FIZIČKO-MEHANIČKE OSOBINE GRAĐEVINSKIH MATERIJALA

Autor:Omer Ahmetović

Profesor:dr.sc.Nedžad Alić vanr.prof.

Prva podjela fizičko-mehaničkih svojstava su tzv. Deformaciona svojstva.Sam naziv deformacija predstavlja promjenu oblika nekog materijala,uzrokovanog djelovanjem nekog napona. Deformaciona svojstva materijala ispituju se na aksijalno opterećenim uzrocima izloženim silama zatezanja ili pritiska.To se radi na način da se odgovarajući uzorci stavljaju u uređaje za ispitivanje(hidrauličke prese),te se na bazi napona koje nanosimo i izmejrenih dilatacija crtaju odgovarajući ϭ-Ԑ dijagrami.

Deformaciona svojstva

(Na slici su prikazane dispozicije ispitivanja uzoraka putem aksijalnog zatezanja i pritiska)

(Ispitivanje čvrstoće betona na pritisak)

Napon iz ϭ-Ԑ dijagrama dobija se po formuli: Ϭ=P/A0

P-sila ; A0=početna površina

Dilatacija iz iz ϭ-Ԑ dijagrama dobija se po formuli:

Ԑ=∆l/l0

∆l-promjena dužine l0 izazvana opterećenjem ; l0-početna dužina

Ovakva ispitivanja najčešće se vrše do loma uzorka.Dužina l0 nikada ne predstavlja cjelokupnu dužinu već samo jedan njen mali dio tzv. BAZU MJERENJA.

Instrumenti za mjerenje deformacija su:mijerne trake,tenzometri,deformetri.

(Tenzometarska mjerna traka)

USLOVNI Ϭ-Ԑ dijagrami su oni kod kojih se prilikom izračunavanja napona uvijek uzima u obzir početna površina presjeka A0.Međutim realno to nije tako jer dolazi do promjene poprečnog presjeka uzorka prilikom nanošenje sile.

(Tipični oblici uslovnih ϭ-Ԑ dijagrama)

Na bazi ovih dijagrama definišu se jako bitne osobine materijala:

Modul elastičnosti Modul deformacije Sekantni modul elastičnosti Dinamički modul elastičnosti A takođe se dobijaju i dvije jako bitne konstante: Zapreminski modul elastičnosti Modul smicanja (klizanja)

MODUL ELASTIČNOSTIModul elastičnosti predstavlja tanges ugla

koji tangenta na proizvoljnom mjestu krive ϭ-Ԑ zaklapa sa apcisnom osom.Odnosno:

E=tg(dϭ/dԐ) Ova karakteristika materijala mijenja se od

tačke do tačke krive,tj. Zavisi od napona.U praksi se najčešće upotrebljava modul elastičnosti koji odgovara pravolinijkom dijelu ϭ-Ԑ dijagrama te imamo

E=tgα0

MODUL DEFORMACIJEKao i modul elastičnosti i ova veličina je u

opštem slučaju funkcija napona koja je evidentna iznad granice ϭv.

SEKANTNI MODUL ELASTIČNOSTIUkoliko na gornjoj slici primjetimo izvjesnu tačku

C za koju je ϭ>ϭv onda se taj modul deformacije naziva sekantni modul elastičnosti i računa se:

Esek=tgα=ϭ/Ԑ

Pri dovoljno niskim vrijednostima napona,pri vrijednostima ispod granice ϭv,veličine E,Etg,Esek biti če približno ili gotovo jednake.

Svi do sada spomenuti dijagrami bili su uslovni iz razloga što smo zanemarivali promjenu poprečnog presjeka uzorka.U stvarnosti se ova površina nanošenjem opterećenja mijenja.To je naročito izraženo kod vrlo žilavih materijala koji se ispituju na zatezanje.

Premda se mi u građevinarstvu koristimo raznim vrstama materijala ne bi smjeli zanemariti stvarni radni dijagram materijala.

Stvarni radni dijagram

Međutim posebno je zanimljiv ϭ-Ԑ dijagram za čelik,prikazan na slici.

1-DUKTILNI ČELIK 2-VISOKO VRIJEDNI ČELIK fe-elastičnost fu-granična čvrstoća fy-granica razvlačenja α-procentualno izduženje Et-tangentni modul Ԑ-deformacija Ϭ-napon

Čvrstoća je sposobnost materijala da se suprotstavi dejstvu unutrašnjih napona koji se javljaju pod djelovanjem različitih vanjskih uticaja,kao i dugih promjena (skupljanje,promjena temperature i slično).

U ovisnosti o trajanju opterćenja imamo: Izuzetno kratkotrajna opterećenja Opterećenja normalnog trajanja Dugotrajna opterećenja

Čvrstoće pod statičkim opterećenjima

Pri ispitivanju čvrstoće uzorka na zatezanje dobijamo najbolji opis materijala koji se nalazi pod opterećenjem.

Laboratorijsko ispitivanje materijala na zatezanje vrši se posebnim uređajima „KIDALICAMA“

ČVRSTOĆA NA ZATEZANJE

Šema univerzalne kidalice

Uzorci oblika epruvete

Ispitivanje vijaka

Čvrstoća na pritisak je otpor koji stijena pruža kada je izložena statičkoj sili pritiska, sa kontinualnim prirastom, u momentu loma.

Odnos opterećenja u momentu loma i površine poprečnog presjeka uzorka predstavlja statičku čvrstoću na pritisak.

ČVRSTOĆA NA PRITISAK

Hidraulička presa za betonIspitivanje betona na pritisak

Savijanje nastaje uslijed djelovanja momenata savijanja u poprečnim presjecima Momenti savijanja javljaju se usljed djelovanja vanjskih sila koje su raspoređene okomito na os štapa.

U zavisnosti od materijala imamo dozvoljeno naprezanje na savijanje i naše naprezanje u datom presjeku mora biti manje od dozvoljenog.

ČVRSTOĆA NA SAVIJANJE

Ϭp=Mp/W-napon na savijanje u presjeku p

Čvrstoća na smicanje se određuje laboratorijski, ali i terenski.Ispitivanje čvrstoće na smicanje u laboratoriji se najčešće vrši na prizmatičnim, a rjeđe i cilindričnim uzorcima.

τ = c + σ · tgϕ

gdje su: τ – smičući (tangencijalni) napon stijene (MPa) σ – normalni napon kojem je stijena izložena (MPa) c – kohezija (MPa) φ – ugao unutrašnjeg trenja (◦)

ČVRSTOĆA NA SMICANJE

Uvijanje je naprezanje pri kome se u svakom poprečnom preseku štapa javlja samo moment koji obrće oko ose štapa – moment uvijanja ili moment torzije Mt.

Ispitivanja se najčešće vrše na uzorcima kružnog poprečnog presjeka.Pri ovakvim ispitivanjima pretpostavlja se da:

pri deformaciji štapa poprečni presjeci ostaju ravni i okomiti na os štapa

poprečni presjeci rotiraju se oko osi štapa kao kruti diskovi razmak između poprečnih presjeka se ne mijenja

TORZIONA ČVRSTOĆA

Žilavost je sposobnost materijala da plastičnom deformacijom razgradi naprezanja i na taj način povisi otpornost materijala na krhki lom. Mjera za žilavost materijala je udarni rad loma.

Epruveta se postavlja centrično na oslonac s razmakom od 40 mm Klatno slobodno pada Rezultat mjerenja gleda se razlika između početne potencijalne

energije koju posjeduje klatno i krajnje energije Što se veći dio energije potroši na lom materijal je žilaviji

ŽILAVOST

Šarpijevo klatno

Hvala na pažnji!