemperiilor (îngheţ în mod deosebit), la acţiunea materialelor degivrante (sare);

- adăugarea de fibre de polipropilenă măreşte rezistenţa betonului la uzură prin frecare, în acest fel reducându-se costurile realizării unor pardoseli industriale de calitate;

- betoanele armate dispers cu fibre de polipropilenă au o rezistenţă mărită la şocuri;- utilizarea fibrelor de polipropilenă contribuie la eliminarea degradărilor provocate de

corodarea armăturilor şi în acest mod la prelungirea duratei de viaţă a construcţiilor;- betoanele armate dispers cu fibre de polipropilenă corespund normelor PSI, prezenţa

fibrelor reducând în mare măsură exfolierile provocate de foc;- adăugarea de fibre de polipropilenă în masa betonului conduce la obţinerea unor

rezistenţe iniţiale mari cu efecte imediate asupra timpului necesar până la decofrare;- avantajele folosirii betonului armat cu fibre de polipropilenă sunt evidente la

prefabricatele cu dimensiuni reduse, la care costurile de armare cu bare sunt ridicate;- greutatea redusă a prefabricatelor din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă este

un avantaj, la plăcile de faţadă, la lucrări de consolidare şi la transportul elementelor;- folosirea betonului armat cu fibre de polipropilenă permite reducerea duratei de execuţie

a lucrărilor (se poate ajunge la o reducere de aproximativ 50%).- asigura o armare tridimensionala în toata masa amestecurilor - elimina crăpăturile şi fisurile datorate tensiunilor şi contracțiilor- reduce în mare măsură permeabilitatea betoanelor şi mortarelor- fibrele de armare sunt neutre la componentii chimici corozivi


Betonul armat dispers tratat ca material compozit35

CAPITOLUL 5BETONUL ARMAT DISPERS TRATAT CA MATERIAL COMPOZIT

Betonul armat dispers cu fibre poate fi considerat un material compozit şi, ca atare, pentru determinarea teoretică a proprietăţilor sale sunt necesare o serie de idealizări ale modului de comportare a materialelor constituente şi apoi efectuarea unor verificări experimentale.

5.1. Elemente introductive despre materialele compoziteConceptul de material compozit este vechi şi nou în acelaşi timp. Este vechi pentru că

materialele compozite au fost utilizate încă din antichitate, cunoscându-se faptul că prin combinarea mai multor materiale se obţin materiale cu proprietăţi superioare. Este nou pentru că dorinţa explorării spaţiului a readus problema în actualitate, pe altă spirală a dezvoltării şi cu implicaţii în mult mai multe domenii [61].

5.2. DefiniţiiMaterialul compozit este un sistem multifazic obţinut pe cale artificială, prin asocierea a cel

puţin două materiale, chimic distincte, cu interfaţa de separare clară între cele două componente, în scopul obţinerii unor performanţe superioare în raport cu cele ale componentelor de plecare [11]

saueste un material format din mai multe componente, a căror organizare şi elaborare, permit

folosirea celor mai bune caracteristici ale componentelor, astfel încât acestea să aibă proprietăţi finale în general superioare componentelor din care sunt alcătuite [71].

Concepţia de bază a materialelor compozite este folosirea asociată a unor materiale cu proprietăţi cunoscute pentru obţinerea unui material nou cu proprietăţi superioare şi posibilitatea de dirijare a acestor proprietăţi.

5.3. Fazele constituente ale materialului compozit

Materialul compozit, este alcătuit (fig. 5.1) din:- faza continuă, cunoscută sub denumirea

de matrice sau masă de bază;- faza discontinuă, cunoscută sub

denumirea de armătură sau ranforsant (fibre, foiţe, solzi, particule);

- adaosurile tehnologice.

5.4. MatriceaMatricea este masa de bază, identificată cu un “continuu” al compozitului. Funcţie de

natura materialului folosit, matricea poate fi (fig.5.2.):

5.4.1. Funcţiunile matriceiMatricea îndeplineşte în compozit următoarele funcţiuni [114]:- stabileşte forma definitivă a produsului realizat din materialul compozit;- înveleşte fibrele astfel încât să le protejeze atât în fazele de formare ale produsului cât şi

pe durata de serviciu;

Fig. 5.1. Fazele componente ale compozitelor



- împiedică flambajul fibrelor, deoarece fără mediul de susţinere armătura nu este capabilă să preia eforturi de compresiune;

- matricea constituie mediul de transmitere a eforturilor prin compozit astfel că, la ruperea unei fibre, reîncărcarea celorlalte fibre se poate realiza prin contactul de la interfaţă;

- permite redistribuirea concentrărilor de tensiuni şi deformaţii evitând propagarea rapidă a fisurilor prin compozit;

- asigură compatibilitatea termică şi chimică în raport cu armătura.

5.5. ArmšturaArmatura este faza discontinuă constituită din elemente insolubile în masa matricei şi

dispuse mai mult sau mai puţin uniform în matrice. Armarea masei de bază se prezintă sub mai multe forme (fig.5.3.): particule, lamele, solzi, fibre continue sau discontinue.

5.5.1. Funcţiunile armšturii- armătura contribuie la creşterea rigidităţii şi rezistenţei compozitului în principal după

direcţia fibrelor, deşi nu sunt excluse unele contribuţii „laterale” [115];- creşterea rigidităţii şi a rezistenţei compozitului este proporţională cu fracţiunea

volumetrică de fibră dispusă paralel cu direcţia efortului aplicat;- în cazul unor anumite fracţiuni volumetrice de fibră şi dispuneri geometrice ale armăturii,

rezistenţa şi rigiditatea la tracţiune a compozitului cresc prin sporirea rigidităţii relative a armăturii faţă de matrice;

- fibrelor li se cere să aibă variaţii reduse ale rezistenţelor individuale, caracteristici geometrice uniforme şi stabilitatea proprietăţilor în timpul operaţiunilor de manipulare şi punere în operă.

5.6. Clasificarea materialelor compoziteCriterii de clasificare a materialelor compozite: a) După modul de distribuţie a armăturii [24]:- compozite izotrope (compozite care conţin elemente disperse uniform repartizate de tip

particule, granule, fibre scurte);- compozite anizotrope (compozite la care proprietăţile sunt variabile funcţie de direcţie).b) După configuraţia şi orientarea armăturii (fig.5.4) [21]: armate cu particule sau cu fibrec) După numărul fazelor continue [118]:- mono-matriceale; când au o singură fază continuă ;- poli-matriceale când au mai multe faze continue şi fiecare fază continuă conţine una sau mai multe faze disperse.

d) După numărul materialelor de armare [118]:- compozite monotip, compozite care se caracterizează prin faptul că au armătura dintr-un

singur material şi sub o singură formă;- compozite hibride care au armătura dintr-un singur material dar sub mai multe forme, fie două sau mai multe materiale sub una sau mai multe forme.

e) După natura matricei- compozite cu matrice ceramică;- compozite cu matrice polimerică;- compozite cu matrice metalică.



Compozite cu matrice ceramicšCeramica tehnică este frecvent utilizată ca matrice datorită proprietăţilor intrinseci

deosebite, cum ar fi: rezistenţă mecanică superioară la temperaturi ridicate (acolo unde cele mai bune aliaje, chiar supuse la tratamente de ameliorare îşi pierd proprietăţile mecanice cu mult înaintea atingerii temperaturii de fluaj), valori mari ale rezistenţei la rupere sub sarcină la temperatura mediului ambiant, densitate de 2-3 ori mai mică decât a oţelurilor şi o duritate mare şi stabilă la creşterea temperaturii [24]. Marele dezavantaj al acestora este fragilitatea ridicată.

În această categorie se poate încadra şi betonul armat dispers cu fibre.

5.7. Interfaţa fibrš-matriceAnaliza unui material compozit nu se poate face fără cunoaşterea fenomenelor care au loc

la interfaţa fibră-matrice. Interfaţa fibră-matrice este o regiune de tranziţie cu o evoluţie gradată a proprietăţilor.

Transferul eforturilor la interfaţă este posibil numai dacă între componenţi se realizează un contact molecular intim prin distanţe comparabile cu cele din materialul obişnuit.

Regiunea de contact fibră-matrice poate fi tratată ca o a treia fază a compozitului; cedarea la interfaţă este adesea critică pentru proprietăţile compozitului, iar conlucrarea este asigurată mai ales în măsura în care se realizează pe cale chimică [11].

5.8. Caracteristici ale materialelor compoziteProprietăţile compozitului sunt puternic influenţate de proprietăţile materialelor

constituente, de distribuţia lor, şi de interacţiunea dintre ele. Astfel, în descrierea materialului compozit ca sistem, în afară de specificarea materialelor constituente şi ale proprietăţilor lor, este necesar să se specifice geometria armăturii în ansamblul sistemului, aceasta din urmă putând fi descrisă de formă, mărime (proporţii), distribuţie (ca mărime şi concentraţie) [11]. Sistemele care conţin armături cu geometria identică pot fi diferenţiate prin concentraţie, distribuţia concentraţiilor şi orientarea armăturilor.

5.9. Proprietšţi fizice ale materialelor compoziteGama principalelor proprietăţi ale materialelor sau combinarea acestora este determinantă

în stabilirea domeniului de utilizare. Deşi proprietăţile mecanice au stat în centrul atenţiei cercetătorilor privind posibilităţile de aplicare ale materialelor compozite polimerice, alte proprietăţi care pot fi incluse în domeniul larg al proprietăţilor fizice si chimice sunt de mare interes.

Dintre proprietățile fizice, cele mai importante sunt cele termice, electrice, optice, magnetice si acustice.

5.10. Avantajele materialelor compoziteParticularităţile de alcătuire, proiectare, fabricare şi utilizare ale materialelor compozite

asigură acestor sisteme avantaje importante faţă de materialele tradiţionale, cum ar fi:- comportarea globală a materialului compozit poate fi dirijată şi prognozată; - oferă posibilitatea de a se proiecta simultan materialul şi structura piesei;- numărul mare de variabile permite optimizarea din mai multe condiţii deodată prin

procese de analiză foarte complexe;- elementele realizate din materiale compozite au o siguranţă mai mare de funcţionare ;- au caracteristici mecanice ridicate atât la acţiuni statice cât şi la acţiuni dinamice cu



raportul dintre rezistenţă şi greutatea specifică superior majorităţii materialelor tradiţionale [114];- unele materiale compozite se pot proiecta şi realiza astfel încât să poată funcţiona timp

îndelungat în medii agresive;- elementele realizate din materiale compozite au o capacitate ridicată de amortizare a

vibraţiilor [114];- fibrele au de obicei tenacitate mică, dar care este compensată de ductilitatea matricei şi

de disiparea la interfaţă a energiei caracteristice solicitării;- stabilitate chimică şi rezistenţa mare la temperaturi ridicate (ex.:fibrele de Kevlar rezistă

până la 5000C, iar fibrele ceramice tip Al2O3, SiC între 1400-20000C);- densitate redusă în raport cu cea a metalelor [62];- rezistenţă ridicată la fisurare şi uzură;- coeficient de dilatare ce poate fi dirijat;- materialele compozite au o rezistenţă deosebit de ridicată la acţiunea proceselor

determinate de agenţii atmosferici [114].

5.11. Domenii de utilizareMaterialele compozite se utilizează în multe domenii de activitate printre care: domeniul

construcţiei automobilelor, al construcţiilor navale, domeniul chimic, domeniul sport – agrement, domeniul transporturilor, etc.

În domeniu construcţiilor, materialele compozite s-au utilizat cu mult timp înainte de a se pune problema definirii lor.

5.12. Tendinţe de cercetare si dezvoltareDirecţiile de cercetare-dezvoltare în domeniul materialelor compozite sunt diferenţiate

pentru multitudinea de materiale noi performante. Dintre aceste direcţii se pot evidenţia:- obţinerea de noi tipuri de sisteme multifazice care să satisfacă cerinţe din ce în ce mai

exigente ale diverselor domenii de aplicabilitate;- elaborarea de studii teoretice şi experimentale privind transformările structurale şi

defectele, în materialele supuse acţiunilor de deformare plastică sau radiaţiilor nucleare (compozite metalice);

- modelarea matematică a modificărilor proprietăţilor materialelor în funcţie de parametrii proceselor tehnologice;

5.13. Mecanismul de microfisurare şi cedare progresivš a betonului5.13.1. Generalitšţi privind modelarea matematicš comportšrii compozitelorCadrul matematic care permite anticiparea comportării materialelor compozite ca medii cu

un nivel de neomogenitate ridicat face apel la ecuaţii sau seturi de ecuaţii cu coeficienţi variabili. Transcrierea riguros matematică a condiţiilor de contur este dificilă, motiv pentru care se recurge la utilizarea ecuaţiilor principale cu coeficienţi medii, care transcriu în modelul matematic mediul neomogen. Evident este necesară o idealizare a problemei, prin utilizarea unor ecuaţii "omogenizate" [111].

Determinarea teoretică a proprietăţilor materialelor compozite comportă unele idealizări ale modului de comportare a materialelor constituente, motiv pentru care sunt necesare unele verificări experimentale.



5.13.2. Modelarea fizicš a fenomenului de fisurarea) Rigiditatea compozitelorRigiditatea compozitelor unidirecţionale (laminate) este guvernată de aceeaşi relaţie efort-

deformaţii care este valabilă şi la materialele convenţionale. Deosebirea constă în numărul constantelor independente, care sunt șase pentru compozite (numite constante inginereşti) şi trei pentru materiale convenţionale.

b) TensiuneaCa în cazul materialelor convenţionale, tensiunea nu este direct măsurabilă, dar poate fi

apreciată astfel:- prin analiza stării de tensiune pornind de la forţele exterioare aplicate,- măsurând deformaţiile şi aplicând relaţia efort-deformaţie.c) DeformaţiileDefinirea deformaţiilor materialelor compozite este identică cu a materialelor

convenţionale, continue şi omogene adică în plan:

x

ux

şi

y

vy

[5.1]

unde u şi v sunt deplasările infinitezimale în lungul axelor 0x şi 0y.

5.13.3. Micro-mecanica compozitelorÎn discuţia proprietăţilor compozitului este important de definit un element al volumului

suficient de mic pentru a fi perceput, dar suficient de important pentru a reprezenta comportarea elementului. Un astfel de element de volum este denumit element de volum reprezentativ. Un exemplu de element de volum reprezentativ poate fi o fibră înconjurată de masa matricei.

După alegerea elementului de volum reprezentativ este necesară descrierea proprietăţilor de contur proprii.

Din punctul de vedere al proprietăţilor de masă şi de volum compozitul, ca sistem, este definit ca asociere de mase sau de volume.

mf MMM [5.27]

sau vmf VVVV [5.28]

Proprietăţile materialelor compozite pot fi determinate exclusiv pe cale experimentală, dar aceasta adesea consumă timp şi implică costuri prohibitive. Un set de măsurători experimentale determină proprietăţile unui material compozit dat, obţinut într-un anumit proces de fabricaţie. Orice modificare în sistemul de variabile necesită noi măsurători.

Pentru aceste considerente, metodele semiempirice asigură calea cea mai avantajoasă de rezolvare a problemei.

5.13.4. Teorii de fisurareÎn teoria elasticităţii, determinarea rezistenţei unui material reprezintă, practic,

determinarea tensiunii în timp şi ca poziţie geometrică la momentul fisurării. La materialele izotrope, determinarea poziţiei în care apare prima fisură este foarte dificilă din însăşi condiţia de material continuu, izotrop al corpului. In acest caz esenţială este cunoaşterea modulului de elasticitate a lui Young, restul putându-se deduce.

Primul criteriu de stabilire a rezistenţei este acela al limitării valorilor σi şi corespunzător ɛi

la valorile maxime corespunzând ruperii.



5.13.5. Particularitšţi structurale ale betonuluiPentru a avea o imagine asupra modului de apariţie şi dezvoltare a microfisurilor în beton,

este necesar a fi cunoscută, (cel puţin la nivel macro), structura acestui material. Atunci când se fac referiri la structura betonului cu agregate minerale grele, de râu sau concasate, aceasta poate fi reprezentată sub forma unor reţele spaţiale, alcătuite din granule rezistente de agregat mineral, legate între ele prin piatra de ciment. Reţeaua spaţială conţine numeroase goluri, pori, micropori, microfisuri, canale capilare şi spaţii interstiţiale, umplute cu aer, cu vapori de apă sau alte gaze, cu apă liberă sau legată fizic sau alte soluţii lichide (toate acestea constituind defectele de structură ale betonului).

În betonul armat există un element suplimentar (armătura de oţel), cu caracteristici superioare de rezistenţă şi deformaţii. Armătura obişnuită, sub formă de bare nu apare ca un element dispers; din această cauză efectul ei asupra microfisurării este puţin resimţit.

Armătura dispersă, sub formă de fibre distribuite în masa betonului, exercită un efect cu totul diferit (după cum s-a arătat în capitolele anterioare), aceasta având posibilitatea să intervină în procesul de apariţie a microfisurilor şi, în special, în cel de dezvoltare a acestora.

5.13.6. Procesul de apariţie şi dezvoltare a microfisurilor în betonCea mai importantă caracteristică a structurii betonului constă în faptul că, sub efectul

acţiunilor exterioare sau interioare, apar concentrări mari de tensiuni locale, ale căror valori cresc până la mărimi ce pot depăşi de câteva ori valoarea tensiunilor medii. Tot atât de important este faptul că, aceste vârfuri de tensiuni nu pot fi atenuate decât într-o mică măsură prin redistribuiri de eforturi sau prin deformaţii plastice locale. Datorită acestor concentrări locale de tensiuni apar microfisurile, fenomen urmat de redistribuirea tensiunilor. Variaţiile mari ale tensiunilor locale, cât şi concentrările acestora (vârfuri de tensiuni) apar ca urmare a caracteristicilor mult diferite pe care le prezintă materialele componente ale structurii betonului (agregat, piatră de ciment) şi în special datorită diverselor discontinuităţi din masa mediului solid (pori, goluri, microfisuri de contracţie, caverne, dislocări, etc).

În concluzie, sursa de apariţie a microfisurilor, care pregătesc ruperea betonului, sunt golurile, microfisurile deja formate, zonele mai slabe din vecinătatea suprafeţelor de contact a granulelor de agregat cu piatra de ciment.

Este important de reţinut că poziţia microfisurii este perpendiculară pe direcţia acţiunii de întindere, iar apariţia sa modifică forma geometrică a defectului de structură, alungindu-l. La rândul său, această modificare a formei defectului conduce la sporirea însăşi a concentrării de tensiuni; ceea ce determină o auto-accelerare a distrugerii betonului (caracterul cedării este rapid, neanunţat, casant).

Astfel, pentru un gol de formă circulară (în planul acţiunii forţelor, respectiv în starea plană de tensiuni), valoarea concentrării de tensiuni ajunge până la 3P (de trei ori valoarea tensiunii medii aplicate). După apariţia microfisurii, golul capătă o formă alungită care determină o concentrare de tensiuni mult mai mare decât 3P (fig. 5.8) [112] şi care creşte în continuare pe măsură ce golul se alungeşte.

În ceea ce priveşte pregătirea cedării microfisurilor zonelor comprimate, fenomenul este cu totul altul (fig.5.9) [112].

În acest caz, cu toate că se dezvoltă aceleaşi concentrări de tensiuni (după direcţia acţiunii), ele sunt însă de compresiune şi nu conduc la degradarea betonului. In acelaşi timp însă, apar în sens transversal eforturi de întindere.



Fig. 5.8. Modul de modificare al concentrării de tensiuni la elemente întinse

Fig. 5.9. Modul de modificare al concentrării de tensiuni la elementele comprimate

De remarcat faptul că cedarea la compresiune este determinată de eforturile de întindere şi nu de cele de compresiune; caracterul ei este însă progresiv, gradul de casanţă este mult mai redus în raport cu solicitarea de întindere.

Prin rezultate experimentale, s-a evidenţiat faptul că, fenomenele de microfisurare şi pregătire a cedării betoanelor cu agregate uşoare, sunt mult diferite în raport cu cele constatate la betoane cu agregate grele. Deoarece legătura între agregatul uşor şi piatra de ciment este foarte bună, face ca în această zonă să nu apară cedări, în sensul desprinderii pietrei de ciment de agregat, în schimb, agregatele uşoare favorizează dezvoltarea microfisurilor, sporesc auto-accelerarea de degradare la întindere şi totodată conduc la dezvoltarea mai rapidă a microfisurilor de compresiune.

Ca o concluzie a celor arătate mai sus se poate desprinde ideea că, folosirea armării disperse

este indicată în cazul betoanelor cu agregate grele, la care propagarea procesului de microfisurare are loc prin piatra de ciment şi este mai puţin recomandată la betoanele cu agregate uşoare, când, procesul de microfisurare are de obicei loc predominant în granulele de agregat şi mai puţin în piatra de ciment.

5.13.7. Condiţia de formare şi propagare a fisurilorDupă cum s-a menţionat deja, unul din efectele cele mai importante ale încorporării în

Fig.5.10. Modul de cedare a structurii betonului cazul existenţei unei zone slabe în jurul

granulelor de agregate grele la compresiune



beton a fibrelor, este mărirea rezistenţei la fisurare a materialelor compozite. Romualdi şi Batson au pus în evidenţă [100] acest efect, arătând că fibrele cu o rezistenţă sporită faţă de a materialului de încorporare, descarcă parţial materialul de bază, declanşarea procesului de microfisurare şi dezvoltare necesitând eforturi mai mari.

Pentru descrierea cantitativă a acestui proces, s-a considerat modelul din figura 5.11 [100], unde s-a notat cu Vm volumul matricei cu modulul de elasticitate Em cuprins într-un strat interior, iar micro-armătura (respectiv fibrele) este reprezentată ca două straturi de suprafeţe simetrice, cu volumul Vf şi modulul de elasticitate Ef. În condiţiile unui volum unitar, volumul de fibre Vf este caracterizat printr-un coeficient de armare volumic f, iar volumul Vm prin (1 – f). În regiunea unde apare fisura se dezvoltă o zonă de rupere între materialul de bază şi materialul folosit pentru armarea dispersă.

Din schimbul total de energie disponibilă pentru elementul din fig. 5.11, cu o fisură de lungime "c", rezultă că fisura se va produce atunci când:

0

bfc

G

[5.55]

unde, bf este deformaţia specifică a materialului compozit.Microfisurile în materialul de bază nu se vor propaga înainte ca efortul în element să atingă

valoarea: bf = Ebf × bf [5.56]unde, Ebf este modulul de rezistenţă al materialului compozit

Rezistenţa elementului dată de relaţia [5.56] tinde către zero când procentul de fibre tinde către zero. În realitate, atunci când procentul de fibre tinde către zero, rezistenţa elementului, respectiv rezistenţa la întindere a elementului va fi rezistenţa betonului la întindere.

5.14. Efectul fisuršrii asupra durabilitšţii betonului [86]Fisurile din beton, reprezentând căile disponibile pentru mecanismele de transport respectiv

punctele de iniţiere a deteriorării progresive, influenţează considerabil durabilitatea betonului.Nu se pot realiza elemente de beton fără fisuri. Se poate însă micşora numărul şi

deschiderea acestora, printr-o proiectare corectă şi prin adoptarea unor tehnologii adecvate de execuţie. Este cunoscut faptul că elementele din beton armat supuse solicitărilor exterioare (încovoiere, forfecare, întindere, compresiune, torsiune etc.) lucrează cu fisuri (stadiul II de lucru), drept consecinţă a rezistenţei la întindere şi a alungirii limită reduse a betonului.

Fisurile în elementele de beton armat pot apărea şi din alte cauze (nefiind obligatorie existenţa acţiunilor) cum ar fi contracţia sau tasarea plastică a betonului proaspăt, reacţiile chimice dintre alcalii şi agregate, efectul ciclurilor de îngheţ-dezgheţ, expansiunea armăturii corodate etc.

Fisurile din elementele de beton armat, luând în considerare factorii care le produc, pot fi clasificate în două mari categorii:

- fisuri datorate încărcărilor exterioare (fig. 5.12);- fisuri datorate tensiunilor interioare (fig.5.13).

Fig.5.11. Element tri-strat cu fibre continui reprezentând detalii pentru fisuri ce se propagă în elemente compuse elastice



5.14.1. Fisuri datorate încšrcšrilor exterioareFisurile orientate în lungul armăturii (fisuri de aderenţă) sau fisuri din cauza coroziunii

armăturii) sunt mult mai periculoase decât fisurile transversale, deoarece în cazul fisurilor transversale coroziunea este limitată la o suprafaţă redusă şi pericolul de decojire a stratului de acoperire cu beton practic nu există.

5.14.2. Fisuri datorate contracţiei plastice a betonului proaspštAceste tipuri de fisuri nu influenţează capacitatea portantă a betonului şi nu se modifică în

timp. Totuşi slăbesc construcţia prin faptul că permit pătrunderea apei în masa betonului, apărând astfel pericolul de îngheţ. Ele se formează la câteva ore după turnare, când betonul se găseşte încă în stare plastică.

5.14.3. Fisuri datorate tasšrii plastice a betonului proaspštAceste fisuri se produc, de regulă, în elementele cu înălţime mai mare (de exemplu la

turnarea unor grinzi sau stâlpi prefabricaţi). Migrarea apei spre suprafaţa betonului proaspăt provoacă, sub acţiunea forţelor de gravitaţie, o reducere a volumului betonului (tasare). De multe ori această reducere de volum este împiedicată de existenţa unor armături sau de către cofraj. Astfel pot apărea fisuri în dreptul armăturilor aşezate la partea superioară a elementului, sau în dreptul etrierilor la turnarea grinzilor sau a stâlpilor în poziţie orizontală. Dacă armăturile sunt apropiate, datorită tasării betonului, pot apărea fisuri orizontale care produc separarea stratului de acoperire cu beton a rândului superior de armături.

5.14.4. Fisuri rezultate din variaţii termice timpuriiFactorii principali care influenţează apariţia fisurilor din cauza diferenţei de temperatură

sunt: factori de mediu, intensitatea vântului, temperatura şi umiditatea aerului exterior, intensitatea radiaţiei solare, posibilitatea de de evaporare, factori tehnologici, calitatea cofrajelor, timpul decofrării, modul betonării (continuu sau in rate), dimensiunile elementului de beton sau beton armat, tratarea ulterioară a betonului, compoziţia şi caracteristicile betonului, temperatura betonului la turnare, coeficientul de convecţie termică a suprafeţei betonului, tipul cimentului (căldura de hidratare a cimentului) şi cantitatea de ciment, raportul apă/ciment, cantitatea întârzierilor de priză, existenţa armării disperse a betonului

5.14.5. Fisuri din coroziunea armšturiiIn elementele de beton armat coroziunea armăturilor şi formarea ruginii reprezintă un

proces de expansiune (rugina are un volum de aproximativ 8 ori mai mare faţă de oţelul iniţial), care dă naştere la eforturi de întindere în lungul armăturii.

5.14.6. ConcluziiFaptul că eforturile de întindere calculate sau deschiderea fisurilor calculată nu ating

valorile specificate, nu înseamnă că nu se vor produce fisuri sau cele produse nu vor avea deschidere mai mică decât cele specificate.

Îmbunătăţirea comportării la fisurare trebuie să fie o preocupare continua. Pe această direcţie se înscrie şi aceea de a găsi soluţii de armare a betoanelor astfel încât procesul de fisurare să fie cât mai mic. O soluţie posibilă este şi utilizarea de armături disperse din diferite fibre (în speţă fibre din polipropilenă).


Studii experimentale asupra betoanelor armate dispers cu fibre din polipropilenă 44

CAPITOLUL 6STUDII EXPERIMENTALE ASUPRA BETOANELOR ARMATE DISPERS

CU FIBRE DIN POLIPROPILENŠ

6.1. Prezentare generalšProgramul experimental s-a axat pe realizarea fizică şi mai apoi încercarea mai multor tipuri

de elemente de construcții din beton armat dispers cu fibre de polipropilena tip Fibrofor® Multi, produse de firma Brugg Contec AG, CH-8590 Romanshorn, Elveţia, importate şi comercializate în România de firma S.C. Lizsu Exim S.R.L. din Braşov.

O parte din elemente au fost executate de către autor, în condiții de laborator, în cantităţi mici şi cu mijloace special achiziţionate în acest scop, iar altă parte au fost executate în atelierele de fabricație a 3 furnizori de produse prefabricate din beton care au fost de acord cu realizarea, în mod experimental, de elemente în compoziția cărora să se introducă şi fibre din polipropilena tip Fibrofor® Multi.

S-a optat pentru acest tip de fibre deoarece am constat că există destul de puțineinformații legate de ele în ceea ce privește comportarea lor, comparativ cu alte tipuri de fibre de polipropilena. De asemenea, conform tabelului 6.1 dat de producător, pentru fibrele de tip Fibrofor® Multi nu sunt indicate multe domenii de aplicabilitate comparativ cu cele de tip High Grade sau Concrix.

Tabelul 6.1. Domenii de utilizare pentru diferite tipuri de fibre din polipropilenš (conform producštor)

Domenii de aplicareMicrofibre Macrofibre

Fibrofor Multi

Fibrofor Ecomix

Fibrofor Standard

Fibrofor High Grade

Concrix ES

Pardoseli industriale- încărcări mici şi medii- încărcări mari- pardoseli fără rosturi

TorcretareFundaţii / ziduri de subsolElemente prefabricateSuprafeţe exterioareDrumuri, autostrăziBetoane impermeabileBetoane autocompactanteZiduri de sprijinBetoane rezistente la focŞape / betoane de egalizareTencuieli

domenii de aplicare optimedomenii de aplicare posibiledomenii de aplicare insuficient documentate / cercetate

Ca urmare, mi-am propus realizarea a cât mai multor tipuri de elemente din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă tip Fibrofor® Multi, printre care: dale prefabricate pentru pavaje



exterioare, cofraje pierdute pentru elemente structurale de tip stâlpi şi grinzi, plăci din beton solicitate la străpungere, grinzi solicitate la forfecare şi încovoiere, stâlpi şi plăci de gard, mortare / betoane pentru consolidarea unor elemente exterioare, zidării, etc.

Pentru obținerea de informații cât mai multe şi cat mai variate s-au realizat încercări şi determinări atât pe elementele şi probele martor executate din beton obișnuit cât şi pe elementele şi probele din beton armate dispers cu fibre.

Determinările proprietăţilor fizico-mecanice s-au realizat în cea mai mare parte în laboratorul firmei S.C. COBCO-LABORATOR S.R.L. din Brașov.

6.2. Stabilirea compoziţiei betonului Înainte de începerea programului experimental a fost necesară stabilirea compoziţiei

preliminare a mortarelor şi betoanelor ce urmează a fi folosite.Astfel, pentru a putea stabili compoziţia betonului, trebuie cunoscute următoarele date:- clasa betonului: s-a optat pentru o clasă C20/25- caracteristicile elementelor ce urmează a fi executate, ceea ce implică o anumită curbă granulometrică a agregatelor şi o lucrabilitate adecvată- condiţiile de transport – nu a fost necesar transportul deoarece prepararea s-a făcut la locul de punere în operă, într-o betonieră de 50 litri capacitate;- condiţiile de punere în operă – manual, cu compactare manuală cu vergeaua;- condiţii de întărire – normale, păstrarea şi încercarea elementelor făcându-se în laborator.Ţinând seama de aceşti factori şi după încercări preliminare, s-a ajuns la următoarele

compoziţii ale betonului:R1 – reţetš mortar ciment:- agregate de râu 1720 kg/mc: sortul 0 … 4 1720 kg/mc

sortul 4 … 8 0 kg/mcsortul 8 … 16 0 kg/mc

- ciment CEM IV/B 42.5N: 390 kg/mc- apă: 250 litri/mc- raport A/C: 0,64- plastifiant fără- fibre de polipropilenă tip Fibrofor® Multi: 0,9 kg/mcR2 – reţetš beton 2 sorturi:- agregate de râu 1720 kg/mc: sortul 0 … 4 1030 kg/mc


- ciment CEM IV/B 42.5N: 390 kg/mc- apă: 220 litri/mc- raport A/C: 0,56- plastifiant fără- fibre de polipropilenă tip Fibrofor® Multi: 0,9 kg/mcR3 – reţetš beton 3 sorturi:- agregate de râu 1835 kg/mc: sortul 0 … 4 640 kg/mc


- ciment CEM IV/B 42.5N: 390 kg/mc- apă: 160 litri/mc



- raport A/C: 0,41- plastifiant fără- fibre de polipropilenă tip Fibrofor® Multi: 0,9 kg/mcR4 – reţetš mortar var ciment:- agregate de râu 1230 kg/mc: sortul 0 … 4 1230 kg/mc

sortul 4 … 8 0 kg/mcsortul 8 … 16 0 kg/m

- ciment CEM IV/B 42.5N: 225 kg/mc- var: 450 kg/mc- apă: 215 litri/mc- raport A/C: 0,50- plastifiant fără- fibre de polipropilenă tip Fibrofor® Multi: 0,9 kg/mcR5 – reţetš beton pentru pavele/dale vibrate (conform SC ROMBAS PROD SRL):- agregate de râu 1615 kg/mc: sortul 0 … 4 771 kg/mc


- ciment AV I42.5R: 456 kg/mc- apă: 235 litri/mc- raport A/C: 0,51- plastifiant Viscocrete 20HE- fibre de polipropilenă tip Fibrofor® Multi: 0,9 kg/mcR6 – reţetš beton pavele/dale vibro-presate (conform SC CRISPADIN SRL):- agregate de râu 1600 kg/mc: sortul 0 … 4 1233 kg/mc


- ciment: 438 kg/mc- apă: 88 litri/mc- raport A/C: 0,20- fibre de polipropilenă tip Fibrofor® Multi: 0,9 kg/mc

6.3. Fibrele din polipropilenš tip Fibrofor® MultiAlegerea tipului de fibră a avut la bază nu doar lipsa informaţiilor privind domeniul de

aplicabilitate mai restrâns ci şi alte criterii, cum ar fi: preţul pe kilogram, cantitatea de fibre recomandată de producător a se adăuga în amestec, caracteristicile fizico-mecanice ale acestora.

În tabelul 6.2 sunt prezentate prin comparaţie cele trei tipuri de fibre din polipropilenă comercializate în România. Se poate observa că fibrele Multi au caracteristicile fizico-mecanice cele mai slabe, dar şi cantitatea recomandată în amestec de către producător este cea mai mică; de aici rezultă cel mai mic preţ pe metru cub de beton armat dispers cu fibre.

Ca urmare, eficienţa unor elemente de construcţii realizate din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă s-a urmărit nu doar din punct de vedere al caracteristicilor mecanice finale (rezistenţe sporite la diferite solicitări), al rezistenţei la îngheț - dezgheț, permeabilitate, etc ci mai ales în raport cu preţul care trebuie plătit. Am considerat că dacă îmbunătăţirile aduse unui beton obişnuit prin armarea dispersă cu fibre se situează procentual peste costul suplimentar datorat fibrelor, fără a afecta celelalte caracteristici ca lucrabilitatea, uşurinţa de punere în operă, aspect vizual, etc, elementele respective pot fi eficiente.



Tabelul 6.2. Caracteristicile fibrelor din polipropilenš (conform producštor)Fibrofor Multi Fibrofor High Grade Concrix ES

Dozaj: minim [kg/m3] maximbeton rezistent la foc

0,60,92,0

1,06,05,0

2,07,5-

Formă multifil fibrilat fibre structurate în mănunchiuri

Diametru 34 m 80 m 500 mLungime (+/- 5%) 6,3mm (tip 63)

12,7mm (tip 127)19mm (tip 190)38mm (tip 380)

50 mm

Densitate 0,91 g/cm3 0,91 g/cm3 0,91 g/cm3

Rezistenţă la acizi / alcali inert inert inertRezistenţa la rupere 300 – 400 N/mm2 400 N/mm2 510 N/mm2

Modul de elasticitate 4900 N/mm2 4900 N/mm2 >10.000 N/mm2

Punctul de topire 150°C 150°C 150°CCuloare alb bej galbenMod de ambalare saci 0,9 kg saci 1 kg saci 3 kg

În toate reţetele de mortar şi beton folosite s-a păstrat constantă cantitatea de fibre, şi anume, cea recomandată de producător, de 0,90 kg/m3.

6.4. Încercšri de laborator pe betonul proaspštDe la bun început trebuie spus că betoanele utilizate la realizarea elementelor supuse

încercărilor au fost betoane preparate fără aditivi. Excepție fac doar elementele prefabricateproduse de alţi furnizori la care nu s-a putut interveni în modificarea rețetei pe care o utilizează în mod curent. Exceptând aceste elemente, unde nu s-a intervenit în rețetă, la toate celelalte elemente turnate în laboratorul propriu s-a utilizat ciment tip CEM IV/B 42.5N.

6.4.1. LucrabilitateaLucrabilitatea a fost pusă în evidenţă cu metoda tasării conform SREN 12350-2:2003.S-au efectuat teste de tasare pe două tipuri de betoane realizate după două reţete, R2 şi

R3, betoane cu agregate în două sorturi, respectiv în trei sorturi.Pentru betonul cu agregate în două sorturi, testul a scos în evidenţă faptul că fibrele de

polipropilenă adăugate reduc tasarea cu aproximativ 30%, de la o tasare medie de 5,0cm pentru betonul fără fibre, la una de 3,5cm la cel cu fibre.

Pentru betonul cu agregate în trei sorturi s-a constat de asemenea că prezenţa fibrelor reduce într-o oarecare măsură tasarea însă nu în mod sensibil. Din testele efectuate a rezultat că tasarea pentru probele martor a fost de 4,5cm, iar pentru cele armate dispers cu fibre de 4,0cm.

Această tasare mai mică pentru betoanele armate dispers cu fibre din polipropilenă se explică printr-o conlucrare mai bună între pasta de ciment şi agregate prin intermediul micro-armării. Datorită fibrelor, volumele de beton sunt ţinute legat unele de altele, forţele de atracţie gravitaţională fiind mai mici decât forţele de legătură dintre matrice şi fibre.



6.4.2. Curba granulometricš a agregatelorÎn ceea ce privește granulometria agregatelor

utilizate, aceasta a fost diferențiată în funcție de tipul de element realizat. La elementele cu grosimi mici (20 -30mm) şi la mortarul pentru torcretare s-a utilizat un agregat mai fin de tipul nisipului având granulațiacuprinsă între 0 - 4mm; La elementele cu grosimi medii(45 - 80mm) s-a utilizat o granulometrie cuprinzând 2 sorturi, adică nisip 0 - 4mm şi pietriș mărunt 4 - 8mm iar la elemente cu grosimi mai mari (peste 80mm) s-a utilizat o granulometrie cuprinzând 3 sorturi: 0 – 4mm, 4 – 8mm, 8 – 16mm.

Rezultatele testelor de granulometrie sunt prezentate în diagrama din figura 6.2.

6.4.3. Omogenizarea, turnareaÎn ceea ce privește omogenitatea amestecului,

s-a urmărit cu precădere modul în care s-a realizatdispersia fibrelor în masa de beton. În condițiile pe care le-am avut la dispoziție pentru experimentare, amestecarea materialelor s-a făcut cu betoniera de 50 l.

Pentru mortarul destinat torcretării, amestecarea s-a făcut atât cu betoniera cât şi cu melcul omogenizator fixat în mandrina unei mașini de găurit(așa cum se face omogenizarea amestecului destinat adezivului pentru gresie, faianță, etc.). Pentru a se constata gradul de dispersie a fibrelor s-a procedat la prelevarea de probe multiple de 1 cm3 din diverse zone ale amestecului şi din mai multe șarje. Aceste probe au fost supuse spălării

şi îndepărtării agregatelor şi a pastei de ciment, apoi filtrării şi recuperării fibrelor. Fibrele obținutes-au numărat şi apoi s-a determinat matematic greutatea lor. Cunoscându-se cantitatea de fibre adăugate inițial amestecului, s-a putut determina gradul de dispersie (omogenitatea dispersiei) fibrelor în masa de beton. Faţă de un grad teoretic de omogenitate de 100% corespunzătorcantităţii de 900g de fibre la 1,0m3 de beton s-au obținut rezultate cuprinse între 89 - 113%.

Vizual, gradul de omogenitate poate fi observat şi în imaginile luate cu ocazia punerii în operă. Se pot observa firele ieșind din masa de beton şi modul de dispunere.

S-a urmărit, de asemenea, formarea de smocuri (aglomerări de fibre). S-au sesizat astfel de aglomerări în zona concavă a paletelor, fie de la betonieră fie de la omogenizatorul manual. Aceste smocuri au fost recuperate manual, au fost spălate, uscate şi apoi cântărite. Masa lor raportată la masa inițiala introdusă în amestec a variat între 4 - 7%. S-a mai observat faptul ca mai rămân fibre şi pe pereții betonierei. Aceste cantităţi nu au fost determinate, însă se poate afirma că ele se compensează de la un amestec la altul. De asemenea trebuie reliefat faptul că

Fig. 6.2. Curba granulometrică pentru cele trei sorturi de agregat folosit

Fig. 6.3. Omogenitatea betonului armat cu fibre din polipropilenă tip Fibrofor® Multi



atunci când se introduc fibrele într-un amestec uscat al agregatelor şi cimentului apare fenomenul de ,,plutire’’ a fibrelor. Cu alte cuvinte, o parte din fibre, datorită pe de o parte greutății lor foarte mici şi pe de alta parte formării de vârtejuri de aer în gura betonierei, ies, plutind, din betonieră. Din aceasta cauza s-a optat la preparare ca fibrele sa fie adăugate în amestecul ud.

În ceea ce privește punerea în opera a betonului, ar mai fi de remarcat faptul ca prezenţa fibrelor produce o aderenta mai mare la cofraj şi la armatură (apare un fenomen de ,,agăţare’’ a pastei de fibră). Acest lucru este cu atât mai pregnant cu cat grosimea elementului ce se toarnăeste mai mică. Fenomenul este explicabil prin aceea că în astfel de elemente cantitatea de material este relativ mică şi atunci greutatea lui nu poate învinge aderenţa la fibră.

Din această cauză, pentru astfel de elemente ar trebui făcut un amestec mai fluid, eventual prin adăugare de aditivi. De asemenea este de remarcat că pentru o buna compactare este nevoie de utilizarea vibratorului.

6.5. Încercšri de laborator pe betonul întšritAceste încercări au constat în:- determinări de laborator în ceea ce privește o serie de caracteristici fizico-mecanice cum

ar fi: permeabilitatea la apa conform SREN 12390-8:2003, contracția, rezistenţa la întindere din despicare conform SR EN 1338:2004, rezistenţa la compresiune conform SREN 12390-3:2003, determinarea forței de smulgere conform SREN 12504-3:2006, etc.

- încercări pe stand a mai multor tipuri de elemente supuse la diferite solicitări.

6.5.1. Determinarea clasei betonuluiPentru fiecare element realizat s-au prelevat probe de mortar şi beton, cu şi fără adaos de

fibre din polipropilenă, din care s-au confecţionat epruvete cubice; acestea au fost păstrate în condiţii de laborator şi apoi încercate la vârsta de 28 de zile.

Rezultatele încercărilor sunt următoarele:- pentru reţeta de beton R1:

fck = 24,4 N/mm2 - micro-beton fără adaos de fibrefck = 25,3 N/mm2 - micro-beton cu adaos de fibre

Clasa de beton C20/25 este cea propusă.- pentru reţeta de beton R2:

fck = 29,0 N/mm2 - beton fără adaos de fibrefck = 29,4 N/mm2 - beton cu adaos de fibre

Clasa de beton C20/25 este cea propusă.- pentru reţeta de beton R3:


Clasa de beton C25/30 este peste cea propusă, C20/25.- pentru reţeta de mortar R4:

fck = 5,0 N/mm2 - mortar var-ciment fără adaos de fibrefck = 4,2 N/mm2 - mortar var-ciment cu adaos de fibre

Clasa de mortar este M50.- pentru reţeta de beton R5:


Clasa de beton C25/30 este peste cea propusă, C20/25.



- pentru reţeta de beton R6 nu s-au făcut alte determinări de laborator decât cele pe elementele realizate din acest beton.

6.5.2. Permeabilitatea betonuluiPentru betoanele realizate după reţetele R2 şi R3 s-au efectuat o serie de teste menite să

pună în evidenţă impermeabilitatea betoanelor cu şi fără adaos de fibre din polipropilenă.Rezultatele încercărilor au evidenţiat faptul că betoanele armate dispers cu fibre din

polipropilenă au o permeabilitate mai mică, în medie cu 14,9 % faţă de cele fără adaos de fibre, având o penetrare medie a apei de 1,9cm faţă de 2,2cm.

6.5.3. Aderenţa între beton şi armštura de oţelPe o altă serie de epruvete cubice s-au efectuat teste de smulgere a unei armături de oţel

Ø10mm, tip PC52, din beton. Acest lucru a urmărit să evidenţieze o eventuală aderenţă mai bună a armăturii de oţel în betoanele armate dispers cu fibre. Pentru aceasta, odată cu realizarea epruvetelor pentru încercările la compresiune şi permeabilitate, s-au realizat şi câte două alte epruvete în care s-a introdus câte o bară de armătură de oţel (figura 6.5).

Rezultatul încercării a confirmat aşteptările, forţa de smulgere a armăturii de oţel în cazul betoanelor armate dispers cu fibre fiind, în medie, de 53,0 kN faţă de 48,5 kN la cele fără adaos de fibre, adică o îmbunătăţire a aderenţei cu 9,2 %. Acest lucru poate contribui la eficientizarea elementelor prin posibilitatea de scurtare a lungimii de ancorare a armăturilor în beton. Chiar dacă valoarea finală cu care se poate scurta o armătură este mică, cantităţile mari de oţel folosite în construcţii la armarea betoanelor fac ca acest lucru să capete o importanţă economică.

6.5.4. Contracţiile iniţiale ale betonuluiUn alt test realizat pe eşantioane de betoane

cu şi fără adaos de fibre a constat în verificarea contracţiilor iniţiale. S-au realizat prisme de beton cu dimensiunile de 100×100×550mm cărora le-au fost măsurate contracţiile cu ajutorul unor micro-comparatoare şi a unor tije înglobate încă de la turnare (figura 6.6 şi 6.7).

Rezultatele au arătat următoarele: betonul fără adaos de fibre a avut o contracţie medie de 0,12 mm, în timp ce betonul cu fibre a avut o contracţie de doar 0,07 mm, adică cu 41,7 % mai mică, acest lucru fiind în concordanţă cu literatura de specialitate şi cu obiectivele propuse în această teză.

6.6. Elemente experimentale din beton armat dispers cu fibre din polipropilenšÎn vederea încercărilor de laborator s-a realizat o varietate mare de elemente care sa fie

testate la diferite solicitări, aşa încât să se poată trage o concluzie în ceea ce privește eficienţa pe care o are utilizarea fibrelor fie sub aspectul comportării elementelor din beton armat dispers fie sub aspectul sporirii unor caracteristici fizico-mecanice (a rezistenţelor).

Fig. 6.7. Calibrarea dispozitivului de încercare şi măsurarea contracţiilor



Tabelul 6.3. Tabel centralizator al elementelor realizate din beton armat dispersNr. crt.

Tip element Notaţie Reţetš Ce se urmšreşte

1 Tencuieli exterioare T R1 - prepararea mortarului- modul de amestecare a fibrelor- lucrabilitatea- punerea în operă- comportarea în timp

2 Dale / pavele realizate din beton turnat şi vibrat

Dv R5 - grad de compactare- rezistenţe mecanice la 3, 7, 14 şi 28 de zile- permeabilitatea la apă- rezistenţa la îngheţ - dezgheţ

3 Dale / pavele realizate din beton semi-uscat şi presat

Dp R6 - grad de compactare- rezistenţe mecanice la 3, 7, 14 şi 28 de zile- permeabilitatea la apă- rezistenţa la îngheţ – dezgheţ

4 Panouri din zidărie Z R1R4

- efectul armării cu fibre a mortarului dintre rosturile asizelor pentru elemente solicitate la eforturi principale de întindere- efectul tencuielilor cu mortar de ciment armat dispers cu fibre asupra rezistenţei elementelor solicitate la eforturi principale de întindere

5 Carote din beton consolidate cu microbeton armat cu fibre din polipropilenă

C R1 - efectul de confinare pe care îl creează un strat de mortar de ciment armat dispers cu fibre aplicat prin tencuire pe elemente avariate

6 Cofraje pierdute pentru grinzi

B R1R2

- creşterea productivităţii muncii în execuţia grinzilor (buiandrugilor)- asigurarea constantă a stratului de acoperire cu beton a armăturilor

7 Grinzi lungi G R2R3

- efectul armării combinate oţel + fibre asupra capacităţii portante a grinzilor la încovoiere- efectul armării combinate asupra deformaţiilor din încovoiere a grinzilor

8 Grinzi scurte Gf R2R3

- efectul armării combinate oţel – fibre asupra capacității portante la forţă tăietoare

9 Plăci solicitate la străpungere

P R2R3

- efectul armării combinate asupra rezistenţei la străpungere a dalelor

10 Elemente tubulare solicitate la torsiune

Tb R1R2

- efectul fibrelor asupra rezistenţei stratului periferic pentru elemente solicitate la torsiune

11 Cofraje pierdute pentru stâlpi

Cs R1 - efectul de confinare pe care îl produce- asigurarea constantă a stratului de acoperire cu beton a armăturilor

12 Panouri şi stâlpi prefabricaţi pentru garduri

conf. prod.

- eficacitatea armării cu fibre în cazul stâlpilor cu flexibilitate mărită privind efectele de ordinul II- verificarea nivelului de siguranţă la manipulare şi transport pentru stadiul incipient de întărire

Descrierea elementelor, a caracteristicilor acestora şi a rezultatelor obţinute sunt prezentate în continuare.

6.6.1. Tencuieli exterioare decorativePentru o familiarizare cu materialul de lucru, betonul armat dispers cu fibre din

polipropilenă, s-a executat pentru început o tencuială decorativă pe soclul deteriorat al casei. S-a început cu acest lucru pentru a se putea experimenta modul optim de preparare a betonului, timpul de amestecare a fibrelor, gradul de lucrabilitate a betonului obţinut, modalitatea de punere



în operă, plus alte câteva observaţii legate de aspectul final şi comportarea în timp.Lucrările pregătitoare au constat în: îndepărtarea stratului de mortar deteriorat, umezirea

suprafeţei betonului de structură şi aplicarea unui strat de amorsă de mortar de ciment pentru a asigura o aderenţă cât mai bună a straturilor următoare.

Primul strat de tencuială a fost realizat dintr-un mortar fără fibre, după reţeta R1. El a fost aplicat pe perete într-un strat de aprox. 2,0cm ce a reprezentat suportul pentru cel de al doilea strat realizat din acelaşi mortar dar în care s-au adăugat fibre. După aplicarea fiecărui strat, mortarul căzut a fost strâns şi cântărit.

Cantitatea de fibre din polipropilenă introdusă în mortarul de tencuială a fost cea recomandată de producător, şi anume, 0,90 kg/m3. Amestecarea fibrelor s-a făcut în mortarul umed. S-au preparat în paralel cantități mai mici de material într-o găleată, cu ajutorul unui melc omogenizator şi cantităţi mai mari, într-o betonieră.

Stratul doi de tencuială, cel cu fibre adăugate, a fost executat în aceleaşi condiţii şi după acelaşi procedeu ca primul strat. Tencuirea s-a făcut într-o singură zi, la o temperatură de 35°C.

Fig. 6.9. Tencuieli din mortar armat dispers cu fibre: în timpul execuţiei şi după 30 de zile

S-au putut observa următoarele:- ambele modalităţi de producere a mortarului cu fibre au aceleaşi rezultate, gradul de

omogenitate al amestecului fiind aproximativ acelaşi;- lucrabilitatea, apreciată prin uşurinţa de punere în operă, a mortarului cu fibre nu diferă

de cea a mortarului obişnuit;- suprafaţa finală a tencuielii cu fibre are un aspect plăcut, fibrele nefiind vizibile, cele de

suprafaţă preluând orientarea dată de mişcările de finisare;- după colectarea şi cântărirea cantităţii de mortar cu fibre căzută s-a putut constata o

reducere a pierderilor de material de peste 18% în comparaţie cu mortarul fără adaos de fibre; raportând acest lucru la costul ceva mai mare al mortarului la care s-au adăugat fibre, rezultă o eficienţă sporită cu aproximativ 5% a tencuielilor realizate din acest material;

- această eficiență sporită trebuie pusă în balanţă şi cu un alt aspect foarte importat: tencuiala realizată are un grad de fisurare aproape zero; chiar dacă ea a fost executată pe o temperatură foarte mare, temperatură ce s-a păstrat şi în zilele următoare, fisurarea a fost împiedicată de armarea dispersă cu fibre;

- în timpul execuţiei, tencuiala poate fi amprentată şi modelată, iar ulterior poate fi vopsită.Concluzie: tencuielile realizate din mortare armate dispers cu fibre se dovedesc a fi

eficiente prin raportul preţ / calitate pe care îl au, prin uşurinţa de punere în operă dar mai ales prin gradul redus de fisurare în timp; ultimul aspect conduce la o durată de serviciu mai mare cu o întreţinere mult diminuată din punct de vedere al costurilor şi al manoperei.



6.6.2. Pavele pentru pavaj realizate prin turnare şi vibrareÎn paralel cu executarea celor mai multe dintre elementele structurale din tabelul 6.3, s-au

realizat o serie de elemente prefabricate pentru pavaje exterioare din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă. Printre acestea se numără dale / pavele, borduri, plăci de diferite forme şi dimensiuni, etc. Toate au fost executate de către firma SC ROMBAS PROD SRL, după reţeta de beton proprie şi după tehnologia de fabricaţie specifică ce constă în: prepararea betonului cu ajutorul unei betoniere de 200 l conform reţetei R5, turnarea betonului în cofraje din plastic, vibrarea acestora pe o masă vibrantă şi depozitarea lor într-un spaţiu special amenajat în interiorul halei de producţie (figura 6.10).

Principalele elemente prefabricate, produse de firma amintită anterior, asupra cărora s-au făcut încercări de laborator au fost pavele pentru pavaje exterioare. Acestea sunt de formă dreptunghiulară cu dimensiunile de 200×100mm şi grosimea de 45mm. Pavelele au fost supuse solicitării de întindere prin despicare, conform SR EN 1338:2004, cu ajutorul presei din figura 6.5.

Încercările s-au făcut la vârsta de 3, 7, 14 şi 28 de zile, pe eşantioane de câte 6 pavele din beton obişnuit, respectiv beton armat dispers cu fibre din polipropilenă. Elementele ajunse la vârsta de 28 de zile au fost comparate şi cu un eşantion de pavele identice dar executate cu un an în urmă, păstrate în condiţii optime în depozitele producătorului.

În urma încercărilor s-au putut concluziona următoarele:- la toate termenele de încercare, pavelele armate dispers cu fibre au avut o comportare

mai bună decât cele din beton obişnuit executate în aceeaşi perioadă;- rezistenţa medie la întindere din despicare, la vârsta de 3 zile, a pavelelor cu fibre a fost

cu 11,1% mai mare decât cea a pavelelor fără fibre; la 7 zile a fost cu 6,8% mai mare, la 14 zile cu 12,6%, iar la 28 de zile cu 31,7%;

- aceeaşi creştere s-a putut observa şi în ceea ce priveşte rezistenţa minimă a fiecărui eşantion de pavele: cele cu fibre au avut creşteri cu 7,7%, 4,3%, 22,2% şi 15,1% faţă de cele fără fibre;

- conform normelor, rezistenţa la întindere din despicare a pavelelor, la vârsta de 28 de zile, trebuie sa fie mai mare de 3,6 N/mm2, prag depăşit de pavelele cu fibre ce au înregistrat o valoare de 3,94 N/mm2, în timp ce pavelele fără fibre au ajuns doar la 3,0 N/mm2;

- prin compararea cu eşantionul de pavele produse în urmă cu un an s-a putut constata că pavele cu fibre au în continuare un spor de performanţă în ceea ce priveşte rezistenţa la întindere din despicare, chiar dacă procentul este mai mic, şi anume 18,8%;

Fig. 6.12. Comparaţie între rezistenţele medii, respectiv minime pentru pavele cu şi fără fibre



Eşantioane din cele două tipuri de pavele, cu şi fără fibre adăugate, au fost supuse şi unui test de permeabilitatea la apă. Acest test urmăreşte să evidenţieze comportarea lor reală în mediul exterior supus diferitelor condiţii climatice şi de trafic. Rezultatele se înscriu în limitele obţinute anterior pe betoanele din care au fost realizate.

Concluzii: pavele pentru pavaje exterioare, realizate din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă, au o rezistenţă sporită faţă de cele fără adaos de fibre începând chiar din momentul execuţiei lor. Acest lucru înseamnă că ele pot fi manipulate şi transportate în condiţii de siguranţă sporită chiar şi înainte de termenul de 28 de zile. De asemenea, punerea în lucru a acestor pavele poate fi realizată mai repede ceea ce înseamnă economie de spaţiu necesar depozitării lor, o logistică mai simplă pentru firma producătoare care poate gestiona mai bine modalităţile de depozitare, de ambalare pe paleţi, de încărcare şi de livrare a diferitelor produse prefabricate pe care le produce.

6.6.3. Pavele pentru pavaj realizate prin vibro-presareUn alt tip de pavele prefabricate pentru pavaje exterioare au fost executate de către firma

SC CRISPADIN SRL. Diferenţa fată de pavele prezentate anterior o constituie modul de execuţie şi anume prin vibro-presare cu ajutorul unei utilaj special (figura 6.15).

Betonul folosit este şi el diferit prin raportul A/C foarte mic, de doar 0,20, ceea ce îl face un beton semi-uscat. Utilajul de vibro-presare necesită o tehnologie de fabricaţie cu acest tip de beton, un raport A/C mai mare putând duce la lipirea materialului pe cuiburile matriţei, micşorând în acest fel productivitatea.

Pavele rezultate pot avea diferite forme şi dimensiuni în funcţie de matriţa folosită. Se pot produce de asemenea şi alte tipuri de elemente prefabricate: borduri, rigole, țigle, etc.

Pentru cercetările asupra betoanelor armate dispers cu fibre din polipropilenă am ales pavele de formă „T” (figura 6.9) având o suprafaţă de 251cm2 şi o grosime de 6,2cm.

Fig. 6.15. Pavele din beton armat dispers cu fibre imediat după producţieşi utilajul de vibro-presare

Pavelele au fost supuse solicitării de întindere prin despicare, conform SR EN 1338:2004, cu ajutorul presei din figura 6.11. Modul de testare a fost identic cu cel de la pavelele vibrate.

Fig. 6.14. Comparaţie între pavele la 28 de zile (Dv28), cu şi fără fibre şi cele la 1 an (Dv1 an)



Încercările s-au făcut la vârsta de 3, 7, 14 şi 28 de zile, pe eşantioane de câte 6 pavele din beton obişnuit, respectiv beton armat dispers cu fibre din polipropilenă. Elementele ajunse la vârsta de 28 de zile au fost comparate şi cu un eşantion de pavele identice dar executate în urmă cu doi ani, păstrate în stivă în exterior, neprotejate.

În urma încercărilor s-au putut constata următoarele:- la toate termenele de încercare pavele armate dispers cu fibre au avut o comportare mult

mai bună decât cele din beton obişnuit executate în aceeaşi perioadă;- rezistenţa medie la întindere prin despicare, la vârsta de 3 zile, a pavelelor cu fibre a fost

cu 38,0% mai mare decât cea a pavelelor fără fibre; la 7 zile, la 14 zile şi la 28 de zile creşterea a fost aproximativ aceeaşi, de 61%; totuşi, timp de 28 de zile, rezistenţa medie nu a înregistrat creşteri mari de la un termen la altul, ci mai degrabă a avut o evoluţie aproape liniară de la 1,81N/mm2 la 3 zile până la 2,31N/mm2 la 28 de zile, adică o creştere de 27,6%; procentul este destul de mic dacă îl comparăm cu cel de la pavele realizate prin vibrare care a fost de 43,8%;

- aceeaşi creştere s-a putut observa şi în ceea ce priveşte rezistenţa minimă a fiecărui eşantion de pavele: cele cu fibre au avut creşteri cuprinse între 39,3% şi 54,0% faţă de cele fără fibre;

Fig. 6.16. Comparaţie între rezistenţele medii, respectiv minime pentru pavele cu şi fără fibre- prin compararea cu eşantionul de pavele produse în urmă cu doi ani s-a putut constata că

pavele cu fibre încercate la 28 de zile au o rezistenţă mai mică, 2,31N/mm2 faţă de 2,51N/mm2, adică o valoare cu 7,8% mai mică; acest lucru se explică prin raportul A/C foarte mic, ceea ce duce la o hidratare redusă a cimentului imediat după producerea elementelor; prin punerea în lucru a pavelelor, are loc o hidratare continuă a pastei de ciment din compoziţie, ceea ce conduce la mărirea rezistentelor în timp;

- ca urmare a acestei observaţii, se poate spune ca o punere timpurie în lucru este benefică acestor tipuri de pavele cu condiţia ca ele să nu fie avariate, deteriorate din cauza manipulării greşite.

Realizarea pavajelor exterioare din astfel de pavele se poate face în două moduri: - manual, prin potrivirea fiecărei pavele şi baterea ei cu un ciocan de cauciuc până la

poziţia finală – mod de lucru cu un randament foarte scăzut;- semi-automat, prin aşezarea pe poziţie a pavelelor şi baterea lor cu ajutorul unei plăci

vibratoare, caz în care randamentul creşte semnificativ.În cel de al doilea caz există pericolul fisurării, deteriorării sau chiar al ruperii elementelor

ceea ce conduce la pierderi însemnate de material şi manoperă. După estimările mele, ce au la bază executarea unui trotuar în curtea locuinţei, un procent între 10 – 15% dintre pavele au suferit avarii. O parte dintre acestea au fost scoase şi înlocuite înainte de cea de a doua trecere a



plăcii vibrante. Operaţia se repetă de câteva ori până la finalizarea pavajului care nu trebuie să aibă elemente deteriorate vizibil. Totuşi, acest lucru nu înseamnă că nu există elemente fisurate care vor avea o durată de serviciu mult mai mică în timp, datorită ciclurilor de îngheţ – dezgheţ şi a traficului.

Concluzii: pavele pentru pavaje exterioare, realizate din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă, au o rezistenţă sporită faţă de cele fără adaos de fibre începând chiar din momentul execuţiei lor. Acest lucru face ca ele să poată fi manipulate şi transportate în condiţii de siguranţă sporită chiar şi înainte de termenul de 28 de zile. De asemenea, punerea în lucru a acestor pavele poate fi realizată mai repede ceea ce înseamnă economie de spaţiu necesar depozitării lor, o logistică mai simplă pentru firma producătoare care poate gestiona mai bine modalităţile de depozitare, de ambalare pe paleţi, de încărcare şi de livrare a diferitelor produse prefabricate pe care le produce.

O punere în lucru mai timpurie asigură o hidratare continuă a pastei de ciment ducând la creşterea rezistenţelor mecanice. Pentru firma producătoare, datorită sporului de 60% arezistenţelor mecanice la vârste sub 28 de zile, pierderile de material şi manoperă în timpul execuţiei pavajelor exterioare se pot reduce cu 18 – 24%, ceea ce înseamnă o eficienţă de 5,1 –7,0% luând în calcul şi costul fibrelor ce se adaugă la costul materialului.

Pentru beneficiarul unui pavaj exterior executat din astfel de pavele, beneficiul unor rezistenţe mecanice mai mari încă de la vârste timpurii, a compactităţii mai mari şi implicit a gradului de fisurare scăzut, înseamnă o durată de serviciu prelungită şi costuri de întreținere, reparaţii sau înlocuiri parţiale sau totale mult diminuate.

6.6.4. Panouri de zidšrie cu mortar de zidšrie armat cu fibre de polipropilenš şi cu tencuialš din microbeton armat cu fibre

S-au executat 3 panouri de perete din zidărie având dimensiunile de 500×500mm (figura 6.18). Grosimea peretelui este de 115 mm. Dimensiunile au fost dictate de posibilitățile practice de încercare (cursa presei). La zidirea panourilor s-au utilizat cărămizi ceramice cu goluri verticale.

Mortarul de zidărie s-a preparat conform rețetei R4 iar mortarul de tencuiala (micro-betonul) s-a preparat conform rețetei R1.

Fig. 6.18. Aspecte din timpul executării panourilor de zidărie

Unul din panourile de zidărie (Z1) s-a executat doar cu mortar de zidărie şi nu a fost tencuit. La cel de-al doilea panou (Z2) s-a utilizat același mortar însă a fost adăugata o cantitate de

Fig. 6.17. Comparaţie între pavele la 28 de zile (Dp28), cu şi fără fibre şi cele la 2 ani (Dp2 ani)



fibre conform rețetei şi de asemenea nu a fost tencuit. Al treilea panou (Z3) a fost zidit cu același mortar, fără adaos de fibre, însă a fost tencuit cu microbeton armat cu fibre şi gletuit pentru a facilita observarea fisurilor.

Panourile au fost supuse solicitării de compresiune pe direcție diagonală, simulându-se în acest fel acțiunea concomitenta a unei sarcini verticale şi a uneia orizontale. Pentru aceasta, s-a realizat un dispozitiv alcătuit din profile metalice prin intermediul căruia s-a putut face rezemarea pe un colt a panoului şi transmiterea efortului pe o anumită suprafață.

În urma încercărilor s-au putut observa următoarele:- panoul de zidărie simplă, nearmată, Z1, a cedat prin lunecarea în rostul orizontal, la o

valoare a forţei de 28,5kN; fenomenul de lunecare în rost este perfect vizibil în figura 6.19;- panoul Z2, cu mortar armat dispers cu fibre din polipropilenă, a cedat prin forfecare în

lungul diagonalei comprimate, la o valoare a forţei de 39,0kN; această valoare este cu 36,8% mai mare decât a panoului Z1 (figura 6.20);

- panoul Z3, tencuit (cămăşuit) cu microbeton armat dispers cu fibre a avut o comportare total diferită de a primelor două panouri: mai întâi panoul a fost încărcat cu presa hidraulică setată la aceeaşi scară a valorii maxime a forţei de compresiune de 100 kN, valoare ce s-a dovedit a fi insuficientă, deoarece la atingerea acestei valori presa s-a oprit în mod automat fără ca panoul de zidărie să fi suferit vreo avarie; la această valoare de 100 kN nu s-au observat fisuri la nivelul suprafeţelor exterioare;

Fig. 6.19. Panourile de zidărie Z1 şi Z2 pregătite pentru încercare (stg.) şi după cedare (centru şi dr.)

- după setarea presei hidraulice pe o altă scară a valorii forţei de compresiune, panoul de zidărie a fost supus din nou încercării; ruperea elementului s-a petrecut prin cedarea tencuielii armate şi ruperea în totalitate a cărămizilor din panou după o direcţie diagonală (figura 6.21) la o valoare a forţei de 108 kN, cu 378,9% mai mare decât a panoului etalon Z1 şi cu 276,9% mai mare decât a panoului Z2;

Fig. 6.21. Apariţia fisurii în panoul Z3 şi modul de cedare prin ruperea cărămizilor

- pe toata perioada scursă de la realizare şi până la încercare (o luna), nu s-a observat nici o fisura pe feţele tencuite ale panoului Z3;



6.6.4.1. Estimarea prin calcul a capacitšţii portante a panourilor de zidšrie

Fig.6.22. Schema de calcul pentru panourile de zidărie de cărămidă1. Capacitatea portantš la lunecarea în rostul orizontal (conform normativ

CR6-2006)S-a evidenţiat la panoul Z1, realizat cu mortar obişnuit.Utilizând relaţia 6.40 din normativul CR6-2006 dar in care se înlocuieşte fvd0 cu fvk

(deoarece în situaţia prezentă există şi un efort de compresiune d), atunci:

FRd1(zu) = )1(cos

1

ppvk tlf [6.1]

unde: fvk = fvk0 + 0,4·d - relaţia 4.3a din normativ CR6-2006;fvk0 = 0,2 N/mm2 - rezistenţa caracteristică la forfecare sub efort de compresiune zero;

este corespunzător mortarului din rostul de zidărie pentru care s-au făcut determinări pe epruvete rezultând fk = 5 N/mm2, ceea ce corespunde unui mortar M5;

ptp

Rdd l

F

1707,0

= 0,707·fvk

Făcând înlocuirile necesare, rezultă:fvk = fvk0 + 0,4·0,707·fvk = fvko + 0,2828·fvk

(1 – 0,2828)·fvk = fvk0

fvk = 7172,0

2,0=0,279 N/mm2

lp = 500 mm - lăţimea panourilor de zidărie;hp = 500 mm - înălţimea panourilor de zidărie;tp = 115 mm - grosimea panourilor de zidărie; = 45° - unghiul de înclinare faţă de orizontală;

=

1407,0

p

p

h

l- conform relaţiei 6.41 din CR6-2006 ;

=

1500500

407,0 = 0,07·(4 - 1) = 0,21



Rezultă:

FRd1(zu) = )21,01(115500279,045cos

1

= 21,1115500279,0

707,01

= 27.438 N

FRd1(zu) = 27,4 kNObs.: panoul Z1 a cedat prin lunecarea în rostul orizontal la o forţă FEd1 = 28,5 kN.

2. Capacitatea portantš la forfecare în lungul diagonalei comprimate (conform normativ CR6-2006)

S-a evidenţiat la panoul Z2 la care s-a utilizat mortar de zidărie armat cu fibre.Conform relaţiei 6.43 din normativ CR6-2006, cu înlocuirile precizate mai sus, rezultă:

FRd2(zu) =cos6,0

ppvk tlf=

707,06,0115500279,0

= 37.794 N [6.2]

FRd2(zu) = 37,8 kN

Obs.: panoul Z2 a cedat prin forfecare în lungul diagonalei comprimate la o forţăFEd2 = 39,0 kN

3. Capacitatea portantš la forfecare în lungul diagonalei comprimate pentru panoul „tencuit” cu micro-beton armat dispers cu fibre din polipropilenš –panoul Z3FRd3(zu) = FRd1 + FRdc + Frdf [6.3]

a. FRd1 = 27,4 kN - corespunzător panoului cu mortar obişnuit;

b. FRdc = cos

1· fctm · lp · tc - capacitatea portantă a stratului de tencuială (a matricii de

micro-beton);unde: fctm = 2,2 N/mm2 - rezistenţa medie la întindere a micro-betonului utilizat,

determinată experimental pe epruvete prelevate la execuţie;lp = 500 mm - lăţimea panoului;tc = 2 · 11 = 22 mm - grosimea medie totală a stratului de tencuială (cele 2 feţe);

FRdc = 707,01

· 2,2 · 500 · 22 = 34.219 N

FRdc = 34,2 kN

c. FRdf = min (FRdf1, FRdf2) - capacitatea portantă asigurată de prezenţa armării disperse (a fibrelor de polipropilenă);

Deoarece fibrele pot ceda fie prin lunecarea lor în matrice, fie prin ruperea lor la întindere, se poate spune că FRdf este cea mai mică valoare dintre capacitatea portantă la smulgere (FRdf1) şi cea la întindere (FRdf2).

În aceste condiţii avem: a. Capacitatea portantă la smulgere:

FRdf1 = nf · cos

1· lp · tc · ·df · m

fl 2

[6.4]

în care: nf = N · P1 · P2 · Cv - numărul de fibre participante la preluarea efortului, pe

unitatea de suprafaţă; conf. calculului din teză nf=10buc/mm2



df = 0,034 mm - diametrul unei fibre, conform tabel 6.2 din teză;lf = 12,7 mm - lungimea unei fibre, conform tabel 6.2 din teză;m = 1,0 N/mm2 - efortul unitar de aderenţă, conform tabel 4.1 din teză;În aceste condiţii, avem:

FRdf1 = 10 · 707,01

· 500 · 22 · ·0,034 · 0,12

7,12 = 104.836 N

FRdf1 = 104,8 kNNota: se consideră lf/2 deoarece numai dintr-o parte poate fi smulsă fibra, nu din ambele părţi

deodată.

b. Capacitatea portantă la întindere generată de fibre este:

FRdf2 = nf · cos

1· lp · tc ·

4

2fd

· Rf [6.5]

Rf = 300 N/mm2 - rezistenţa la întindere a fibrelor, conform tabel 6.2 din teză;atunci:

FRdf2 = 10 · 707,01

· 500 · 22 · 4

034,0 2· 300 = 42.100 N/mm2

FRdf2 = 42,1 kN

Concluzia este că fibrele îşi epuizează capacitatea portantă prin ruperea lor:

FRdf = min (104,8; 42,1) = 42,1 kN

În aceste condiţii, capacitatea portantă a panoului de zidărie Z3, tencuit, devine:

FRd3(zu) = 27,4 + 34,2 + 42,1 = 103,7 kN

Obs.: panoul Z3 a cedat prin forfecare în lungul diagonalei comprimate la o forţă

FEd3 = 108,0 kN

Diferenţa între FEd3 = 108 kN şi FRd3 = 103,7 kN poate fi pusă pe seama factorului de variaţie (neomogenitate), precum şi pe seama neuniformităţii stratului de tencuială.

Concluzii: utilizarea fibrelor din polipropilenă în mortarul de zidărie este benefică, aducând un spor de rezistenţă substanţial.

Mai mult, tencuirea pereților din zidărie cu microbeton armat cu fibre poate constitui o formula simpla de sporire a capacităţii portante a acestora. Soluţia poate fi aplicată atât pereţilor nestructurali cât şi celor structurali, iar în corelare cu capitolul următor, se poate spune că tencuirea (cămăşuirea) pereţilor de zidărie avariaţi poate fi o soluţie de consolidare simplă, eficientă şi cu costuri minime. Rolul decorativ şi de protecţie al unei tencuieli poate fi asigurat în continuare, dar printr-o armare dispersă a mortarului se poate asigura şi un grad sporit de rezistenţă la cutremure, precum şi o durabilitate mai mare şi un aspect estetic mai plăcut datorită fisurării reduse.

6.6.5. Carote din beton consolidate cu un strat de microbeton armat cu fibre din polipropilenš

Pentru a permite trecerea unor conducte s-au făcut două goluri, prelevându-se astfel două carote cu diametrul de 180mm şi înălțimea de 250mm din peretele de beton al unei construcții existente.



Aceste carote au fost supuse încercării de compresiune până la rupere. Trebuie menționat faptul ca feţele care au intrat în contact cu platanele (deci planurile orizontale) nu au fost chiar perpendiculare pe axa elementelor. Din această cauză se estimează că au fost introduse o serie de erori în ceea ce privește rezultatul obținut (rezistenţa obținută). În orice caz, rezistenţa obținută prin încercarea efectuată confirmă clasa betonului existent în structura din care s-au prelevat carotele: C20/25, cu fck = 20 N/mm2.

După această operație, s-a procedat la tencuirea (cămăşuirea) lor cu microbeton armat cu fibre din polipropilenă într-un strat având grosimea medie de cca. 15mm. Microbetonul pentru tencuirea carotelor s-a preparat după rețeta R1.

Carotele consolidate, au fost supuse din nou la compresiune centrică, cu acţionare doar pe miezul din beton, iar rezultatele sunt următoarele:

- carota C1 – cedarea a avut loc la o valoarea a forţei de compresiune de 419 kN faţă de 565 kN (înainte de fisurare şi consolidare);

- carota C2 – cedarea a avut loc la o valoarea a forţei de compresiune de 478 kN faţă de 573;

În urma încercărilor s-au observat următoarele:- capacitatea portanta a elementelor consolidate prin cămăşuire cu microbeton armat cu

fibre a fost restabilita într-o proporție de 74,1% pentru carota C1, respectiv de 83,4% pentru C2;- cedarea a avut loc prin „umflarea” stratului de microbeton şi apariţia unor fisuri verticale

în acesta, vizibile în figura 6.25;Concluzii: - mortarele (micro-betoanele) armate cu fibre din polipropilenă au un aport important la

consolidarea unor elemente din beton avariate, fibrele îmbunătăţind rezistenţa la întindere a stratului de microbeton;

- stratul de cămăşuire trebuie executat cu mai multă acurateţe astfel încât grosimea lui să fie cât mai constantă, acest lucru ducând la o îmbunătăţire a comportării elementului consolidat;

- cercetările trebuie continuate în condiții de efectuare a încercărilor pe un număr mai mare de elemente şi pe mai multe tipuri de secţiuni de beton avariate.

Fig. 6.25. Cedarea carotelor consolidate şi vizualizarea stratului de cămăşuire

6.6.6. Cofraje pierdute pentru grinziS-au realizat elemente cu pereți subțiri din beton armat dispers cu fibre destinate utilizării

Fig. 6.24. Carote după încercare – avariate (stg.) şi în timpul cămăşuirii lor prin tencuire (dr.)



ca şi cofraje pentru grinzi cu secțiunea dreptunghiulara. Mai exact, aceste elemente s-au conceput pentru a fi utilizate ca şi cofraje la realizarea buiandrugilor. Elementele au forma literei U cu aripile în sus. În interiorul lor urmează să se execute armarea şi apoi betonarea buiandrugului.

Elementele de cofraj s-au realizat utilizând microbeton preparat după doua rețete de beton în funcție de granulația agregatului. La prima rețetă s-a utilizat agregat cu granulația cuprinsă între 0 - 4mm, conform rețetei R1 iar la cea de-a doua s-a utilizat agregat din doua sorturi: 0 - 4mm şi 4 - 8mm, conform rețetei R2.

Din aceste compoziții cu şi fără fibre, s-au executat elemente de cofraj pentru buiandrugi având dimensiunile secțiunii transversale de 250×250mm şi grosimea de 25mm. Lungimea elementelor este de 2200mm practic imitând un element la scară naturală.

Aceste elemente au fost supuse solicitării de încovoiere. Pentru aceasta ele au fost rezemate pe câte un suport metalic la fiecare capăt, aceştia fiind aşezaţi la rândul lor pe două grinzi din beton armat dispuse la 2,0 m distanţă.

Pentru buiandrugul B2 încărcarea s-a făcut cu cărămizi așezate în asize, imitând în acest fel situația reala de încărcare a unui buiandrug în timpul execuției. Fiecare cărămidă a fost cântărită în prealabil.

După realizarea a două asize, s-a așteptat timp de 5 minute după care s-au măsurat săgețile în trei puncte de-a lungul elementelor cu ajutorul a trei micro-comparatoare.

Capacitatea buiandrugului prefabricat de a prelua sarcini în timpul execuției este sugerată de fotografia din figura 6.28.

Concluzia este ca elementul nu a suferit nici un fel de degradare sau fisură. Săgeata maximă, la mijlocul deschiderii, a fost de 0,53 mm, mult mai puţin faţă de săgeata admisibilă de 4,0mm (l/500).

Fig. 6.27. Buiandrug solicitat la încovoiere. Măsurarea săgeţilor cu ajutorul a trei micro-comparatoare

Fig. 6.28. Încărcări succesive cu 4, 12 şi 17 rânduri de cărămizi

Pentru al doilea element, B3, s-a mărit distanţa între reazeme la 2,1m şi s-a modificat distribuţia încărcării de la una triunghiulară la una uniform distribuită.

În această situaţie elementul a cedat la sarcina de 550,7 daN, prezentând o săgeată înaintea ruperii de 2,5mm.

Ruperea s-a produs brusc, la apariția primei şi singurei fisuri (fig. 6.32).



Din calculele bazate pe rezistenţele micro-betonului determinate experimental în laborator şi adoptând schema simplificată pentru calculul elementelor armate dispers cu fibre, cedarea ar fi trebuit să se producă la sarcina de 623,3 daN.

Buiandrugul prefabricat B1, realizat din microbeton nearmat cu fibre nu a mai fost încercat deoarece în timpul procesului de întărire, acesta a fisurat fiind, practic, compromis. Aceasta situaţie îl face nesigur la manipulare.

Fig. 6.30. Buiandrugul B3 pregătit pentru încercare şi apariţia primei fisuri şi cedarea elementului

Fig. 6.33. Graficul forță – deformaţii pentru buiandrugul B3Obs.: cu M1, M2, M3 s-au notat cele trei micro-comparatoare poziţionate de la stânga la dreapta în figuri.

6.6.6.1. Estimarea prin calcul a capacitšţii portante a buiandrugului

Fig.6.34. Schema de calcul pentru panourile de zidărie de cărămidă

Momentul capabil poate fi exprimat prin scrierea unei ecuaţii de momente în raport cu rezultanta eforturilor de compresiune utilizând schema de distribuţie a eforturilor unitare prezentată în [112].



Mcap = MRd = T1 · z1 [6.6]

unde: z1 = h2413

= 0,5416 · 250 = 135 mm

T1 = Abi · nf · Rf · Af

în care:Abi = 2 · 25 · 187,5 = 9.375 mm2 - aria de beton întinsănf = N · P1 · P2 · Cv - numărul de fibre participante la preluarea

efortului, pe unitatea de suprafaţă; conf. calculului din teză nf = 10 buc/mm2

Rf = 300 N/mm2 - rezistenţa la întindere a fibrelor, conform tabel 6.2 din teză;atunci: T1 = 9.375 · 10 · 300 · 0,907 · 10-3 = 25.375 Nşi Mcap = MRd = 25.375 · 135 = 3.436.210 Nmm

Mcap = MRd = 343,6 daNm

Determinarea sarcinii capabile a buiandrugului:

Mcap = MRd = 8

2ccap lp

[6.7]

pcap = 2

8

c

cap

l

M =

21,2

86,343 = 623,3 daN/m

pcap = 623,3 daN/mMomentul dat de sarcina exterioară:

Mext = MEd = 8

2cext lp

[6.8]

unde: pext = gp + gc - valoarea totală a încărcărilor exterioare;gp = 42,0 daN/m - greutatea proprie a elementului;gc = 508,7 daN/m - greutatea cărămizilor cu care s-a realizat încărcarea

elementului, determinată prin cântărire şi măsurare directă;rezultă: pext = 42,0 + 508,7 = 550,7 daN/m

pext = 550,7 daN/mlc = 2,10 m - deschiderea de calcul a elementului;

atunci: Mext = MEd = 8

10,27,550 2

Mext = MEd = 303,5 daNmDiferenţa între MEd = 303,5 daNm şi MRd = 343,6 daNm poate fi pusă pe seama factorului

de variaţie (neomogenitate), precum şi pe seama modului de realizare a elementelor, manual, în cofraje din lemn susceptibile a se deforma.

6.6.6.2. Eficienţa economicš a buiandrugilor prefabricaţi din beton armat dispers cu fibrePentru a evidenţia eficienţa economică a unor astfel de buiandrugi, în comparaţie cu cei

executaţi clasic, prin cofrare, s-a realizat un deviz estimativ prezentat în tabelul 6.4. Conform devizului, un buiandrug realizat din beton armat dispers cu fibre este mai ieftin decât cel din beton obişnuit în cofraje executate manual cu 31,04 %.



Concluzia practică este aceea că acest tip de elemente sunt eficiente datorită faptului că: manipularea lor este una facilă, montarea pe poziţia finală de lucru nu ridică probleme, asigură stratul de protecţie cu beton pentru armăturile de rezistenţă ce vor fi montate în interior şi sunt suficient de rezistente pentru a suporta greutatea betonului din interior şi a straturilor de zidărie de deasupra, eventual cu ajutorul unui singur pop de sprijin montat la mijlocul deschiderii.

Spre deosebire de buiandrugii realizaţi în cofraje de lemn sau metalice, aceştia elimină manopera şi materialul necesar realizării cofrajelor, elimină manopera aferentă decofrării şi asigură un timp de punere în lucru mult mai rapid, practic a doua zi după turnarea betonului în interior, zidăria poate fi continuată.

6.6.7. Grinzi lungiS-au executat grinzi din beton armat cu secțiunea dreptunghiulara de 125×200mm şi

lungimea de 2200mm. Armarea grinzilor s-a făcut cu 2 bare longitudinale de Ø10mm din oţel PC52 la partea inferioară şi 2 bare longitudinale de Ø8mm din otel PC52 la partea superioară. Armătura transversală s-a realizat cu etrieri din oţel OB37 având Ø6mm.

Fig. 6.35. Cofraj şi armare grinzi lungi

Fig. 6.36. Plan cofraj şi armare grinzi lungi

La realizarea grinzilor s-a utilizat beton preparat cu agregate din două şi trei sorturi, respectiv 0 – 4mm şi 4 – 8mm şi 0 - 4mm, 4 - 8mm şi 8 - 16mm, conform reţetelor R2 şi R3. Pentru comparația efectului armării cu fibre din polipropilena s-au realizat grinzi atât cu beton fără adaos de fibre cât şi cu adaos de fibre.

Grinzile au fost supuse la încovoiere pe un stand amenajat special pentru această încercare. În acest sens fiecare grindă a fost rezemată pe două reazeme situate la o distanţă de 2,0 m şi i s-a aplicat o forţă concentrată la mijlocul deschiderii. Forţa s-a aplicat cu ajutorul unei prese mobile căreia, pentru a putea fi rezemată, i s-a prelungit cilindrul prin intermediul unui distanţier care, la rândul sau, a fost fixat de grinda halei in care s-a efectuat încercarea.



Forța s-a aplicat în trepte de câte 2,38KN, reprezentând cca. 10% din forţa la care a cedat. Măsurarea deformaţiilor s-a făcut cu un micro-comparator amplasat la mijlocul deschiderii

grinzii (unde a fost aplicată şi forța). După fiecare treaptă de încărcare s-a aşteptat stabilizarea deformaţiilor (cca.5 minute).

În urma încercărilor s-au constatat următoarele:- grinda G1, executată din beton armat fără adaos de fibre (proba etalon) a cedat la o

valoare a sarcinii de 33,3 kN; cedarea, confirmată de intrarea în curgere a armăturii de la partea inferioară a fost precedată de apariţia unei fisuri în dreptul punctului de aplicaţie a forței. Ulterior, au apărut şi alte fisuri care s-au dezvoltat sub sarcină constantă;

- grinda G2, executată din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă, cu agregate în două sorturi, a cedat la o valoare a sarcinii de 35,8 kN, valoare cu 7,5% mai mare decât a probei etalon; cedarea s-a petrecut similar cu proba etalon, cu observaţia că fisurile au apărut la o sarcină mai mare, deschiderea lor şi distanţa dintre ele fiind mai mici (figura 6.38);

- grinda G3, executată din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă, cu agregate în trei sorturi, a cedat la o valoare a sarcinii de 38,1 kN, valoare cu 14,3% mai mare decât a probei etalon; cedarea s-a petrecut similar cu cea a grinzii;

Fig. 6.38. Grinzile G1, G2, G3

În figura 6.39 este prezentata deformaţia grinzilor în momentul apariţiei primei fisuri. Se poate observa că grinzile armate şi cu fibre prezintă deformaţii mai mari la apariţia primei fisuri ceea ce face ca cedarea sa fie mult mai avertizată.

Fig. 6.37. Stand încercare grinzi lungi



Fig. 6.39. Deformaţia grinzilor G1, G2, G3 la apariţia primei fisuri

6.6.8. Grinzi scurteS-au executat grinzi din beton armat cu secțiunea dreptunghiulară de 150×250mm şi

lungimea de 500mm. Armarea grinzilor s-a făcut cu câte 2 bare longitudinale având Ø10mm din oţel PC52 la partea superioară şi inferioară. Armătura transversală s-a realizat din etrieri din oţel OB37 cu Ø6mm la interspațiu de 80mm.

Ca şi la grinzile lungi şi la aceste grinzi s-a utilizat beton preparat cu agregate din două şi trei sorturi, conform reţetelor R2 şi R3. Pentru comparația efectului armării cu fibre din polipropilena s-au realizat grinzi atât cu beton fără adaos de fibre cât şi cu adaos de fibre.

Grinzile au fost supuse la forfecare. Pentru aceasta, ele au fost rezemate pe cuțitele dispozitivului anexat presei hidraulice, amplasate la 0,3m distanţă şi încărcate cu o forță concentrată, aplicată la mijlocul deschiderii. Încărcarea s-a făcut progresiv până la rupere.

În urma încercărilor s-au constatat următoarele:

- grinda GF1, executată din beton armat fără adaos de fibre (proba etalon) a cedat la o valoare a sarcinii de 254 kN; cedarea a fost precedată de apariţia a două fisuri înclinate, mod specific solicitării de forfecare; după apariţia fisurilor s-a continuat încărcarea elementului până la cedarea armăturii transversale, cedare însoţită de un sunet puternic specific ruperii oţelului, după care s-a observat fenomenul de smulgere a armăturii longitudinale, fenomen datorat ancorării insuficiente a barelor de oţel;

Fig. 6.42. Grinda GF1 între platanele presei (stg.) şi momentul apariţiei primei fisuri (dr.)- grinda GF2, executată din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă, cu agregate în

două sorturi, a cedat la o valoare a sarcinii de 264 kN, valoare cu 3,9% mai mare decât a probei etalon; cedarea s-a petrecut similar cu proba etalon, cu apariţia unei singure fisuri înclinate;

Fig. 6.41. Plan cofraj şi armare grinzi scurte



Fig. 6.43. Grinzile GF2 şi GF3 în momentul apariţiei primei fisuri

- grinda GF3, executată din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă, cu agregate în trei sorturi, a cedat la o valoare a sarcinii de 280 kN, valoare cu 10,2% mai mare decât a probei etalon; şi în acest caz cedarea a fost similară, dar mai avertizantă;

- înălţimea zonei comprimate de beton din capătul fisurii a fost mai mare în cazul elementelor GF2 şi GF3, fapt datorat prezenţei fibrelor de armare dispersă care au îmbunătăţit atât rezistenţa la întindere de la partea inferioară cât şi rezistenţa la compresiune de la partea superioară (fapt confirmat de determinările de laborator privind rezistenţele la compresiune a betonului cu şi fără fibre);

Concluzii: capacitatea portanta a elementelor armate cu fibre a crescut faţă de a celor armate clasic (figura 6.44). Armarea cu fibre din polipropilena în combinaţie cu armatura clasică pentru elemente supuse preponderent la forţă tăietoare îmbunătăţeşte comportarea acestora.

Ruperea are un caracter ceva mai avertizat, nefiind atât de brusc cum se manifesta la cele armate clasic.

6.6.9. Plšci solicitate la stršpungereS-au executat plăci tip dală având dimensiunile în plan de 600×600mm şi grosimea de

100mm prevăzute, în centrul lor, din turnare, cu o bucată de stâlp (popic) de secțiune pătrată cu latura de 150mm. Dimensiunile dalei au fost determinate de gabaritul dintre coloanele presei de încercare şi de posibilitățile de manipulare în laborator.

Pentru două din dale armarea s-a făcut doar cu rețea de bare din otel PC52 dispusă la partea superioară, iar pentru alte 2 dale s-a dispus şi armatura specifică de forfecare (străpungere) sub formă de bare înclinate.

In detaliu, armarea dalelor s-a făcut la partea superioara cu câte 4 bare de Ø10mm din oţel PC52 pe fiecare direcție şi cu 4 bare de Ø8mm din oţel PC52 pe fiecare direcție la partea inferioară. La dalele la care s-a utilizat şi armatură înclinată, s-au mai pus suplimentar câte 2 bare înclinate pe fiecare direcţie (figura 6.45).

La realizarea dalelor s-a utilizat beton preparat cu agregate din trei sorturi, respectiv 0 -4mm, 4 - 8mm şi 8 - 16mm conform cu reţeta R3. În vederea comparării efectului armării cu fibre din polipropilena s-au realizat dale, pentru fiecare tip de armare descris mai sus, atât cu beton fără adaos de fibre cât şi cu adaos de fibre.

Fig. 6.44. Capacitatea portantă a celor 3 grinzi



Fig. 6.45. Cofraj, armare şi betonare plăci tip dală

Dalele au fost încercate la încovoiere fiind rezemate pe contur pe un cadru metalic din profile laminate iar în centrul lor s-a aplicat o forță concentrată prin intermediul popicului. Acest mod de rezemare şi încărcare trebuia să conducă la fenomenul de străpungere.

Sarcina s-a aplicat în trepte de câte 3,0 kN reprezentând cca. 20% din sarcina de rupere estimată. După fiecare treaptă de încărcare s-a așteptat un interval de timp de cca. 5 minute pentru stabilizarea deformațiilor.

Deformațiile au fost măsurate pe conturul dalelor la mijlocul laturilor, utilizând micro-comparatoare cu precizia de 10μm.

Fig. 6.47. Plăcile P1 şi P3 în timpul desfășurării încercărilor

În urma încercărilor efectuate au rezultat următoarele:- placa P1, executată din beton armat fără adaos de fibre (proba etalon) a cedat la o

valoare a sarcinii de 16,0 kN. Cedarea a fost precedată de apariția de fisuri multiple la suprafața plăcii orientate în mai multe direcții şi destul de pronunțate (la treapta a doua de încărcare, 6 KN măsurau deja 0,4-0,5mm). În final, dezvoltarea fisurilor s-a făcut mai pronunțat pe un contur specific cedării prin străpungere, contur situat la o distanţă de marginea popicului de cca 0,75hp.

- placa P3, executată din beton armat cu adaos de fibre şi având aceeaşi armare cu bare de oţel ca şi P1, a cedat la o valoare a sarcinii de 19,8 kN, cu 23,7 % mai mare decât placa etalon.

Şi în acest caz cedarea a fost precedată de apariția de fisuri multiple la suprafața plăcii, orientate în mai multe direcții însă mult mai fine (la treapta a treia de încărcare, 9,0 KN, măsurau doar 0,2-0,3mm). În final, dezvoltarea fisurilor s-a făcut şi aici pe un contur specific cedării prin străpungere, contur situat, tot așa, la o distanţă de marginea popicului de cca 0,75hp.

În ambele situații încercarea nu s-a continuat până la ruperea armaturilor deoarece, dată fiind dimensiunea plăcii nu s-a putut asigura o lungime suficientă de ancorare a armaturii specifice pentru străpungere şi, astfel, aceasta armatură a început să alunece în interiorul betonului.



Fig. 6.48. Dezvoltarea fisurilor la placa P1, respectiv P3

Plăcile P2 şi P4, executate în acelaşi mod cu primele două, dar fără armătură specifică pentru străpungere au avut o comportare asemănătoare ca mod de cedare, de apariţie şi dezvoltare a fisurilor, cu deosebirea că valorile forţelor la care au cedat au fost semnificativ mai mici: 11,2 kN pentru placa P2 (fără adaos de fibre), respectiv 12,6 kN pentru placa P4, adică un spor de capacitate portantă de 12,5 % în favoarea plăcii din beton armat dispers cu fibre.

Concluzii: capacitatea de rezistenţă la străpungere a dalelor armate cu fibre a crescut faţă de a celor armate clasic. Armarea cu fibre din polipropilenă în combinaţie cu armătura clasică pentru elemente supuse preponderent la poansonare îmbunătăţeşte comportarea acestora, în sensul că fisurile care apar sunt mult mai fine şi apar la o sarcina ceva mai mare.

6.6.10. Elemente tubulare solicitate la torsiuneS-au executat tuburi din beton de forma rectangulară cu secțiunea transversală sub formă

de pătrat cu latura de 150mm, grosimea peretelui de 25mm şi lungimea de 700mm, identice cu cele folosite ca şi cofraje pierdute pentru stâlpi.

Elementele tubulare s-au realizat din microbeton conform rețetei R1. Nu s-a folosit armatură clasică.

Pentru compararea (evidenţierea) efectului armării cu fibre din polipropilena, s-au realizat tuburi din microbeton cu şi fără adaos de fibre.

Tuburile au fost supuse unei solicitări exterioare care a produs moment încovoietor, forță tăietoare şi moment de torsiune. Pentru aceasta s-a proiectat şi realizat un dispozitiv (un braţ) din profile laminate care s-a fixat pe tub prin intermediul a doua placi metalice strânse cu prezoane (figura 6.51). Tubul de beton a fost încastrat, în poziţie orizontală, între platanele presei de încercare la compresiune. Forţa care a provocat torsiunea a fost aplicata cu ajutorul unei prese mobile la care însă treptele de încărcare erau de cca. 0,476 KN (cca.30% din forța teoretică de rupere). Dată fiind conformarea elementului şi a schemei de aplicare a încărcării, solicitarea dominantă a fost cea de torsiune (eventual torsiune cu forța tăietoare).

În urma încercărilor efectuate s-au desprins următoarele:- tubul Tb2,realizat din micro-beton armat dispers cu fibre, a cedat la o farţă de 1,90 KN

Fig. 6.49. Capacitatea de rezistenţă la străpungerea celor 4 plăci



faţă de 1,68 KN la care a cedat tubul Tb1 realizat din microbeton simplu (mai mult cu cca. 13,7%);- conturul de cedare a fost unul specific unor astfel de solicitări (un contur aproape elicoidal);

Fig. 6.50. Aspecte din timpul executării şi încercării elementelor tubulare

- unghiul de înclinare a suprafeţelor de cedare faţă de generatoarea muchiilor elementului în cazul celui realizat cu microbeton armat dispers cu fibre este ceva mai mare decât a celui realizat din microbeton nearmat (figura 6.53);

Concluzii: capacitatea de rezistenţă la torsiune a secțiunilor tubulare de forma rectangulară armate cu fibre a crescut ușor faţă de a celor nearmate. Experimentările trebuie continuate utilizând dispozitive şi prese mult mai perfecționate, pentru a se putea efectua determinări pe trepte de încărcare mult mai fine.

6.6.6. Cofraje pierdute pentru stâlpiS-au realizat elemente cu pereţi

subțiri (tuburi) din beton armat dispers cu fibre destinate utilizării ca şi cofraje pentru stâlpi circulari sau rectangulari. S-au realizat 2 tipuri de astfel de cofraje pierdute: unele tip tuburi de formă circulară şi altele de formă rectangulară.

Cele de formă circulară au diametrul exterior de 200mm, grosimea peretelui de 25mm şi înălţimea de 500mm. Cele de formă rectangulară au secțiunea transversală sub formă de pătrat cu latura de 150mm, grosimea peretelui de 25mm şi înălţimea de 700mm.

Elementele de cofraj de formă circulară s-au realizat din micro-beton după reţeta R1, iar elementele de cofraj de formă rectangulară s-au realizat utilizând micro-beton preparat după două rețete în funcție de granulația agregatului. La prima rețetă s-a utilizat agregat cu granulația de 0 - 4mm iar cea la cea de-a doua s-a utilizat agregat din doua sorturi: 0 - 4mm şi 4 - 8mm.

Fig. 6.52. Apariţia fisurilor şi conturul de cedare

Fig. 6.53. Unghiul de înclinare a suprafeţei de cedare pentru Tb1, respectiv Tb2



Fig. 6.54. Cofraje pierdute de formă circulară, respectiv pătrată

Stâlpul interior circular a fost realizat din beton armat cu 6 bare longitudinale avândØ10mm din oţel PC52 şi armatură sub formă de fretă din oţel OB37 având Ø4mm.

Stâlpul interior rectangular a fost realizat din beton armat cu 4 bare longitudinale avândØ10mm din oţel PC52 şi armatură sub formă de etrieri perimetrali din oţel OB37 având Ø4mm.

a. b.Fig. 6.55. Plan cofraj şi armare stâlpi circulari (a.) şi rectangulari (b.)

Betonul utilizat la realizarea stâlpilor interiori a fost preparat după rețeta R5.În paralel cu acești stâlpi, turnați în interiorul cofrajului de beton armat dispers, s-au turnat

din același tip de beton alți stâlpi de secțiune circulară (plină) respectiv pătrată (plină) având dimensiunile exterioare egale cu ale inelului (fie cel circular fie cel rectangular) şi armați la fel.

Astfel s-au obținut două modele, unul clasic, adică un stâlp cu secțiunea transversală omogenă (denumiți SC1, SC2, SP1), turnat într-un cofraj obișnuit şi cel de-al doilea, un stâlp cu secțiunea transversală mixta (denumiți SCC1, SCC2, SPC1) formată din două clase de beton (un strat exterior din beton armat dispers şi care este practic, echivalentul stratului de acoperire cu beton al primului element şi un miez din beton armat obişnuit).

Aceste elemente au fost supuse la compresiune centrică. Pentru o parte din aceste elemente (cele rectangulare şi 2 din cele circulare) s-au prevăzut de la turnare placi metalice amplasate centric şi ușor mai ridicate faţă de buza lor (cca. 4mm). În acest fel s-a încercattransmiterea forței doar miezului elementelor. Pentru alte 2 elemente (circulare) transmiterea forţelor s-a făcut pe întreaga secţiune transversala.

În urma încercărilor s-au constatat următoarele:- stâlpul SC1 de formă circulară, cu secțiunea transversală din beton armat obişnuit a cedat



la o valoare a sarcinii de 40,0 kN; cedarea a avut loc prin apariţia fisurilor în direcția eforturilor de compresiune (mod de cedare clasic), figura 6.54;

- stâlpul SCC1 de forma circulara, cu secțiunea transversală mixtă, executat din beton armat obișnuit în miez şi din beton armat dispers cu fibre pentru inel, a cedat la o valoare a sarcinii de 36,7 kN; cedarea a avut loc prin apariţia fisurilor longitudinale datorate eforturile de întindere din inel, figura 6.56;

Fig. 6.56. Stâlpul SC1 şi SCC1, respectiv SP1 şi SPC1 în timpul încercărilor

- stâlpul SP1, de formă rectangulară, cu secțiunea transversală din beton armat obişnuit a cedat la o valoare a sarcinii de 31,5 kN; cedarea a avut loc prin apariţia fisurilor în direcția eforturilor de compresiune, în mijlocul laturilor pătratului (mod de cedare clasic), figura 6.57;

- stâlpul SPC1, de formă rectangulară, cu secţiunea transversală mixtă, executat din beton armat obișnuit în miez şi din beton armat dispers cu fibre pentru inel, a cedat la o valoare a sarcinii de 27,3 kN; cedarea a avut loc prin apariţia fisurilor longitudinale la colţurile laturilor pătratului (datorate eforturilor de întindere apărute în laturile pătratului ce reprezintă cofrajul pierdut), figura 6.57;

Fig. 6.58. Modul de cedare a stâlpilor realizaţi cu ajutorul betonului armat dispers cu fibre- stâlpii confinaţi au avut o comportare apropiată de cea a stâlpilor etalon (în marja de 87 –

91 % din capacitatea portantă), eficienţa lor putând fi considerată din punct de vedere economic: prin înlocuirea cofrajelor clasice din lemn sau metal cu aceste cofraje pierdute din beton armat dispers se diminuează costurile cu materialele şi forţa de muncă specializată, precum şi timpul efectiv de punere în operă;

- pentru o capacitate portantă egală sau chiar mai mare decât a stâlpilor executaţi clasic, se pot realiza cofraje pierdute cu diametru mai mare astfel încât elementul turnat în interior să



aibă aceeaşi secţiune transversală ca şi unul executat clasic; în acest caz eficienţa este dată de stratul de protecţie (de acoperire cu beton) mai mare ceea ce conduce la o durabilitate mai mare a elementului, precum şi de reducerea sau chiar eliminarea costurilor cu materialele şi manopera aferente finisării / tencuirii elementului pentru că, aşa cum s-a arătat în capitolele anterioare, suprafaţa betonului armat dispers cu fibre nu prezintă degradări, defecte, segregări, etc;

- stâlpul SC2 de formă circulară, cu secţiunea transversală din beton armat obişnuit, încărcat pe întreaga suprafață transversală, a cedat la o valoare a sarcinii de 46,75 kN; cedarea a avut loc prin apariţia fisurilor longitudinale (mod de cedare clasic), figura 6.59;

- stâlpul SCC2 de formă circulară, cu secţiunea transversală mixtă, executat din beton armat obişnuit în miez şi din beton armat dispers cu fibre pentru inel, încărcat pe întreaga suprafaţă transversală a cedat la o valoare a sarcinii de 45,0 kN; cedarea a avut loc de asemenea prin apariţia fisurilor longitudinale datorate eforturile de întindere din inel, figura 6.59;

- apariţia primelor fisuri s-a produs în jurul valorii forţei de 20 kN, pentru ambii stâlpi, cu deosebirea că în cazul stâlpului integral din beton armat obişnuit, acestea s-au dezvoltat mai repede, având şi deschideri mai mari decât cele de la stâlpul confinat la aceleaşi valori ale încărcării;

- cum s-a precizat şi anterior, prin capacitatea portantă aproape egală intre cei doi stâlpi (stâlpul confinat ajungând la 96,7 % din valoarea stâlpului etalon) se poate spune că soluţia executării stâlpilor în cofraje pierdute realizate din beton armat dispers cu fibre de polipropilenă poate fi eficientă prin diminuarea costurilor cu materialele şi forţa de muncă şi scurtarea timpului de execuţie; se înlătură necesitatea achiziţionării sau realizării cofrajelor din lemn sau metal şi se diminuează forţa de muncă aferentă executării, montării şi demontării acestora;

- suprafaţa exterioară a stâlpilor realizaţi în cofraje pierdute din beton armat dispers nu prezintă defecte, segregări, asperităţi astfel încât poate fi o soluţie economică (nu mai este nevoie de finisaj, tencuire) pentru elementele aparente;

6.6.12. Panouri şi stâlpi prefabricați pentru garduriAceste elemente se produc în mod curent de SC Olimpiada Prod SRL. Modul de realizare,

reţeta de beton, cantitatea şi dispunerea armăturilor de oţel în stâlpii şi panourile de gard prefabricate nu au fost dezvăluite de către producător.

S-au executat stâlpi din beton armat cu secțiunea transversală sub forma literei H, de 120×120mm şi lungimea de 2800mm. Armarea stâlpilor fabricaţi în mod curent este una constructivă. S-au executat stâlpi după reţeta utilizată în mod obişnuit de către furnizor şi stâlpi la care furnizorul a adăugat în reţetă şi fibre din polipropilenă (0,90 Kg/mc).

Prin încercarea acestor stâlpi s-a căutat să se afle influenţa pe care o are armarea cu fibre din polipropilenă asupra flexibilităţii stâlpilor zvelţi (stâlpii în cauză fac parte din aceasta categorie).

Pentru aceasta, stâlpii au fost supuşi la compresiune cu mică excentricitate. În acest scop, stâlpilor așezaţi în poziţie orizontală li s-a aplicat o forţă longitudinală cu ajutorul unei prese mobile proptită pe peretele halei. Celalalt capăt al stâlpului s-a proptit în peretele opus (figura 6.60). Forţa s-a aplicat în trepte de cate 2,38 KN reprezentând cca. 5% din valoarea forţei de rupere. Măsurarea deformaţiilor s-a făcut cu un micro-comparator. După fiecare treaptă de încărcare s-a aşteptat stabilizarea deformaţiilor (cca.5 minute).

În urma încercărilor s-au constatat următoarele:- stâlpul S1, executat din beton armat fără adaos de fibre (proba etalon) a cedat la o

valoare a sarcinii de 54,7 kN; cedarea a avut loc prin forfecarea în lungul rostului dintre inimă si talpa comprimată;



- stâlpul S2, executat din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă, a cedat la o valoare a sarcinii de 59,5 kN, valoare cu 8,8 % mai mare decât a probei etalon; cedarea s-a petrecut similar cu proba etalon, cu observaţia că lungime fisurii este mai mica (figura 6.61);

Fig. 6.61. Cedarea şi apariţia fisurilor: stâlpul S1 (sus) şi S2 (jos)

În figura 6.62 este reprezentată diagrama forţă - deplasare pentru stâlpii încercaţi. Se poate observa ca stâlpii armaţi cu fibre prezintă deformaţii ceva mai mari faţă de stâlpii obişnuiţi dar, în același timp, pierderea stabilităţii (punctele A si A’ pe grafice) s-a produs la o sarcina ceva mai mare 50 KN fata de 38,1 KN) ceea ce îi face mai siguri în exploatare. Forţa la care s-a produs ruperea este şi ea ceva mai mare (59,5KN faţă de 54,7KN).

Odată cu stâlpii prezentaţi anterior, au fost realizate şi plăci de gard de formă dreptunghiulară, cu dimensiunile de 2000×580×40mm, cu şi fără adaos de fibre din polipropilenă. Placa PG1 este executată conform producătorului, cu înglobarea în masa betonului a unei armături din bare de oţel sudate sub forma unui cadru cu zăbrele, precum şi cu adăugarea de fibre din polipropilenă. Placa PG2 a fost executată fără această armătură din oţel, dar cu introducerea de fibre în masa de beton, iar placa PG3 este identică cu PG1 cu deosebirea că nu are adaos de fibre (este placa etalon).

Prin încercarea acestor elemente s-a urmărit rezistenţa lor în timpul manipulării şi transportului: elementele fiind foarte subţiri, trebuie manipulate şi transportate prin menţinerea lor pe cant, lucru care nu se întâmplă de fiecare dată. Orice greşeală în modul de manipulare sau transport poate duce la fisurarea plăci pe zona de mijloc.

Fig. 6.60. Standul de încercare pentru stâlpi lungi

Fig. 6.62. Diagrama forţă – deplasarepentru stâlpii S1 şi S2



Un prim test efectuat pe aceste plăci a fost chiar unul de manipulare necorespunzătoare: plăcile PG1 Si PG3 (cele care au înglobate şi armături de oţel) au fost transportate pe o distantă de 20 de metri în poziţie orizontală. Placa din beton armat dispers cu fibre nu a suferit avarii, nu afisurat, în timp ce placa etalon a fisurat în zona mediană. Pentru încercarea de rezistenţă, această placă a fost înlocuită.

Încercarea propriu-zisă a acestor plăci s-a efectuat prin încărcarea lor cu o sarcină uniform distribuită pe toată suprafaţa, care să imite acţiune vântului într-o situaţie reală. Pentru aceasta, plăcile au fost aşezate pe orizontală, pe două reazeme situate la distanta de 1,90m şi încărcate cu cărămizi cântărite şi măsurate în prealabil (figura 6.63). După dispunerea a două cărămizi, s-a aşteptat cca. 5 minute pentru stabilizarea deformaţiilor după care s-a continuat încărcarea cu alte două dispuse simetric faţă de mijlocul deschiderii plăcii (figura 6.64).

S-a dorit măsurarea deformaţiilor cu ajutorul unui micro-comparator montat la mijlocul deschiderii plăcii, dar acest lucru nu a fost posibil datorită flexibilității plăcilor ce a condus la săgeţi mult mai mari decât limita de citire a aparatului.

În aceste condiţii, rezultatele încercării au fost următoarele:- placa PG1, realizată din beton armat dispers cu fibre a cedat sub sarcina a 26 de

cărămizi, reprezentând 105,3 kg (figura 6.64); cedarea s-a produs la apariţia primei fisuri situată în zona mediană a plăcii;

- placa PG2, realizată din beton armat dispers cu fibre dar fără armătură din oţel a cedat foarte repede, sub sarcina a doar 6 cărămizi, adică 24,3 kg; cedarea s-a petrecut prin apariţia unei fisuri transversale şi mărirea acesteia până la rupere (figura 6.64); celelalte fisuri s-au produs în momentul căderii de pe reazeme;

- placa PG3, realizată din beton obişnuit a avut un comportament apropiat de cel al plăcii cu adaos de fibre, în sensul că cedarea a avut loc la o sarcină de 91,9 kg, echivalentul a 22 de cărămizi; ruperea a fost precedată de apariţia timpurie a unor fisuri; cedarea s-a petrecut după direcţia unei diagonale a cadrului de armătură de oţel situat lateral faţă de mijlocul deschiderii plăcii (figura 6.65);

- din modul de cedare al plăcii din beton obişnuit, dar mai ales din imaginile următoare în care se pot observa fibrele de polipropilenă smulse şi nu rupte, aşa cum s-a întâmplat la celelalte elemente încercate, se poate deduce că betonul folosit la aceste tipuri de elemente este unul inferior ce asigură o aderenţă scăzută armăturii de orice fel;

Concluzii: introducerea fibrelor de polipropilenă a

îmbunătățit capacitatea portantă a plăcilor de gard, marele avantaj fiind acela al manipulării, transportului şi montajului în condiţii de siguranţă superioare. De asemenea, fisurile iniţiale din contracţii şi ulterior din variaţii de temperatură sunt împiedicate în mare măsură de dispersia fibrelor, asigurându-se astfel o durată de serviciu mărită , ceea ce conduce la costuri de exploatare mai mici; aspectul vizual nu are de suferit, plăcile din beton armat dispers cu fibre având acelaşi grad de finisaj, fibrele nefiind vizibile la suprafaţă şi necreând segregări sau alte defecte.

Fig. 6.64. Modul de cedare a plăcilor PG1 şi PG2



Fig. 6.65. Modul de cedare a plăcii PG3

Totuşi, aşa cum s-a mai arătat, fibrele singure nu asigură o comportare satisfăcătoare a unor elemente la sarcini mari în lipsa armăturilor de oţel; acestea din urmă pot fi diminuate ca diametru, număr de bare sau lungime de ancorare, dar nu pot lipsi în totalitate.

Ca o concluzie finală a programului experimental, se poate spune că încercarea unui număr mare de elemente de beton armat dispers cu fibre din polipropilenă, ca tipuri şi dimensiuni, cu sau fără armătură de oţel, la diferite solicitări, a condus spre rezultate convergente care, pe de o parte au confirmat cercetările de până acum, iar pe de altă parte au creat premisele continuării acestora şi au deschis noi drumuri, noi direcţii de căutare a unor căi de îmbunătăţire a materialelor de construcţii folosite în prezent.

Programul experimental a avut la bază nu doar nevoia de a umple golul de informaţii legate de folosirea acestor tipuri de fibre la armarea betoanelor, dar şi cerinţele directe ale unor firme de construcţii dornice de a eficientiza producţia diferitelor elemente din beton.

Fig. 6.66. Cedarea plăcii prin smulgerea fibrelor din polipropilenă


Concluzii, contribuţii personale, valorificări78

CAPITOLUL 7CONCLUZII, CONTRIBUŢII PERSONALE, VALORIFICŠRI

Concluziile la care am ajuns în urma numeroaselor documentări efectuate în ţară şi străinătate, a experienţei personale acumulate ca urmare a testelor şi încercărilor ,,in situ’’ şi a celor din laborator, a urmăririi comportării în timp a diferitelor elemente din beton, ar putea fi sintetizate în felul următor:

- ideea utilizării diferitelor fibre la realizarea de elemente de construcţii nu este una nouă, ea datează încă din antichitate, când s-au utilizat păr şi fibre naturale la armarea cărămizilor;

- noutatea ideii rezidă în faptul că de-lungul istoriei s-au utilizat tot felul de fibre cu proprietăţi din ce în ce mai bune (de la fibra de azbest care s-a dovedit ulterior cancerigenă, la cea de carbon sau, mai nou, cea de kevlar);

- ideea utilizării fibrelor de polipropilenă la armarea dispersă a betonului este una rezonabilă, asigurând o eficienţă tehnico-economică demnă de luat în seamă; dovada o constituie faptul că în lume s-au realizat foarte multe construcţii la care aceste fibre, sub diversele lor forme, au fost utilizate;

- în ultimii ani utilizarea betoanelor armate dispers cu fibre a cunoscut o creştere semnificativă şi la noi în ţară, în special, în domeniul pardoselilor industriale;

- ideea studierii eficienţei utilizării ca armatură dispersă a fibrelor din polipropilenă de tip Fibrofor® Multi, în cadrul aceste teze, a fost una bună, rezultatele obţinute fiind deosebit de încurajatoare;

- betonul armat dispers cu fibre nu poate înlocui betonul armat obişnuit; există însă domenii de utilizare (cofraje pierdute, lucrări de consolidare, elemente subţiri de faţadă, fundaţii de maşini, pardoseli, piste pentru aeroporturi, ş.a) în care betonul armat cu fibre poate fi folosit alternativ sau în completare la cel armat clasic (obişnuit), oferind avantaje constructive şi economice;

- majoritatea aplicaţiilor din beton armat dispers cu fibre sunt bazate pe ideea îmbunătăţirii proprietăţilor de rezistenţă; totuşi, rolul armării cu fibre nu constă atât în îmbunătăţirea rezistenţelor statice, cât mai ales, în controlul procesului de fisurare, şi prin aceasta, în îmbunătăţirea ductilităţii, a proprietăţilor de absorbţie a energiei şi a rezistenţei la impact, şoc şi variaţii de temperatură;

- îmbunătățirea performanţelor de rezistenţă este mai evidentă în cazul solicitărilor mici sau moderate (ex. eforturi de întindere provocate de împingeri laterale, sau cele din despicare, eforturi principale de întindere în cazul zidăriilor) şi mai puţin semnificativă la solicitări mari şi foarte mari unde este absolut necesară prezenţa armăturilor obişnuite (ex. forfecare, încovoiere); acest lucru a rezultat şi din încercările experimentale efectuate în cadrul tezei (ex. stâlpii sau elementele supuse la forfecare nu prezintă aceleaşi îmbunătăţiri ale caracteristicilor de rezistenţă ca altele, cum ar fi buiandrugii sau dalele pentru pavaje);

- betonul armat dispers cu fibre s-a dovedit eficient pentru stâlpii cu secţiune redusă, solicitaţi la compresiune cu flambaj;

- în cazul utilizării betonului armat dispers cu fibre din polipropilenă, după producerea fisurilor, materialul prezintă în continuare o rezistenţă ce oferă o siguranţă sporită în exploatare;

- rolul fibrelor în controlul procesului de fisurare şi calitatea acestora de a menţine împreună fragmentele fisurate, chiar şi după o fisurare avansată, poate fi folosit avantajos la elementele din beton armat şi beton precomprimat;



- un avantaj esenţial al betonului armat dispers cu fibre din polipropilenă faţă de cel obişnuit, constă în aderenţa sporită la suprafaţa stratului suport, inclusiv la armatura clasică, ceea ce face să se înregistreze pierderi mici la punerea în opera prin torcretare şi la o posibila diminuare a lungimilor de ancoraj;

- betonul armat dispers cu fibre din polipropilenă permite lucrul la temperaturi ridicate aleaerului în perioada de executare a lucrărilor; ca urmare, prin folosirea betoanelor armate cu fibre din polipropilenă s-a redus tendinţa de fisurare datorată contracţiilor iniţiale; acest lucru a fost testat şi dovedit în cadrul experimentărilor din aceasta teză;

- betonul armat dispers cu fibre din polipropilenă permite obţinerea unor suprafeţe şi muchii uniforme şi rezistente;

- betonul armat dispers cu fibre din polipropilenă contribuie la reducerea degradărilor produse de înlăturarea cofrajelor la marginea elementelor sau în zonele de colţ precum şi cele posibil să apară în timpul transportului şi al montării;

- pentru obţinerea unor betoane de calitate, la alegerea tipului de fibre trebuie să se aibă în vedere, printre altele: lungimea minimă a fibrelor, aderenţa suprafeţei fibrei la matrice, distribuţia şi orientarea fibrelor în matrice, intervalul dintre fibre, raportul sau aspectul geometric al fibrelor;

- abordarea teoretica a determinării influenţei fibrelor din polipropilenă asupra capacitaţii portante a diferitelor elemente din beton armat poate fi făcută utilizând metode perfecţionate de calcul (ex. metoda elementului finit, metoda bazată pe teoria materialelor compozite, ş.a) sau utilizând metode simplificate bazate pe ipotezele din teoria betonului armat; acestea din urmă sunt suficient de exacte pentru a surprinde efectul adăugării de fibre la compoziția de beton; ca atare, pentru estimarea capacităţii portante a diferitelor elemente din beton armat dispers cu fibre, în această teză s-au utilizat modele simple;

Contribuţiile personale ar putea fi sintetizate în felul următor:1. realizarea unui studiu bibliografic destul de amplu, constând în sistematizarea

informaţiilor despre betoanele armate dispers cu fibre şi în mod deosebit despre acelea la care s-au utilizat fibre din polipropilenă, cuprinse în peste 150 de publicaţii din ţară şi străinătate;

2. conceperea şi desfăşurarea unui program experimental orientat spre studiul caracteristicilor fizico-mecanice ale betonului armat dispers cu fibre din polipropilenă în scopul reliefării aspectelor tehnico-economice esenţiale pe care le implică utilizarea unui astfel de material; în acest sens au fost efectuate teste de laborator, utilizând aparatura unui laborator autorizat, privind: lucrabilitatea, contracţia, permeabilitatea la apă, rezistenţa la compresiune, rezistenţa la întindere din despicare, aderenţa betonului armat dispers cu fibre din polipropilena tip Fibrofor® Multi;

3. realizarea şi încercarea unor elemente din beton armat dispers cu fibre din polipropilenătip Fibrofor® Multi în vederea obţinerii de informaţii privind comportarea la diferite solicitări; pentru aceasta au fost realizate şi încercate 12 tipuri de elemente (cofraje pierdute pentru grinzi sub forma de U supuse la încovoiere, cofraje pierdute pentru stâlpi cu secţiunea circulară şi pentru stâlpi cu secţiunea rectangulară supuse la presiune laterală, grinzi lungi cu secţiune dreptunghiulară supuse la încovoiere, grinzi scurte cu secţiune dreptunghiulară supuse la forfecare, tuburi cu secţiunea rectangularăsupuse la torsiune, dale supuse la străpungere, carote de beton consolidate cu microbeton armat dispers supuse la compresiune, panouri de zidărie cu mortar de



zidărie la care s-a adăugat fibre, respectiv panouri de zidărie întărite cu tencuiala din microbeton armat dispers cu fibre, pavele pentru pavaje supuse la întindere din despicare, stâlpi zvelţi supuşi la compresiune excentrică); rezultatele încercărilor au fost prezentate pe larg în capitolul 6;

4. proiectarea şi realizarea a 6 reţete de beton armat dispers cu fibre din polipropilenă tip Fibrofor® Multi; concluziile şi rezultatele încercărilor pe probele prelevate au fost prezentate în capitolul 6;

5. experimentarea tehnologiei de preparare şi punere în operă a betonului armat dispers cu fibre din polipropilenă tip Fibrofor® Multi ; cu ocazia experimentărilor s-a putut constata ca un amestec mai bun se obţine când se adaugă fibrele la betonul amestecat în stare umeda iar punerea în opera necesită o vibrare mai atentă;

6. elaborarea calculelor necesare predicţiei capacitaţii portante pentru elemente realizatedin beton armat dispers cu fibre tip Fibrofor® Multi; aceste calcule sunt prezentate, deasemenea, în subcapitolele 6.6.4, 6.6.6;

7. elaborarea calculaţiilor de preţ pentru a putea compara eficienţa economică a utilizăriifibrelor din polipropilenă tip Fibrofor® Multi; valorile comparative sunt prezentate în subcapitolul 6.6.6;

Valorificarea experienţei dobândite cu ocazia elaborării acestei teze, am făcut-o prin publicarea în ţară şi străinătate a două cărţi având ca subiect materialele de construcţii şi a 18 articole în domeniul tezei. Totodată, am avut ocazia sa particip la diferite simpozioane, conferinţe sau şcoli de vară naţionale şi internaţionale cum a fost cea organizată de Universitatea Tehnică dinKosice în lunile iunie - iulie 2011 având ca temă principală mecanica materialelor compozite şi unde am avut un valoros schimb de experienţa cu studenţi, doctoranzi şi specialişti din alte ţări cupreocupări în domeniul materialelor compozite (şi în special a matricilor de beton armate disperscu fibre).

Cercetările mele vor continua în direcţia extinderii utilizării betonului armat dispers cu fibre din polipropilenă la realizarea de elemente pentru care este posibil să se obţină îmbunătăţiri importante în ceea ce priveşte comportarea în exploatare.

În acest sens îmi propun:- să utilizez acest material, în combinaţie cu armatura clasică, la stâlpi din beton, realizaţi

prin centrifugare, pentru linii electrice aeriene unde se poate obţine o îmbunătăţire a comportăriila torsiune, efort ce conduce la deteriorarea masivă a acestor elemente după cum se poate observa din figura 7.1;

Fig. 7.1. Epuizarea capacităţii portante a stâlpului prin distrugerea casantă a betonului în zona efortului

de torsiuneFig. 7.2. Distrugerea consolelor scurte ale stâlpilor

de susţinere a căilor de rulare



- să utilizez acest material, în combinaţie cu armatura clasică, la consolele stâlpilor care susţin căi de rulare pentru poduri rulante unde, din cauza acţiunilor dinamice, se întâmplă frecvent fenomenul de desprindere de bucăţi destul de mari din acestea, care pot provoca accidente grave (figura 7.2);

- să utilizez acest material la realizarea rigolelor şi a canalelor de irigaţii executate din beton; cantităţile mari de astfel de elemente şi mediul de lucru pot crea premisele înlocuirii betonului obişnuit cu cel armat dispers cu fibre din polipropilenă care asigură un grad de impermeabilitate mai mare, o rezistentă îmbunătățită la îngheţ – dezgheţ şi în final o durată de viață mărită şi costuri de întreţinere sau înlocuire mai mici;

- să utilizez acest material la reabilitarea finisajelor exterioare, a tencuielilor şi îmbrăcăminţilor unor lucrări publice cum ar fi: bănci, porţi de acces şi alte elemente ornamentale din parcuri şi grădini; figura 7.3 prezintă astfel de elemente deteriorate din Parcul Trandafirilor din Braşov.

Fig. 7.3. Degradarea elementelor de mobilier urban din beton

Noutatea temei abordată în teză constă în faptul că prin încercările şi experimentele efectuate s-a demonstrat că se pot obţine elemente eficiente din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă tip Fibrofor® Multi, pentru care, aşa cum s-a arătat în capitolul 6, nu există informaţii suficiente.


Bibliografie 82

BIBLIOGRAFIE

[1] ACI Committee 544 - State-of-the-Art - Report on Fiber Reinforced Concrete, ACI Journal, N°ll, 1973, pp.729-744

[2] ACI Committee 544 - Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete, Report ACI 544.2R-78, USA 1978

[3] ACI Committee 544 - State-of-the-Art - Second revision, N°5, Mai 1982, pp.9-30[4] ACI Committee 544 - State-of-the Art Report on Fber Reinforced Concrete, Report ACI 544.1R-82,

Concrete Intematinal, May 1982[5] ACI Committee 544 - Guide for Specifying, Mixing, Placing and Finishing Steel Fiber Reinforced

Concrete, Report ACI 544.3R-84, USA 1984[6] ACI Committee 544 - Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete, Report 544.2R-86,

ACI Materials Journal, N°6, November/December 1986, pp. 583-593[7] ACI Committee 544 - Design Considerations for Steel Fiber Reinforced Concrete. Report ACI 544.4R-

88, ACI Structural Journal, September/October 1988[8] ACI Committee 544 - Guide for Specifying, Proportioning, Mixing, Placing, and Finishing Steel Fiber

Reinforced Concrete, Report ACI 544.3R-93, Materials Journal, vol.90, N°l, January/February 1993, [9] ACI Committee 549 - R - 88 - State of the Art Report on Ferrocement

[10] ACI Committee 406 - Guide to Shotcrete, Detroit 1990 - N°ACI 506R-90[11] Agarwal B.D., Broutman L.J. - Analysis and performance of fiber composites, John Wiley & sons Inc.,

New York, 1990[12] Akihama S. - Utilizarea betonului microarmat cu fibre sintetice la realizarea anvelopei de protecție a

reactorului în "Atomnaia Tehnika za Rubejom", URSS, N°l, Ianuarie1989, pp. 18-19[13] Al Chab M.M. - Studiu pentru utilizarea elementelor de construcţii armate cu fibre de oţel, Institutul

Politehnic Iaşi 1989, Teză de doctorat, 145 pp[14] Arnheiter A.G. - Untersuchung über die Rissbildung von Betonplatten während des Abbindens und

deren Beeinflussung der Kunststoffarmierung, EMPA Nr. 35231/1, Dübendorf, 16. März 1976[15] Anghel M. - Aspecte ale producerii şi utilizării mortarelor şi betoanelor armate cu fibre propilenice,

Materiale de Construcţii, vol. XXII, N°2, Aprilie/Iunie 1992, pp.83-89[16] Avram C., Bob C. - Noi tipuri de betoane speciale, Editura tehnică, Bucureşti 1980, 336 pp[17] Balaguru P.N. - Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ a betonului armat cu fibre, Journal of the American

Concrete Institute, SUA, vol. 83, N°3, May/June 1986, pp.374-382[18] Banthia N., Trottier J.F., Beaupre D., Wood D. - Influence of Fiber Geometry in Steel Fiber

Reinforced Wet-Mix Shotcrete, Concrete International, June 1994, pp.27-32[19] Banthia N., Mindess S. Trottier J.F. - Impact Resistance of Steel Fiber Reinforced Concrete, ACI

Materials Journal, vol.93, N°5, September/October 1996, pp.472-479[20] Bastos G.B., Alguire C. - Steel Fibres as Shear Reinforcement in Reinforced Concrete T-beams, Fibre

Reinforced Concrete, International Symposium, Madras, 1987[21] Bejan L. - Introducere in micromecanica materialelor composite armate cu tesaturi, Ed. Gh.Asachi,

Iasi, ISBN 973-8050-34-0, 2000[22] Bentur A., Mindess S. - Fibre Reinforced Cementitious Composites (second edition), Taylon &

Francis, London and New York, 2007[23] Bemac Laboratories PTY LTD Carlingford 2118, Australia - Investigation

of the Use of Polypropylene Fibre in Concrete, report No. MR 344, 27th June 1984[24] Bibu M., Nemeş T. - Studiul materialelor. Materiale utilizate în construcţii de maşini, Ed. Universităţii

Lucian Blaga Sibiu, ISBN 973-651-825-6, 2004[26] Boland J. E. - Fracture of fiber-reinforced cement composites: effect of fiber dispersion, 2008[28] Buchman I. - Betoane armate cu fibre de oţel, Institutul Politehnic Timişoara, Teză doctorat, 1983[29] Cadar I. - Mortare şi betoane armate cu fibre de sticlă, Teză de doctorat, Timişoara 1980,190 pp.[30] Caldarone M. A. - High-strength concrete - a practical guide, Taylor & Francis, USA şi Canada, 2009[33] Curtu I., Repanovici D. - Mecanica şi Rezistenta Materialelor, Vol.1 şi 2, Editura Infomarket, Brasov,

2000,ISBN 973-99827-7-8[35] Cerbu C., Curtu I. – Mecanica şi rezistenţa materialelor compozite, Editura Universităţii Transilvania

din Braşov, 250 pagini, format B5, ISBN 978-973-598-614-8[36] Cuciureanu A. - Beton armat şi precomprimat, vol.l - Materiale, IP Iaşi, Rotaprint 1992[37] C201/80 - Instrucţiuni tehnice pentru folosirea betonului armat cu fibre de oţel în Buletinul

construcţiilor, vol.8, 1980


Bibliografie 83

[38] CEB - Bulletin d'information N°125, Code Modele CEP F1P pour Ies structures en betons, 1978[39] Darbois B. - Les betons de fibres, în Travaux, Juillet/Aout, 1987[40] Dave J.N., Ellis D.G. - Polypropylen Fiber Reinforced Concrete, The International of Cement

Composites, vol.I, N°l, May 1979[41] Drăgulescu D., Popescu M. - Materiale compozite metalice. Prezent cu perspective, Ed. Orizonturi

Universitare, Timişoara, ISBN 973-9400-48-5, 2001[42] Dumitraş D., Opran C. - Prelucrarea materialelor compozite, ceramice şi minerale, Ed Tehnică,

Bucurşti, ISBN 973-31-0602-X, 1994[43] Edgington J., Hannant D.J. - Steel Fiber Reinforced Concrete - The Effect on Fiber Orientation of

Compaction by Vibration, Materiaux et Constructions, vol. 5, January/February 1972, pp.41-44[44] Ezeldin A.S., Hsu C.-T.T. - Optimization of Reinforced Fibrous Concrete Beams, vol.89, N°l,

January/February 1992, pp.106-114[45] Florea N., Patras M. - Teoria fizică a betonului şi armăturii, Rotoprint, Univ. Tehnica “Gh. Asachi”,

Iasi , 1992[47] Florea N. - Consideratia privind calculul la fisurarea în conformitate cu EUROCOD 2, Conferinta

Anuală a A.I.C.P.S. , Iasi , 1996, vol. I, pag. 140-146[48] Florea N., Tuleaşcă L., Mihai P. - Aspects of the Security Building at the Earthquake for the Existent

Masonry Constructions, Buletinul Universităţii Tehnice "Gh. Asachi" Iaşi 1997[49] Florea N., Tuleaşcă L., Mihai P. - Evaluating Residual mechanical characteristics of Concrete in

Existing Constructions, Buletinul Universităţii Tehnice "Gh. Asachi" Iaşi 1998[50] Fritzsche U. - Verbundhallenrahmen mit Stahlfaserbeton bei Raumteemperatur und unter

Brandbelastung, Dissertation, Darmstadt, 1988, 156 pg.[51] Goanţă V. - Materiale ceramice tehnice Studiul proprietăţilor mecanice, Ed. Performantica, Iaşi, ISBN

973-7994-15-9, 2003[52] Goia I., ş.a. – Rezistenţa materialelor. Capitole special. Probleme, Ed. Lux Libris, 2007, 276 pp.[53] Gopalaratnam V S., Shah S.P., ş.a. - Fracture Toughness of Fiber Reinforced Concrete, ACI Materials

Journal, vol.88, N°4, July/August 1991[54] Gram H.E.- Durability of Natural Fibers in Concrete, Stockholm, 1985, 225 pp.[55] Hannant D.J. - Steel Fibre Reinforced Mortar: A Technique for Producing Composites with Uniaxial

Fibre Alignment, Magazine of Concrete Research, vol.26, N°86, March 1974[56] Hannant D.J., Edgington J. - Durability of Steel Fibre Concrete in Fiber Reinforced Cement and

Concrete - RILEM Symposium, Lancaster 1975, 159 pp.[57] Hannant D.J., Edgington J. - Durability of Steel Fibre Reinforced Concrete, Canada 1992[58] Holmeanski M.M. - Calculul elementelor din beton armat cu fibre de oţel, supuse la solicitarea de

încovoiere pură, Beton i zelezobeton, URSS, N°3, Martie 1991, pp.22-23[59] Hubcă Gh., Iovu H., Tomescu M., Roşca Iosif D., Novac O., Ivănuş Gh. - Materiale compozite, Ed.

Tehnică, Bucureşti, ISBN 973-31-1126-0, 2000[60] Iancău M.V. – Elemente de construcţii eficiente din ferociment, Teză de doctorat, Universitatea

Tehnică Cluj-Napoca, 1998[61] Isopescu D. - Elemente de construcţii stratificate din materiale compozite şi asociate, Teza de

doctorat, UTIaşi, 1995[62] Ispas St.C. - Materiale compozite, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1987[63] Johnston C.D. - Fibre Reinforced Cement and Concrete - Advances in Concrete Technology, Canada

1992, pp.629-697[64] Kaiser H. - Bewehren von stahlbeton mit kohlenstoffaserstarkten Epoxidharzen, Zurich, 1989[65] Kalamkarov A.L. – Composite and Reinforced Elements of Construction, John Wiley & Son, 1992[66] Kasperkiewics J. - Fibre Spacing in Steel Fiber Reinforced Composites, Materiaux et Constructions,

vol. 10, N°55, pp.25-30[67] Kiss Z., Oneţ T. - Proiectarea structurilor de beton după SR EN 1992-1, Editura Abel, 2008[68] Komarnikova E., Sejnoha M., Szava I., ş.a. – Selected chapters of mechanics of composite materials

I, Technical University of Kosice, 2011[69] Krenchel H. - Durability of Polypropylen Fibres in Concrete, Nordic Concrete Research, N°6, Oslo,

Decembre 1987, pp. 143- 154[70] Kunt A. - Publ. Lehrgang Nr. 4864/71.75, Technische Akademie Esslingen[71] Lee S. M. ed. - Dictionary of Composite Materials Technology, Technomic, Lancaster, 1989[72] Maidl B. - Stahlfaserbeton, Berlin, Emst&Sohn, Verlag fur Architektur und techn. Wiss., 1991, 290p.[73] Mihăilescu M. ş.a. - Grinda cu pereţi subţiri din beton armat dispers cu fibre de oţel, în revista

Construcţii, N°l-2, Ianuarie/Februarie 1990, pp. 67-69


Bibliografie 84

[74] Mihul A. - Construcţii de beton armat, Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti 1969, 751 pp.[76] Mobasher B., Stang H., Shah S.P. - Microcraking in Fiber Reinforced Concrete Cement, Cement and

Concrete Research, Pergamon Journals, vol.20, 1990, pp.665-676[77] Morgan D.R. - New Developments in Shotcrete for Repairs and Rehabilitation, Advances in Concrete

Technology, Canada 1992[83] Neville A.M. - Proprietăţile betonului, Editura tehnică, Bucureşti 1979, (traducere din engleză)[84] Oneţ T. - Durabilitatea betonului armat, Editura Tehnică Bucureşti, 1994, 154 pp.[85] Oneţ T. ş a. - Ductilizarea stâlpilor scurţi de beton armat, a XVI-a Conferinţă pentru beton, Braşov

1994[86] Oneţ T., Kiss Z., Becski A. - Efectul fisurării asupra durabilităţii betonului, Ovidius University Annals

of Constructions, 2000[87] Onet T. - High performance concrete, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 2009[88] Paul B.K., Pama R. - Ferrocement - IFIC, Bangkok, Thailand, 1978[89] Paul S.L. - Durability and Physical Properties of Steel Fiber Reinforced Concrete, U.S. Department of

Commerce, NITS, Report PB-26731, 1976[91] Precupanu D. - Rezistenţa materialelor, vol.I, IP Iasi[92] Precupanu D. - Fundamente de rezistenţa construcţiilor, Editura Politehnium Iaşi, 2009[93] Ramakrishnan V., Coyle W.V. ş.a. - Performance Characteristics of Fiber Reinforced Concretes with

Low Fiber Contents, ACI Journal, September/October 1980, pp.308-405[94] Ramakrishan V., Golapudi S.P., Zellers R.C. - Performance Characteristics and Fatigue Strength of

Polyproypelene Fiber Reinforced Concrete, South Dakota School of Mines and Technology, May 1987[95] Rădvan L., Cuciureanu A., Presbiterianu L. - Domenii de utilizare a betoanelor cu armare dispersă,

Contract de Cercetare, Universitatea "Gh.Asachi" Iaşi, 1994[99] RILEM - Fibre Concrete Materials, A Report Prepared by Tehnical Committee 19-FRC-RILEM,

Materiaux et Constructions, vol. 10, N°56, 1977, pp. 103-120[100] Romualdi J., Batson G.B. - Mechanics of Crack Arrest in Concrete, Journal of the Engineering

Mechanics Division Proceedings, ASCE, vol.89, N°EM3, 1963[101] Rotondo P.L., Weiner K.H. - Aligned Steel Fibers in Concrete Poles, ACI Concrete International,

vol.8, N°12, December 1986[102] Saadatmanesh H., Ehsani M.R., Jin L. - Seismic Strengthening of Circular Bridge Pier Models with

Fiber Composites, ACI Structural Journal, vol.93, N°6, November/December 1996, pp.639-647[103] Shah S.P., Ludirdja D., Daniel J.I., Mobasher B. - Toughness, Durability of Glass Fiber Reinforced

Concrete Systems, ACI Materials Journal, vol. 85, N°5, September/Octomber 1988, pp. 352-360[104] Singh S. K. - Polypropylene Fiber Reinforced Concrete : An Overview, articol internet,

http://www.nbmcw.com/articles/concrete/26929-pfrc.html[105] Soroushian P., Cha-Don Lee - Distribution and Orientation of Fibers in Steel Fiber Reinforced

Concrete, ACI Materials Journal, vol. 87, N°5, September/October 1990, pp.433-439[106] Swamy R.N. - Evaluation of Fibre Reinforced Cement Based Composites. Fibre Reinforcement of

Cement and Concrete, Materiaux et Constructions,May/June 1975, vol.8, N°45, pp.235-254[107] Swamy R.N. - The Technology of Steel Fibre Reinforced Concrete for Practical Aplications, Materiaux

et Constructions, May 1974, pp. 143-159[107] Swamy R.N., Mangat P.S., Rao C.V. - The Mechanics of Fibre Reinforcement of Cement Matrices in

Fibre Reinforced Concrete, pag. 1-28, International Symposium, Ottawa 1973, ACI Publication SP-44, Detroit 1974

[109] Swamy R.N., Mangat P.S. - The Onset of Cracking and Ductility of Steel Fibre Concrete, Cement and Concrete Research, vol.5, N°l, January 1975, pp.37-53

[110] Ştefănescu T., Neagu G., Mihai A. - Materialele viitorului se fabrică azi. Materiale compozite, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, ISBN 973-30-4628-0, 1996

[111] Tsai S.W., Hann H.T. – Introduction to Composite Materials, Technomic Publishing Company, 1980[112] Tuleaşcă L. – Contribuţii la realizarea structurilor de rezistenţă cu ajutorul betoanelor fibrate, Teză

de doctorat, Universitatea Tehnică Gh. Asachi, Iaşi, 1999[113] Tjiptobroto P., Hansen W. - Model for Predicting the Elastic Strain of Fiber Reinforced Composites

Containing High Volume Fractions of Discontinuous Fibers, ACI Materials Journal, vol.90, N°2, March/April 1993, pp. 134-142

[114] Ţăranu N., Secu A., Decher E., Isopescu D. - Structuri din materiale compozite şi asociate, Rotaprint, Iasi, 1992

[115] Ţăranu N. - Elemente portante din materiale plastice.Teza de doctorat, I.P.Iaşi, 1978[116] Valle M., Buyukozturk O. - Behavior of Fiber Reinforced High-Strength Concrete under Direct Shear,

http://www.nbmcw.com/articles/concrete/26929-pfrc.html


Bibliografie 85

ACI Materials Journal, vol.90, N°2, March/April 1993, pp. 122-133[117] Wang Y., Li V.C. Backer S. - Experimental Determination of Tensile Behavior of Fiber Reinforced

Concrete, ACI Materials Journal, vol.87, N°5, September/October 1990, pp.461-468[118] Zgură Gh., Moga V. - Bazele proiectării materialelor compozite, Ed. Bren, Bucureşti, 1999, ISBN 973-

9493-01-7[119] Zollo R.F., Hays C.D. - A Habitat of Fiber Reinforced Concrete, Concrete International, June 1994[120] Zollo R.F. - Collated fibrillated Polypropylene Fibres in FRC, International Symposium on Fiber

Reinforced Concrete, Fall Convention of the American concrete Institute, September 23, 1982[121] Material documentar pus la dispoziţie de firma Brugg Contec AG, Elveţia (peste 200 de pagini)

Standarde de referinţš:[122] CR 6/2006 – Cod de proiectare pentru structuri din zidărie[123] CP 012/2008 – Cod de proiectare pentru producerea betonului[124] Fişe tehnice 3665 – Fibre din polipropilenă PP6, PP12, PP18mm, Baumit România Com SRL[125] GP 075-2002 - Ghid privind stabilirea criteriilor de performanţă şi a compoziţiilor pentru betoanele

armate dispers cu fibre metalice[126] NE 012/2-2010 – Normativ pentru producerea betonului şi executarea lucrărilor din beton, beton

armat şi precomprimat – Partea II: Executarea lucrărilor din beton[127] P100-1/2006 - Cod de proiectare seismică– Partea I – Prevederi de proiectare pentru clădiri[128] SR EN 206-1:2002 / A2:2005 – Beton partea I: Specificaţie, performanţe, producţie şi conformitate[129] SR EN 494 + A3:2007 – Plăci profilate din fibrociment. Metode de încercare[130] SR EN 1015-11:2002/A1:2007 - Metode de încercare a mortarelor pentru zidărie[131] SR EN 1015-18:2003 – Determinarea coeficientului de absorbţie a apei datorită capilarităţii[132] SR EN 1338:2004 – Pavele din beton. Condiţii şi metode de încercare[133] SR EN 1339:2004 – Dale din beton. Condiţii şi metode de încercare[134] SR EN 12390-5:2010 - Încercare pe beton întărit, Partea 5: Rezistenţa la întindere prin încovoiere a

epruvetelor[135] SR EN 12390-6:2010 - Încercare pe beton întărit. Partea 6: Rezistenţa la întindere prin despicare a

epruvetelor[136] SR EN 12390-8:2010 - Încercare pe beton întărit: Permeabilitatea[137] SR EN 12620 + A1:2008 – Agregate pentru betoane[138] SR EN 12843:2005 - Produse prefabricate de beton. Stâlpi[139] SR EN 13369:2004 - Reguli comune pentru produsele prefabricate de beton

Adrese internet:[140] http://buildipedia.com/on-site/from-the-job-site/zaha-hadids-heydar-aliyev-cultural-centre-turning-a-

vision-into-reality[141] http://civilengineeringandme.wordpress.com/2010/03/26/concrete-technology/[142] http://en.wikipedia.org/wiki/Concrete[143] http://en.wikipedia.org/wiki/Reinforcedconcrete[144] http://mentorbeton.ro/principalele-ingrediente-in-constructia-unei-case/betonul-scurt-

istoric_731.html[145] http://theconstructor.org/concrete/fibre-reinforced/[146] http://www.abstractconcrete.org/content/concrete-history-and-science[147] http://www.archiexpo.com/architecture-design-manufacturer/concrete-facade-panel-6237.html[148] http://www.brighthub.com/engineering/civil/topics/construction-equipment.aspx[149] http://www.bruggcontec.com/contento/Romania/Home/tabid/625/language/ro-RO/Default.aspx[150] http://www.concreteconstruction.net/concrete-construction/polypropylene-fibers.aspx[151] http://www.constructalia.com/english/case_studies/south_africa/soccer_city_stadium[152] http://www.ecologic.rec.ro/articol/read/dezvoltare-durabila/3615/[153] http://www.fortatech.com[154] http://www.greatnewplaces.com/m11-architecture[155] http://www.howconcreteworks.com/[157] http://www.nbmcw.com/articles/concrete/fiber-reinforced-concrete/26929-pfrc.html[158] http://www.structuremag.org/article.aspx?articleID=1184[159] http://www.tunneltalk.com/Fibrecrete-Oct10-20-years-of-fibrecrete-in-the-UK.php

http://buildipedia.com/on-site/from-the-job-site/zaha-hadids-heydar-aliyev-cultural-centre-turning-a-

http://civilengineeringandme.wordpress.com/2010/03/26/concrete-technology/

http://en.wikipedia.org/wiki/Concrete

http://en.wikipedia.org/wiki/Reinforcedconcrete

http://mentorbeton.ro/principalele-ingrediente-in-constructia-unei-case/betonul-scurt-

http://theconstructor.org/concrete/fibre-reinforced/

http://www.abstractconcrete.org/content/concrete-history-and-science

http://www.archiexpo.com/architecture-design-manufacturer/concrete-facade-panel-6237.html

http://www.brighthub.com/engineering/civil/topics/construction-equipment.aspx

http://www.bruggcontec.com/contento/Romania/Home/tabid/625/language/ro-RO/Default.aspx

http://www.concreteconstruction.net/concrete-construction/polypropylene-fibers.aspx

http://www.constructalia.com/english/case_studies/south_africa/soccer_city_stadium

http://www.ecologic.rec.ro/articol/read/dezvoltare-durabila/3615/

http://www.fortatech.com

http://www.greatnewplaces.com/m11-architecture

http://www.howconcreteworks.com/

http://www.nbmcw.com/articles/concrete/fiber-reinforced-concrete/26929-pfrc.html

http://www.structuremag.org/article.aspx?articleID=1184

http://www.tunneltalk.com/Fibrecrete-Oct10-20-years-of-fibrecrete-in-the-UK.php

REZUMAT

Teza de doctorat cu titlul ,,Elemente eficiente din beton armat dispers cu fibre sintetice din polipropilenă” este structurata pe şapte capitole a căror conţinut se refera la:

1. Definirea şi evoluţia conceptului de beton armat dispers, în care se fac referiri la diferitele definiţii şi terminologii utilizate de-a lungul timpului;

2. Stadiul cunoaşterii şi utilizării betonului armat dispers cu fibre, în care se face o trecere în revistă a nivelului la care s-a ajuns pe plan internaţional şi naţional în ceea ce priveşte cunoaşterea acestui material sub aspect teoretic dar şi al utilizării practice, cu multiple exemple;

3. Locul betonului armat dispers în ansamblul diferitelor tipuri de betoane, o prezentare generală a tipurilor de betoane cu încadrarea betonului armat dispers;

4. Betonul armat dispers cu diferite fibre; particularităţi de alcătuire, comportare, proprietăţi, unde sunt prezentate aspecte particulare în ceea ce priveşte modul de preparare, punere în operă, comportarea sub acţiunea încărcărilor sau a factorilor de mediu, avantaje şi dezavantaje ale acestui material, cu accent pe armarea dispersa utilizând fibre din polipropilenă;

5. Betonul armat dispers tratat ca material compozit, în care se face o incursiune în teoria materialelor compozite, în ideea asimilării betonului armat dispers cu astfel de materiale; se face şi o prezentare sintetică a fenomenului de fisurare, întâlnit frecvent la elementele din beton şi pentru a cărui diminuare armarea dispersă joaca un rol foarte important;

6. Studii experimentale asupra betoanelor armate dispers cu fibre din polipropilenă, unde sunt prezentate detaliat studiile experimentale efectuate de autor asupra betonului armat dispers cu fibre din polipropilenă atât în stare proaspătă cât şi întărită;

7. Concluzii, contribuții personale, valorificări, unde sunt prezentate concluziile la care s-a ajuns în urma elaborării lucrării, contribuţiile personale şi modul de valorificare actual şi de perspectivă a cunoştinţelor dobândite;

Teza de doctorat cuprinde: 237 de pagini, 10 tabele, 162 ecuaţii analitice şi 184 grafice şi figuri, încheindu-se cu lista celor 159 de titluri bibliografice şi anexe. Rezumatul tezei de doctorat păstrează structura acesteia în ceea ce priveşte numerotarea capitolelor, a figurilor, relaţiilor de calcul şi a referinţelor bibliografice.

ABSTRACT

The PhD thesis “Efficient elements made of dispersely reinforced concrete with polypropylene synthetic fibers” is structured on seven chapters:

1. Definition and evolution of the concept of dispersely reinforced concrete, where are made references to various definitions and terminology used throughout time;

2. The stage of knowledge and use of reinforced concrete with dispersed fibers, where is made a review of the international and national level reached in terms of the theoretical knowledge of this material but also of practical use, with multiple examples;

3. The place of dispersely reinforced concrete across different types of concrete, an overview of the types of concrete with dispersely reinforced concrete framing;

4. Dispersely reinforsed concrete with various fibers; particularities of structure, behavior, properties, where are presented particular aspects regarding how it is prepared, its behavior under loadings or environmental factors, advantages and disadvantages of this material, focusing on reinforcing using dispersed polypropylene fibers;

5. Dispersely reinforsed concrete treated as composite material, where is made an incursion into theory of composite materials, in the idea of assimilation the dispersely reinforced concrete to such materials; also, is made a summary of the cracking phenomenon, frequently encountered in concreteelements and whose reduction dispersed reinforcement plays a very important role;

6. Experimental studies on concrete reinforced with dispersed polypropylene fibers, where are detailed experimental studies conducted by the author on concrete reinforced with dispersed polypropylene fibers, both fresh and hardened;

7. Conclusions, personal contributions, revaluation, where are presented the conclusions that has been reached from work developing, personal contributions and how acquired knowledge are used in present and future;

The PhD thesis has 237 pages, 10 tables, 162 analytical equations and 184 figures, and it is ending with a list of 159 references and attachments.

CURRICULUM VITAE

DATE PERSONALE

NUME: MUNTEAN RADU MIRCEA

DATA NASTERII: 3.09.1977

LOCUL NASTERII: Tîrnăveni, jud. Mures

ADRESA: Braşov, str. V. Alecsandri, nr 15

TELEFON: 0040-745183892

E-MAIL: [email protected]

STUDII

2006 - 2007 Facultatea de Construcţii, Universitatea „Transilvania” din Braşov, Master „Reabilitarea şi Consolidarea Construcţiilor”

1997 - 2002 Facultatea de Silvicultură şi Exploatări Forestiere, secţia CCIA, Universitatea „Transilvania” din Braşov

1996 - 2002 Facultatea de Drept, Universitatea „G. Bariţiu”, Braşov

1992 - 1996 Liceul „A. Şaguna”, profil matematică-fizică, secția engleză

ACTIVITATE PROFESIONALA

2003 - prezent asistent drd., Universitatea „TRANSILVANIA” din Braşov, Facultatea de Construcţii

2003 - prezent director General, S.C. IDTECH S.R.L.

2002 - 2003 inginer proiectant, S.C. METAN GRUP S.R.L.

CARŢI

P. Răpişcă, Radu Muntean, F. Tămaş; Determinarea calităţii materialelor de construcţii; Ed. Matrix Rom, 2005, ISBN 973-685-939-0

P. Răpişcă, Radu Muntean, F. Tămaş; Caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor de construcții, Ed. Universităţii Transilvania, Braşov 2005, ISBN 973-635-600-0

ACTIVITATEA ŞTIINŢIFICĂ

Radu Muntean, Ch. Cazacu; Using pet (polyethylene terephthalate) waste for buildings; Journal of applied engineering sciences / Analele Universitatii din Oradea, Fascicola constructii si instalatii hidroedilitare; 2011

Ch. Cazacu, Radu Muntean, A. Cazacu; Cracks widths in RC beams externally bonded with CFRP sheets and plates; Journal of applied engineering sciences / Analele Universitatii din Oradea, Fascicola constructii si instalatii hidroedilitare; 2011

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Calculation of ferociment layers used to strengthen the brick masonry walls; Proceedings of the international scientific conference, CIBv 2010, 12-13 November, Transilavania University Press

G. Muntean, Radu Muntean; Fibonacci, secțiunea de aur: arta ş știință; Sesiunea de comunicări stiintifice ,, Arta şi știință’’; Universitatea Transilvania din Brașov; 2009

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Probleme privind durabilitatea betoanelor provocate de procesele chimice; Sesiunea de comunicari stiintifice „Reactii alcalii-agregate, factor al degradării structurilor din beton în construcţii”; Fac. de Constructii, Universitatea Transilvania din Brasov; iulie 2009

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Experimental considerations regarding brick masonry structural walls consolidating; Proceedings of the 8th WSEAS International Conference on Instrumentation, Measurement,

mailto:[email protected]

Circuits and Systems (IMCAS’09), Hangzhou, China, mai 2009

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Rezervoare din ferociment pentru înmagazinare apa calda încălzita cu căldura solara; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional - CIB 2008, Braşov, nov. 2008

Radu Muntean, G. Muntean; Proprietatile betoanelor armate cu fibre din polipropilena; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional - CIB 2008, Braşov, 21-22 nov. 2008

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Consolidarea peretilor structurali din zidarie de caramida prin camasuire cu ferociment; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional CIB 2007, Braşov, 2007

Radu Muntean, I. Tuns, P. Răpişcă; Valorificarea buteliilor din mase plastice prin realizarea unor elemente de constructii; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional CIB 2007, Braşov, nov. 2007

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Verificarea concordantei intre modelul teoretic si cel experimental pentru pereti din zidarie de caramida consolidati prin camasuire cu ferociment; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional - CIB 2007, Braşov, 15-16 nov. 2007

Radu Muntean, I. Tuns, G. Muntean; Solutii eficiente de realizare a cladirilor de locuit performante energetic; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional - CIB 2007, Braşov, 15-16 nov. 2007

P. Răpişcă, I. Tuns, Radu Muntean; Variantă tehnologică pentru execuţia structurii complexului comercial „Magnolia” Răcădău, Braşov; 2006

G. Muntean, Radu Muntean, P. Rapisca, I. Tuns; Posibilitati de utilizare a ferocimentului la realizarea si reabilitarea planseelor; Buletinul Institului Politehnic Iaşi, Fascicola 5, iunie 2005.

I. Tuns, P. Răpişcă, N. Florea, Radu Muntean; Aspecte privind determinarea sarcinii capabile a unor console din beton armat, prefabricate, realizate independent faţă de stâlp; Buletinul Institului Politehnic Iaşi, Fascicola 5, iunie 2005

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneţ; Defecte, degradări şi procedee de consolidare a pereţilor structurali din zidărie de cărămidă; Simpozion “Materiale, elemente şi structuri compozite pentru construcţii”, Zilele Academice Timişene, 26 – 27 mai, 2005, Timişoara

P. Rapisca, I. Tuns, Radu Muntean; Evaluarea capacitatii portante a sectiei de albitorie Alfa CCH Zarnesti; SELC, Editia XVI – Neptun, 7-9 octombrie 2004

I. Tuns, P. Rapisca, G. Muntean, Radu Muntean; Calculul capacitatii portante a consolelor scurte din beton armat prin metoda elementelor finite; Lucrarile sesiunii de comunicari stiintifice Constructii - Instalatii CIB 2004, 18-19 noiembrie, Brasov, Universitatea Transilvania din Brasov

P. Rapisca, I. Tuns, G. Muntean, Radu Muntean; Betoane armate dispers cu fibre de plastic; Lucrarile sesiunii de comunicari stiintifice Constructii - Instalatii CIB 2004, 18-19 noiembrie, Brasov, Universitatea Transilvania din Brasov

P. Rapisca, I. Tuns, A. Dragan, Radu Muntean; Rezervor de apa 5000mc capacitate. Varianta tehnologica de execuţie; beton armat monolit precomprimat; Lucrarile sesiunii de comunicari stiintifice Constructii -Instalatii CIB 2004, noiembrie, Universitatea Transilvania din Brasov

Radu Muntean, G. Muntean; Unele aspecte privind armarea betoanelor cu fibre sintetice; Sesiunea Stiintifica Aniversara Constructii – Instalatii Brasov, CIB 30.10, 14 - 15 nov. 2002

DEPLASĂRI ŞI STAGII DE CERCETARE ÎN STRAINATATE

Mechanics of Composite Materials, at Technical University of Kosice, Faculty of Civil Engineering, Kosice, july 2011

APTITUDINI

Autorizații speciale Instalator autorizat gaze naturale, gradul I D

Cunoştinţe în domeniu: MS Office, AutoCad, Axis, Allplan, metode de calculul structurilor

Alte aptitudini: cunoştinţe de electronică digitală, hardware

Limbi străine: engleza, foarte bine (citit, scris, vorbit)

franceza, mediu (citit, scris, vorbit)

CURRICULUM VITAE

PERSONAL DATA

NAME: MUNTEAN RADU MIRCEA

DATE OF BIRTH: 3.09.1977

PLACE OF BIRTH: Tîrnăveni, Mures county

ADRESS: Braşov, str. V. Alecsandri, nr 15

PHONE: 0040-745183892

E-MAIL: [email protected]

STUDIES

2006 - 2007 Faculty of Civil Engineering, „Transilvania” University of Braşov, Master „Buildings rehabilitation and consolidation”

1997 - 2002 Faculty of silviculture and forest engineering, domanin CCIA, „Transilvania” University of Braşov

1996 - 2002 Faculty of Law, „G. Bariţiu” University, Braşov

1992 - 1996 „A. Şaguna” High School, mathematics and physics profile

PROFESSIONAL ACTIVITY

2003 - prezent assistant professor, „Transilvania” University of Braşov, Faculty of Civil Engineering

2003 - prezent general manager, S.C. IDTECH S.R.L.

2002 - 2003 designing engineer, S.C. METAN GRUP S.R.L.

BOOKS

P. Răpişcă, Radu Muntean, F. Tămaş; Determinarea calităţii materialelor de construcţii; Ed. Matrix Rom, 2005, ISBN 973-685-939-0

P. Răpişcă, Radu Muntean, F. Tămaş; Caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor de construcții, Ed. Universităţii Transilvania, Braşov 2005, ISBN 973-635-600-0

SCIENTIFIC ACTIVITY

Radu Muntean, Ch. Cazacu; Using pet (polyethylene terephthalate) waste for buildings; Journal of applied engineering sciences / Analele Universitatii din Oradea, Fascicola constructii si instalatii hidroedilitare; 2011

Ch. Cazacu, Radu Muntean, A. Cazacu; Cracks widths in RC beams externally bonded with CFRP sheets and plates; Journal of applied engineering sciences / Analele Universitatii din Oradea, Fascicola constructii si instalatii hidroedilitare; 2011

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Calculation of ferociment layers used to strengthen the brick masonry walls; Proceedings of the international scientific conference, CIBv 2010, 12-13 November, Transilavania University Press

G. Muntean, Radu Muntean; Fibonacci, secțiunea de aur: arta ş știință; Sesiunea de comunicări stiintifice ,, Arta şi știință’’; Universitatea Transilvania din Brașov; 2009

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Probleme privind durabilitatea betoanelor provocate de procesele chimice; Sesiunea de comunicari stiintifice „Reactii alcalii-agregate, factor al degradării structurilor din beton în construcţii”; Fac. de Constructii, Universitatea Transilvania din Brasov; iulie 2009

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Experimental considerations regarding brick masonry structural walls consolidating; Proceedings of the 8th WSEAS International Conference on Instrumentation, Measurement,

mailto:[email protected]

Circuits and Systems (IMCAS’09), Hangzhou, China, mai 2009

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Rezervoare din ferociment pentru înmagazinare apa calda încălzita cu căldura solara; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional - CIB 2008, Braşov, nov. 2008

Radu Muntean, G. Muntean; Proprietatile betoanelor armate cu fibre din polipropilena; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional - CIB 2008, Braşov, 21-22 nov. 2008

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Consolidarea peretilor structurali din zidarie de caramida prin camasuire cu ferociment; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional CIB 2007, Braşov, 2007

Radu Muntean, I. Tuns, P. Răpişcă; Valorificarea buteliilor din mase plastice prin realizarea unor elemente de constructii; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional CIB 2007, Braşov, nov. 2007

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneț; Verificarea concordantei intre modelul teoretic si cel experimental pentru pereti din zidarie de caramida consolidati prin camasuire cu ferociment; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional - CIB 2007, Braşov, 15-16 nov. 2007

Radu Muntean, I. Tuns, G. Muntean; Solutii eficiente de realizare a cladirilor de locuit performante energetic; Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu caracter internaţional - CIB 2007, Braşov, 15-16 nov. 2007

P. Răpişcă, I. Tuns, Radu Muntean; Variantă tehnologică pentru execuţia structurii complexului comercial „Magnolia” Răcădău, Braşov; 2006

G. Muntean, Radu Muntean, P. Rapisca, I. Tuns; Posibilitati de utilizare a ferocimentului la realizarea si reabilitarea planseelor; Buletinul Institului Politehnic Iaşi, Fascicola 5, iunie 2005.

I. Tuns, P. Răpişcă, N. Florea, Radu Muntean; Aspecte privind determinarea sarcinii capabile a unor console din beton armat, prefabricate, realizate independent faţă de stâlp; Buletinul Institului Politehnic Iaşi, Fascicola 5, iunie 2005

G. Muntean, Radu Muntean, T. Oneţ; Defecte, degradări şi procedee de consolidare a pereţilor structurali din zidărie de cărămidă; Simpozion “Materiale, elemente şi structuri compozite pentru construcţii”, Zilele Academice Timişene, 26 – 27 mai, 2005, Timişoara

P. Rapisca, I. Tuns, Radu Muntean; Evaluarea capacitatii portante a sectiei de albitorie Alfa CCH Zarnesti; SELC, Editia XVI – Neptun, 7-9 octombrie 2004

I. Tuns, P. Rapisca, G. Muntean, Radu Muntean; Calculul capacitatii portante a consolelor scurte din beton armat prin metoda elementelor finite; Lucrarile sesiunii de comunicari stiintifice Constructii - Instalatii CIB 2004, 18-19 noiembrie, Brasov, Universitatea Transilvania din Brasov

P. Rapisca, I. Tuns, G. Muntean, Radu Muntean; Betoane armate dispers cu fibre de plastic; Lucrarile sesiunii de comunicari stiintifice Constructii - Instalatii CIB 2004, 18-19 noiembrie, Brasov, Universitatea Transilvania din Brasov

P. Rapisca, I. Tuns, A. Dragan, Radu Muntean; Rezervor de apa 5000mc capacitate. Varianta tehnologica de execuţie; beton armat monolit precomprimat; Lucrarile sesiunii de comunicari stiintifice Constructii -Instalatii CIB 2004, noiembrie, Universitatea Transilvania din Brasov

Radu Muntean, G. Muntean; Unele aspecte privind armarea betoanelor cu fibre sintetice; Sesiunea Stiintifica Aniversara Constructii – Instalatii Brasov, CIB 30.10, 14 - 15 nov. 2002

TRAVEL AND RESEARCH INTERNSHIP ABROAD

Mechanics of Composite Materials, at Technical University of Kosice, Faculty of Civil Engineering, Kosice, july 2011

SKILLS

Special authorization Instalator autorizat gaze naturale, gradul I D

Knowledge in the field: MS Office, AutoCad, Axis, Allplan, metode de calculul structurilor

Other skills: cunoştinţe de electronică digitală, hardware

Foreign language: engleza, foarte bine (citit, scris, vorbit)

franceza, mediu (citit, scris, vorbit)

Documents

Beton Armat Cu Fibre Disperse