Consolidarea structurilor din beton armat

O perioada lunga de timp s-a considerat ca betonul prezinta o mare durabilitate, fiind comparat, sub acest aspect, cu „rezistenta si durabilitatea pietrei naturale“.

Pe masura ce nivelul cunostintelor despre caracteristicile mecanice, fizice si chimice ale betonului au crescut si s-a acumulat o anumita experienta privind performantele structurilor din beton situate in medii agresive, conceptul de durabilitate a capatat semnificatii deosebite.

S-a constatat astfel ca atat elementele din beton simplu, cat si cele de beton armat, situate in medii cu agresivitate chimica, precum si cele aflate in conditii normale de exploatare, sufera degradari dupa o anumita perioada de timp.

Din cauza acestui proces de deteriorare, durata de serviciu a unei constructii este limitata. Dupa un anumit numar de ani, starea tehnica a cladirilor trebuie analizata pentru a se stabili masurile de remediere, consolidare sau, in situatie extrema, de demolare partiala sau totala.

In functie de gradul de depreciere a elementului avariat, de conditiile concrete de lucru, de rolul si importanta acestuia in structura, se alege solutia optima de reabilitare.

Solutia trebuie sa asigure satisfacerea conditiilor de rezistenta, rigiditate, stabilitate si durabilitate atat pentru elementul consolidat, cat si pentru constructie in ansamblu.

Inceputul anilor ’70 aduce in lite­ratura de specialitate elemente de noutate privind rezultatele expe­rimentale obtinute pe betoane preparate initial cu agregate de concasaj provenite din roci dure, cimenturi cu rezistenta mare la compresiune, rapoarte A/C reduse si procedee de punere in opera ce asigura o compactare energica, denumite betoane de inalta rezistenta sau inalta performanta, notate prescurtat BIR sau BIP.

Aparitia si extinderea ulterioara asupra plastifiantilor obtinuti pe baza de naftalina formaldehida sulfonata (NFS) si melamina formaldehida sulfonata (MFS) au condus la elimi­narea dificultatilor legate de procedeele de punere in opera si compactare datorita valorilor reduse ale rapoartelor A/C.

Printr-o dozare si o selectare rigu­roasa a componentilor de baza, insotita de rapoarte A/C reduse asociate de prezenta superplastifiantilor, a adaosurilor minerale si /sau meta­lice si prin utilizarea mijloacelor adecvate de punere in opera si compactare, s-a ajuns la realizarea betoanelor de foarte inalta si ultra inalta performanta.

Caracteristicile fizico-mecanice si de durabilitate deosebite ale betoa­nelor mentionate anterior, in comparatie cu cele obisnuite, au condus in ultimele decenii la extinderea utilizarii acestei game de betoane in cadrul structurilor de rezistenta a cladirilor de orice gen.

In contextul celor prezentate, studiul experimental continut in cadrul lucrarii, urmareste compor­tarea in exploatare a unor elemente de rezistenta din beton armat, ce au dobandit o anumita stare de degradare si care sunt reabilitate prin imbracarea acestora intr-o camasa rigida realizata din BIR armat.

Reabilitarea prin camasuire a elementelor structurale degradate

Notiuni de baza la metoda consolidarii prin camasuire

Metoda consta in imbracarea, dupa o prealabila pregatire a elementului degradat, intr-o camasa de BIP armat, executata prin turnare directa in cofraj sau prin torcretare. Procedeul se aplica in general atunci cand starea de degradare a elementelor din beton armat este pronuntata, ca urmare a reducerii sectiunii active a betonului si a armaturii.

Refacerea prin camasuire a capacitatii portante a elementelor structurale trebuie conceputa si dirijata astfel incat sa nu conduca la cresteri prea mari ale rigiditatii zonelor consolidate. Camasa nou creata trebuie sa conlucreze cu elementul degradat in scopul realizarii capacitatii de rezistenta preconizate pentru acesta.

Satisfacerea acestei conditii presupune, pe langa alte operatii, asigu­rarea unei legaturi cat mai bune intre cele doua betoane de varste diferite ce vin in contact, deziderat ce poate fi atins prin:

• aderenta directa dintre betonul vechi si cel nou;

• cresterea rugozitatii betonului vechi, prin indepartarea betonului degradat;

• spargerile practicate in betonul vechi, in vederea innadirii prin sudura a armaturilor noi de cele vechi;

• solidarizarea, din loc in loc, prin sudura a armaturilor noi de cele existente:

• utilizarea etrierilor inchisi sudati;

• introducerea de suruburi conexpand sau bolturi metalice impus­cate cu pistolul in betonul existent;

• fenomenul de contractie al betonului nou.

Desfasurarea programului

Prin programul experimental desfa­surat, s-a urmarit comportarea unor elemente structurale degradate apartinand unor cladiri din industria chimica.

In acest sens, au fost realizate  sase modele experimentale, avand forma si dimensiunile geometrice din figura 1,care sunt frecvent intalnite in cadrul structurilor industriale investigate.

Pentru stabilirea dimensiunilor geometrice si a ariei de armatura longitudinala si transversala, s-a considerat o sarcina de exploatare pe consola de 20 tf.

Programul experimental s-a desfa­surat in trei etape de lucru, dupa cum urmeaza:

I – incercarea tuturor modelelor experimentale, dintre care trei elemente pana la rupere si trei elemente pana la valoarea sarcinii verticale de 30 tf;

II – consolidarea elementelor expe­rimentale incercate in prima etapa de lucru pana la 30 tf, prin imbracarea acestora intr-o camasa rigida realizata din BIR armat;

III – incercarea pana la rupere a modelelor experimentale consolidate in etapa de lucru nr. II.

Incercarea pana la rupere

a modelelor experimentale

Pentru modelele CS1-1; CS1-2; CS1-3 (incercate la sarcini verticale pana la rupere), cedarea s-a produs la valoarea fortei de 48 tf pentru CS1-2; CS1-3 si de 50 tf pentru CS1-1.

Tabloul formarii si dezvoltarii fisurilor arata ca acestea apar in numar de doua pana la trei, care, ulterior, se ramifica in fisuri noi de lungime si deschidere mai mica, fig. 2.a.

Cedarea consolelor s-a produs prin deschiderea pronuntata a fisurilor 1, 2, si 3, deschiderea si indesirea ramificatiilor formate din fisurile existente si strivirea betonului din vecinatatea coltului inferior de racordare consola-stalp, fig. 2.b.

Incercarea modelelor experimentale pana la valoarea sarcinii de 30 tf

In cazul modelelor realizate in seria a doua de turnare, inscriptio­nate CS2-1; CS2-2; CS2-3, sarcina maxima de incarcare s-a limitat la valoarea de 30 tf.

Se constata si in aceasta varianta de incercare aparitia pe fetele laterale ale consolelor a unui numar de una pana la trei fisuri de lungime si deschidere mai mica.

Incercarea modelelor experimentale degradate si reabilitate

prin imbracare intr-o camasa

realizata din BIP armat

Camasa rigida pentru consolidare a fost realizata din beton de inalta performanta, clasa Bc60/70 avand reteta de preparare din tabelul 1.

Din analiza fiselor de incercare si examinand tabloul formarii si dezvoltarii fisurilor, se desprind urmatoarele aspecte:

• prezenta pe fetele laterale ale consolei a unui numar de patru pana la cinci fisuri principale;

• prima fisura apare in zona de legatura consola-stalp pentru toate consolele, la o sarcina verticala de 45 tf pentru CS2-1, 38 tf pentru CS2-2 si 40 tf pentru CS2-3;

• celelalte fisuri sunt inclinate, (aproximativ 450), pornesc de sub/sau din vecinatatea placutei metalice de reazem si se dezvolta pe inaltimea consolei;

• fisura a doua apare la 50 tf pentru CS2-1, CS2-3 si la 62 tf, pentru CS2-2;

• fisura a treia apare la 67 tf pentru CS2-1, la 70 tf pentru CS2-3 si la 75 tf pentru CS2-2;

• fisura a patra este observata la 74 tf pentru CS2-1 si la 80 tf pentru CS2-2, CS2-3;

• fisura a cincea apare la consola CS2-3, la sarcina verticala de 82 tf;

• ordinea aparitiei fisurilor pentru toate elementele este dinspre zona de racordare cu stalpul a consolei spre capatul acesteia.

Cedarea consolelor s-a produs la o sarcina verticala de 102 tf pentru CS2-2 si de 105 tf pentru CS2-1, CS2-3, prin deschiderea si ramificarea fisurilor principale si strivirea betonului de la baza stalpului de sustinere a consolei, fig. 3.

Pe baza observatiilor si a interpretarii rezultatelor obtinute in urma studiului experimental, se desprind urmatoarele aspecte principale:

• consolidarea elementelor expe­rimentale degradate prin imbracare intr-o camasa rigida realizata din BIP, clasa Bc 60/70, conduce la refacerea capacitatii portante cu cca 130% peste valoarea corespunzatoare elementului nedegradat;

• cedarea elementelor consolidate s-a produs la o sarcina verticala mai mare decat cea estimata teoretic cu aproximativ 35%;

• se remarca rolul benefic al camasii realizate asupra restabilirii capacitatii portante si sporirea ducti­litatii prin efectul de confinare exercitat asupra betonului nedegradat;

• la cedarea consolelor, deschi­derea maxima a fisurilor atinge valoa­rea de 0,12 mm pentru varianta camasii din BIP;

• varianta de consolidare cu BIP conduce la grosimi reduse ale camasii, eliminandu-se in acest fel variatii bruste de rigiditate de la o sectiune la alta.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 34 – ianuarie-februarie 2008

Autori:
Ioan TUNS,
Petru RAPISCA,
Florin TAMAS – Universitatea Transilvania Brasov, Facultatea de Constructii