54
8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite' http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 1/54 UNIVERSITATEATEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI ing. Bogdan BAHNARIU SISTEME DE CONSOLIDARE A CONSTRUCŢIILOR CU MATERIALE COMPOZITE Conducator ştiinţific Prof. Univ. Ing. Mircea IEREMIA Dr. REZUMAT TEZA DE DOCTORAT

Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 1/54

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTIing. Bogdan BAHNARIU

SISTEME DE CONSOLIDARE A CONSTRUCŢIILOR CU MATERIALE COMPOZITE

Conducator ştiinţificProf. Univ. Ing. Mircea IEREMIADr.

REZUMAT – TEZA DE DOCTORAT

Page 2: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 2/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 2 

Această lucrare abordează un domeniu de cercetare de interes major, de mare actualitateîn contextul actual, în care se pune un accent tot mai mare pe protecţia mediului înconjurator,economia de resurse materiale şi umane prin dezvoltarea şi crearea unor noi tehnologii de

fabricaţie şi execuţie, care să fie folosite atât în cadrul noilor construcţii inginereşti cât şi lareabilitarea şi reconsolidarea structurilor existente. Necesitatea elabor ării unor materiale noi şi a unor tehnologii neconvenţionale a fost

determinată nu numai de motive economice şi sociale, dar şi de faptul că în condiţiile dezvoltăriiexponenţiale a producţiei, a apărut o criză foarte puternică de surse de materii prime şienergetice, odată cu creşterea agresiunii oamenilor faţă de mediul înconjur ător.

Prezenta teză de doctorat, intitulată ,,Sisteme de consolidare a construc ţ iilor cu materialecompozite”, este structurată în 12 capitole, care au acoperit un numar de aproximativ 300 paginide studii şi cercetări despre materiale compozite, fiind detaliate soluţiile de consolidare astructurilor folosindu-se compozite polimerice armate cu fibre.

Materialele compozite reprezintă un teritoriu fascinant, fiind primele materiale a căror 

dispunere structurală internă a putut fi controlată încă din faza de proiectarea, atât princonceperea modului de înlănţuire molecular ă, cât şi prin direcţii preferenţiale, conferindu-le înacest fel rezistenţe favorabile, net superioare celor ale componentelor lor.

În capitolul 1 intitulat ,, Introducere”au fost prezentate principalele obiective ale tezei dedoctorat, prin descrierea succintă a studiilor tratate în fiecare capitol ce a urmat.

În capitolul 2 intitulat ,, Dezvoltarea materialelor compozite în domeniul ingineriei civile”se prezintă importanţa lucr ărilor de reparaţie, consolidare şi adaptare seismică a clădirilor existente, prin definirea şi clasificarea materialele compozite.

 Necesitatea lucr ărilor de consolidare a construcţiilor existente ia o amploare foarte mareodată cu trecerea anilor, mobilizând resurse umane şi materiale comparabile cu cele folosite la

investiţiile noi. Apariţia în timp a degradărilor ca urmare a îmbătrânirii materialelor,fenomenelor de oboseală, curgerea lentă, dar şi a efectelor unor acţiuni extraordinare (acţiuneaseismului, acţiunea focului sau exploziilor), precum şi agresivitatea mediului au condus lanumeroase cazuri de avarii în construcţii, pagube materiale şi de multe ori chiar şi umane.

Consolidările elementelor structurii pot păstra aceeaşi schemă structurală, sporindsecţiunile elementelor prin adaos de beton şi armătur ă, bare metalice sau materiale compozitesau pot fi executate prin introducerea unor elemente noi ce descarcă par ţial structura iniţială.

Astfel, printre principalele cauze care impun consolidarea construcţiilor din beton armatse pot enumera urmatoarele:

  remedierea unor deterior ări (avarieri) ale structurii ca urmare a execuţiei defectuase, a

greşelilor de proiectare;  exploatarea necorespunzătoare;  efectele dezastruoase a unor vânturi puternice, inundaţii, explozii;  sporirea capacităţii de rezistenţă a construcţiei impusă de schimbarea destinaţiei

respectivei construcţii;   procesele tehnologice cu agresivitate chimică ridicată (ce se manifestă prin coroziunea

armăturii);  degradarea terenurilor de fundare;  upgradare seismică.

Page 3: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 3/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 3 

În figura r.1 se pot observa efectele dezastruoase ale unor construcţii ce nu au fostconsolidate şi unde cerinţele din proiect nu au fost respectate.

Datorită progresului obţinut în ceea ce priveşte fabricarea materialelor compozite, precum şi multor dezavantaje pe care le prezintă soluţiile tradiţionale de reabilitare structurală, în prezent utilizarea compozitelor cu matrice polimerică (CMP) este tot mai des întâlnită în cadrullucr ărilor de consolidare a structurilor inginereşti.

Prin definiţie, conceptul de „compozit” este atribuit unui sistem complex, alcătuit din maimulte materiale de natur ă diferită. În această categorie intr ă o clasă foarte vastă de produşi. Acestlucru este determinat de faptul că posibilităţile de modificare a constituenţilor de bază, a

tehnicilor de „asamblare” şi de fabricare, a nivelului de performanţă  şi a costului sunt practicinfinite.O definiţie de uz general ar fi că un material compozit este alcătuit din mai multe

componente cu proprietăţi fizice şi chimice diferite, materialul astfel obţinut având proprietăţisuperioare şi îmbunătăţite faţă de cele ale materialelor individuale din componenţa sa.

O clasificare foarte importanta a materialelor compozite se face în funcţie de modul deorientare al fibrelor, materialele compozite fiind grupate în trei categorii:

a.  materiale compozite durificate cu fibre; b.  materiale compozite durificate cu particule (disperse);c.  materiale compozite obţinute prin laminare (stratificate).

Figura r.1 Exemple de structuri avariate

Page 4: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 4/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 4 

 a. materiale compozite armate cu fibre

În figura r.2 sunt prezentate diferite moduri de orientare a acestor fibre în interiorulmatricei. Se obţin astfel materiale compozite cu caracteristici foarte bune de rezistenţă, rigiditateşi raport ,,rezistenţă – densitate”.

Comportamentul mecanic al unui asemenea compozit depinde de:- proprietăţile fiecărui component;- propor ţia dintre componenţi;- forma şi orientarea fibrelor în raport cu direcţia de solicitare;- rezistenţa mecanică a interfeţei matrice - fibr ă.

 b. materiale compozite durificate cu particule (disperse)

 b.1. materiale compozite durificate prin dispersie

În cazul acestor compozite, particulele de dimensiuni foarte mici (100 ÷ 2500 Å)(1 ångström = 10-7 mm ), blochează deplasarea dislocaţiilor. Astfel, deşi sunt necesare cantităţimici de material dispers, efectul de durificare este foarte mare.

Faza dispersată este, de regulă, un oxid stabil dur (Al2O3 – alumina, ThO2 – torianit,ZrO2 – dioxid de zirconiu, BeO – oxid de beriliu, etc.). Această fază trebuie să aibă o anumită dimensiune, formă, cantitate şi distribuţie pentru obţinerea celor mai bune proprietăţi pentrumaterialul compozit. Totodată particulele dispersate trebuie să aibă solubilitate scăzută înmaterialul matricei şi să nu apar ă reacţii chimice între particule şi matrice.

 b.2. materiale compozite armate cu macroparticule

Armarea acestor compozite se face cu particule mari, care nu mai au rol de blocare adeplasării dislocaţiilor. În funcţie de propor ţia dintre cantităţile de macroparticule şi cea de liantse obţin combinaţii neobişnuite de proprietăţi.

Carburile metalice pot fi privite ca fiind astfel de materiale compozite, carbura dewolfram (CW) este înglobată într-o masă de cobalt, sculele aşchietoare rezultate avândcombinate avantajele date de duritatea şi rezistenţa la creşterea temperaturii de aşchiere a CW şicele date de rezistenţa bună la impact a cobaltului.

Pietrele abrazive formate din macroparticule de carbur ă de siliciu (SiC), nitrur ă de bor sau diamant, înglobate într-o matrice de sticlă sau polimeri, pot fi considerate tot materialecompozite armate cu macroparticule.

Fig r.2 Materiale compozite armate cu fibre

fibre+ matriţăMaterialcompozit=

Page 5: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 5/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 5 

Un alt exemplu, îl constituie materialul utilizat pentru contactele electrice, care esteformat din particule de wolfram înglobat într-o matrice de argint. În acest mod se realizează combinaţia dorită de proprietăţi, şi anume, conductibilitatea electrică bună (datorită argintului) şi

rezistenţă mare la uzur ă (datorită particulelor de wolfram).

 c. materiale compozite stratificateSunt obţinute prin aplicarea, la suprafaţa materialului de bază, a unui strat din alt

material. Aplicarea acestui strat din alt material cu proprietăţi diferite de cele ale materialului de bază se realizează cel mai des prin turnare, sudare sau laminare.

Principalul avantaj al acestor materiale, exemplificate în figura r.3, este de ordineconomic şi de ordin calitativ, deoarece prin utilizarea lor se economisesc importante cantităţi demateriale scumpe sau deficitare, îmbunătăţindu-se, în acelaşi timp, calităţile produselor  şimărindu-se durata lor de funcţionare în condiţiile unor performanţe ridicate.

Exemple de asemenea materiale compozite sunt:

  duraluminiul, cu rezistenţă ridicată la rupere, placat cu aluminiu pur, cu rezistenţă 

ridicată la coroziune;  oţeluri carbon, ieftine, placate cu oţeluri cu duritate ridicată şi rezistenţă la uzare

sau cu oţeluri inoxidabile rezistente la coroziune;   plăcuţele din oxid de aluminiu placate cu nitrur ă de titan (utilizate pentru păr ţile

active ale sculelor aşchietoare), etc..

În afar ă de materialele compozite bicomponente, prezentate mai sus, se utilizează  şicompozite tricomponente (tip ,,sandwich”).

De exemplu, pentru împiedicarea difuziunii carbonului dintr-un oţel în altul, se poateinterpune prin placare un strat de nichel, care nu permite difuziunea prin el a carbonului.

Figura r.3 Material compozit stratificat

 

Page 6: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 6/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 6 

Tot un material tip “sandwich” este prezentat în figura r.4. Acesta este alcătuit din două  plăci subţiri din metal (de exemplu aluminiu, titan sau oţel), între care se găseşte o structur ă tipfagure, din material mai dur (duraluminiu sau aliaj de titan), rezultând un material compozit

deosebit de rezistent şi rigid.

 În capitolul 3 intitulat ,,Componentele ce definesc caracteristicile fizico-mecanice alematerialelor compozite” sunt descrise fazele materialelor compozite ca fiind matricea, armăturaşi interfaţa armătur ă – matrice, precum şi principalele categorii de materiale compozite, armatecu particule şi armate cu fibre (figura r.5).

Materialele compozite conţin cel puţin o  fază discontinuă denumită  ranforsant  sauarmătur ă înglobat într-o fază continuă (această fază continuă fiind cunoscută sub denumirea dematrice), cu proprietăţi care depind de caracteristicile fizico-mecanice individuale, modul dedistribuţie, precum şi interacţiunea dintre faze.

Un rol deosebit în stabilirea proprietăţilor compozitului ca sistem multifazic revineregiunii de interfa ţă. Conceptul de interfaţă defineşte limita comună a două faze şi reprezintă osuprafaţă de separare a componenţilor dintr-un amestec existent ca faze distincte.

Figura r.5 Fazele sistemului compozit.a. faza continuă (matricea), b. faza dispersă (armătura), c. interfaţa

Matricea reprezintă aşadar, o parte a materialului compozit care asigur ă atât transferulsolicitărilor exterioare la ranforsant, cât şi protecţia elementelor de ranforsare împotrivadistrugerilor mecanice şi prin eroziune.

Figura r.4 Material compozit tip sandwish

 

Page 7: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 7/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 7 

Cele mai importante funcţii pe care le indeplineşte matricea în definirea materialuluicompozit ar fi:

  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;   păstrează armăturile la distanţe corespunzătoare transmiterii eforturilor între faze

 prin adeziune, frecare sau alte mecanisme de conlucrare;  împiedică flambajul fibrelor deoarece f ăr ă mediul continuu de susţinere laterală 

armătura nu este capabilă să preia eforturi de compresiune;  asigur ă contribuţia principală la stabilirea rezistenţei şi rigidităţii în direcţie normală 

 pe fibre;  matricea constituie mediul de transmitere a eforturilor prin compozit astfel că la

ruperea unei fibre reîncărcarea celorlalte se poate realiza prin contactul la interfaţă; 

 permite redistribuirea concentr ărilor de tensiuni şi deformaţii evitând propagarearapidă a fisurilor prin compozit;  stabileşte continuitatea transversală dintre lamelele ansamblului stratificat;   previne efectele corozive şi reduce efectele abraziunii fibrelor;  asigur ă compatibilitatea termică şi chimică în raport cu materialul de armare.

 Matricile organice sunt executate fie din materiale plastice fie din materialetermoplastice. Matricile organice au utilizarea cea mai largă în domeniul materialelor compozite.Dintre acestea, materialele polimerice prezintă o serie de avantaje: 

  sunt uşoare;  asigur ă transparenţă;  sunt izolatoare electric şi termic;  sunt impermeabile;  au rezistenţă mare la coroziune;  asigur ă autolubrifierea:  se poate obţine un comportament elastic sau plastic.

 Matricile din ceramică  tehnică sunt tot mai frecvent utilizate pentru realizareacompozitelor, deoarece această categorie de materiale este caracterizată prin proprietăţi intrinsecideosebite, datorate în principal legăturilor interatomice. Aceste proprietăţi sunt:

  rezistenţă mecanică mare la temperaturi înalte;  rezistenţă la rupere foarte mare, uneori mai mare decât rezistenţa

oţelurilor;  rezistenţă la oxidare şi la agenţi chimici;  modul de elasticitate mare, superior oţelurilor;  duritate mare şi stabilă la creşterea temperaturii.

 Matricele metalice s-au folosit din necesitatea de a obţine compozite care să poată fiutilizate la temperaturi relativ înalte, comparativ cu cele de natur ă organică. Metalele prezintă şialte proprietăţi care le recomandă în calitate de matrice: proprietăţi mecanice bune,conductivitate termică  şi electrică mari, rezistenţă mare la aprindere, stabilitate dimensională,capacitate bună de prelucrare, porozitate scazută. În schimb, densitatea este relativ mare(1,74 ÷ 7,0 g/cm3), iar fabricarea compozitelor este uneori mai dificilă.

Page 8: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 8/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 8 

Pentru definirea caracteristicilor fizice şi mecanice, un rol important îl îndeplineştearmătura sau ranforsantul, prin geometria dispunerii în interiorul materialului compozit, aceasta

 prezentându-se sub mai multe forme (figura r.6):

Figura r.6 Structuri de armare

Ponderea fibrelor ca sisteme de armare este determinată de caracteristicilefizico-mecanice pe care le prezintă  şi de caracteristicile fizico-mecanice pe care trebuie să leobţină compozitul.

Analiza comportării şi a proprietăţilor unui material compozit polimeric armat cu fibre nuse poate realiza f ăr ă cunoaşterea fenomenelor  şi proceselor care au loc la regiunea de interfaţă fibr ă-matrice. Interfaţa fibr ă-matrice este o regiune de tranziţie cu o evoluţie gradată a

 proprietăţilor. Transferul eforturilor la interfaţă este posibil numai dacă între componenţi serealizează un contact molecular intim prin distanţe comparabile cu cele din materialul obişnuit.Legătura se poate realiza pe cale chimică sau prin acţiunea for ţelor intermoleculare.

Regiunea de contact fibr ă-matrice poate fi tratată ca o a treia fază a compozitului, iar cedarea la interfaţă este de multe ori critică pentru caracteristicile fizico-mecanice ale sistemuluimultifazic.

În  subcapitolul 3.5.2 intitulat ,,Compozite armate cu fibre” sunt detaliate principalele

tipuri de fibre şi proprietăţile fizico-mecanice ale acestora.Fibrele sunt materiale macroscopic omogene, cu structur ă filiformă, cu o lungime mare înraport cu dimensiunea transversală, care sunt menţinute laolaltă în diferite formaţiunimorfologice prin intermediul unor for ţe secundare de coeziune.

Page 9: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 9/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 9 

Fibrele constau din sute de filamente, fiecare filament având diametrul între 5÷15micrometrii, permiţând a fi produse folosind maşini textile; de exemplu în cazul fibrelor desticlă, sunt obţinute două semiproduse aşa cum este ar ătat în figura r.7.

Figura r.7 Forma fibrelor 

Fibrele reprezintă forma de bază sub care se poate prezenta un element chimic, compuschimic, material celulozic, polimeric etc, fiind caracterizate de o lungime mult mai mare înraport cu diametrul. Mai multe fibre r ăsucite sau împletite formează un fir. Întăriturile sub formă de fibre sau fire pot fi întregi (lungime foarte mare), sau tăiate la anumite dimensiuni bine

 precizate. Principalele trei tipuri de fibre folosite pentru consolidarea structurilor sunt carbon,armaid şi sticlă.

 Fibrele din sticl ă se utilizează extensiv la armarea matricelor polimerice, având ca principale avantaje costul relativ redus şi rezistenţe mecanice convenabile (rezistenţă la şoc,rezistenţă la întindere şi compresiune, rezistenţă la foc, rezistenţă la atac biologic, calităţielectrice bune, rezistenţă la acţiunea apei şi la umiditate). De asemenea, fibrele de sticlă au orezistenţă la impact foarte bună. Aceste tipuri de fibre au densitate mai mare decât fibrele decarbon şi cele de aramidice.

Principalele dezavantaje constau în valoarea mai redusă a modulului de elasticitate,rezistenţa nesatisf ăcătoare la abraziune, precum şi aderenţa necorespunzătoare la matricea

 polimerică în prezenţa apei. Aderenţa redusă necesită folosirea unor agenţi de cuplare pentrutratarea suprafeţei fibrelor. Rezistenţele mecanice ale compozitelor armate cu fibre din sticlă suntinfluenţate semnificativ de forma în care se foloseşte materialul de armare.

 Fibrele de carbon se folosesc la armarea CPAF (compozite polimerice armate cu fibre)cu performanţe ridicate. Deşi termenii “carbon” şi “grafit” se consider ă interschimbabili, există unele diferenţe notabile atât în modul de realizare a structurii fibrelor cât şi în conţinutul decarbon. Termenul “fibr ă din grafit” se foloseşte pentru a caracteriza fibrele cu un conţinut decarbon ce depăşeşte 99%, în timp ce “fibra din carbon” provine din material cu un conţinut decarbon cuprins între 80÷95%. Fibrele din carbon folosite la armarea CPAF sunt compatibile cumulte matrice polimerice şi au stabilitate bună la temperaturi ridicate.

Fibrele pe bază de carbon sunt mai fragile decât fibrele de sticlă sau cele aramidice. Dacă fibrele de carbon sunt folosite în apropierea metalelor sau chiar peste acestea, aceste fibre suntsupuse coroziunii galvanice. De aceea în aceste cazuri se foloseşte o barier ă de interpunere cum

ar fi cea din fibre de sticlă sau r ăşină.

Page 10: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 10/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 10 

 Fibrele aramidice au fost introduse în 1971 de Du Pont sub cunoscuta denumire deKevlar. Acestea se clasifică în:  Kevlar 29, Kevlar 49, Kevlar 69, Kevlar 100, Kevlar 129  şi

 Kevlar 149. Fibrele aramidice ofer ă proprietăţi mecanice bune, densitate mică având rezistenţă 

la impact superioar ă. Rezistenţa la întindere a acestor tipuri de fibre este mai mare decât afibrelor de sticlă, iar modulul de elasticitate este cu peste 50 % mai mare decât la fibrele desticlă. Totuşi rezistenţa la compresiune este inferioar ă celorlalte tipuri de fibre.

Fibrele aramidice sunt bune izolatoare de căldur ă  şi electricitate. În timp ce fibrele desticlă şi carbon nu sunt afectate de U.V., fibrele aramidice sunt atacate de radiaţiile U.V. şi deaceea trebuie protejate la expunerea directă a razelor solare. Fibrele aramidice sunt rezistente laacţiunea focului şi se comportă bine la temperaturi ridicate.

 În capitolul 4 intitulat ,,Categorii de matrici folosite în fabricarea materialelor compozitearmate cu fibre” sunt cuprinse principalele materiale compozite cu matrice polimerică (termorigidă şi termoplastică), metalică (fibrele de aluminiu), ceramică şi ,,carbon – carbon”.

 În  subcapitolul 4.2 ,, Materiale compozite cu matrice polimerică” sunt detaliaţi polimeriitermoplastici, termorigizi şi elastomerii.Un polimer se defineşte ca fiind un lanţ lung de molecule având una sau mai multe unităţi

de molecule (monomeri) care se repetă, legate împreună prin puternice legături covalente. Unmaterial plastic sau polimeric este o colecţie formată dintr-un mare număr de molecule polimer cu structur ă chimică similar ă, dar nu neapărat de aceeaşi lungime. Termenul de polimerizare serefer ă la o reacţie chimică sau de întărire, care conduce la formarea unui compozit în prezenţafibrelor.

În esenţă, polimerii sunt compuşi organici formaţi din carbon şi hidrogen, care pot fiobţinuţi fiecare din natur ă sau prin sinteză de molecule organice în laboratoare. Sunt folosiţi maiales în aplicaţii care implică temperaturi relativ joase de lucru (ajungând, în mod excepţional,

 pentru termoplastice fabricate prin injecţie, la nivelul maxim de 400 °C). Polimerii termoreactivi reacţionează la temperaturi înalte cu compuşi numiţi agenţi dereticulare pentru a forma un aşa zis produs reticulat. Aceste matrice sunt alcătuite din polimeri custructur ă reticulată, cu legături covalente între molecule, care nu se înmoaie, dar la temperaturiridicate se pot descompune. După constituirea reţelei de legături transversale polimeriitermorigizi nu-şi pot modifica forma iniţială.

 Polimerii termorigizi (termoreactivi) constituie clasa de polimeri cea mai utilizată camaterial de matrice pentru compozitele armate cu fibre. Ei sunt cunoscuţi ca r ăşini epoxidice sau,simplu, r ăşini, având iniţial formă lichidă (mai rar formă solidă). Materialele utilizate în

 polimerizarea acestor polimeri sunt chimicale cu greutate molecular ă  şi vâscozitate redusă, alecăror molecule se leagă împreună formând o structur ă de reţea tridimensională.

Polimerii termoreactivi cei mai folosiţi pentru obţinerea matricei polimerice sunt:

a)  UPR – r ăşini poliesterice nesaturate (,,unsaturated polyester resins”); b)  VER – r ăşini vinilesterice (,,vinyl ester resins”);c)  ER – r ăşini epoxidice (,,epoxy resins”);d)  PBR – r ăşini polibutadinice (,,polybutadiene resins”).

Page 11: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 11/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 11 

a. Răşinile poliesterice sunt alcătuite din poliesteri nesaturaţi dizolvaţi într-un monomer  polimerizabil. Poliesterii nesaturaţi rezultă din reacţia dintre acidul maleic şi un glicol, dizolvateîntr-un polimer nesaturat (de regulă stirenul). R ăşinile poliesterice de uz general devin, după 

întărire, copolimeri ai stirenului şi ai poliesterului nesaturat.Principalele avantaje ale r ăşinilor poliesterice sunt legate de costul scăzut, timp de uscaremai mare, vâscozitate scăzută. Proprietăţile mecanice ale r ăşinilor poliesterice sunt, de regulă,inferioare celor de la r ăşinile epoxidice. Dezavantajul major al r ăşinilor poliesterice derivă dinfaptul că acestea prezintă contracţii volumetrice mari.

b. Răşini vinilesterice (VER) sunt rezultatul reacţiei dintre o r ăşină epoxidică şi un acidcarboxilic nesaturat. Datorită structurii chimice aceste r ăşini au mai puţine legături transversale,sunt mai flexibile şi au o tenacitate la rupere superioar ă valorilor similare de la r ăşinile

 poliesterice.Matricele vinilesterice au proprietăţi excelente de umectare a fibrelor  şi aderenţă foarte

 bună la fibrele din sticlă. Proprietăţile vinilesterilor sunt asemănătoare cu cele date de către

r ăşinile epoxidice, în ceea ce priveşte rezistenţa la întindere şi la agenţi chimici, şi cu poliesteriidin punct de vedere al vâscozităţii şi întăririi întârziate.

Anul 1960 marchează începutul fabricării industriale a r ăşinilor ester vinilice. În prezentaceste materiale sunt folosite la fabricarea de materiale compozite, tuburi, rezervoare, dispozitivede epurare, conducte de canalizare, materiale dentare, cerneluri fotoreticulabile etc. Reacţia deobţinere a oligomerilor ester vinilici este catalizată de obicei de amine ter ţiare, fosfine sau săruricuaternare de amoniu. Cercetările au evidentiat faptul că trifenilfosfina este unul din cei maieficienţi catalizatori ai acestei reacţii. Alţi catalizatori utilizaţi la sinteza r ăşinilor ester vinilice

 prin modificarea chimică a oligomerilor epoxidici citaţi de literatur ă sunt imidazolul şi piridina.Reacţia dintre componente are loc prin încălzirea acestora timp de 4-5 ore la 120 0C în prezenţaunui inhibitor de polimerizare termică (hidrochinona).

c. Răşinile epoxidice sunt lichide organice cu greutate molecular ă redusă, conţinând unnumăr de grupări epoxi. Reacţia de formare este de polimerizare-adiţie, f ăr ă produşi secundari,însoţită de ridicarea temperaturii. Proprietăţile r ăşinilor epoxidice întărite depind de compoziţiachimică a prepolimerului epoxi şi de condiţiile de întărire.

Avantajele principale ale r ăşinilor epoxidice sunt: uşor de produs, au proprietăţi mecanicefoarte bune, prezintă o bună adeziune faţă de o largă varietate de fibre, în timpul întăririicontracţiile sunt foarte mici şi au o rezistenţă bună la agenţi chimici şi solvenţi.

R ăşinile epoxidice conţin şi alţi aditivi pe lângă oligomerul epoxidic şi agentul dereticulare. Astfel, vâscozitatea oligomerilor epoxidici poate fi modificată cu diluanţi reactivi saunereactivi. În general temperaturile de tranziţie sticloasă (Tg) ale reţelelor cresc la adăugarea de

diluanţi reactivi difuncţionali din cauza creşterii densităţii reţelelor. Stirenul şi poliesteriinesaturaţi cu masă molecular ă mică se situează de asemenea printre aditivii folosiţi frecvent lareducerea vâscozităţii. În acest caz este necesar ă  şi prezenţa unui iniţiator radicalic pentruîntărirea diluantului şi obţinerea în final a unei reţele polimerice interpenetrate cu r ăşina.

d. Răşinile polibutadinice sunt folosite la fabricarea de îmbracăminţi transparente pentruradarele militare. Cauciucul sintetic, este un compus macromolecular cu proprietãţiasemănătoare celor ale cauciucului natural, care se obţine fie prin polimerizarea izoprenului fie

 prin polimerizarea butadienei fie prin copolimerizarea lor cu stiren sau cu nitril-acrilic etc.

Page 12: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 12/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 12 

 Polimerii termoplastici sunt compuşi organici, care apar în formă granular ă şi constau dinmolecule liniare, care nu sunt interconectate prin legături chimice. În schimb, sunt legaţi prinvalenţe secundare slabe (for ţe intermoleculare) cum sunt legăturile van der Waals şi valenţe de

hidrogen. Aceşti polimeri se topesc la încălzire şi iau formă de r ăşină.Materialele termoplastice au o dezvoltare mai restrânsă comparativ cu materialeletermorigide. Principalele materiale termoplastice sunt:

   policlorura de vinil (PVC);   polietilena cu densitate redusă (PE);   polietilena cu densitate ridicată (PE);   polipropilena (PP);   polistirenul (PS);   polistiren şoc (PS);  acrilonitrit-stiren (PS/AN); 

acrilonitrit-butadien-stiren.a.Policlorura de vinil  cu numele prescurtat PVC este o substanţă din categoria

materialelor termoplastice cu o structur ă amorf ă. Sunt două forme de PVC, „forma dur ă” şi„forma moale”, la care s-au adăugat stabilizatori. Forma moale este mai r ăspândită fiind PVC-ul,adecvată prelucr ărilor tehnice, este forma care care se aplică pe duşumea sau în construcţii laconductele din material plastic.

Policlorura de vinil (PVC) este un material uşor prelucrabil, rezistent la impact, stabil lavariaţii de temperatur ă, stabil la acţiunea razelor ultraviolete şi care face parte din categoriasubstanţelor toxice. Nu reprezintă un pericol mare pentru mediul înconjur ător dacă se resprectă anumite reguli privind scurgerile de toxine care trebuie să fie cât mai reduse. Principalul pericol

este reprezentat de scurgeri de aditivi şi clor, faţă de alţi compuşi care emit substanţe chimice înaer (ex: cortinele pentru duşuri).b.Poliolefinele sunt polimeri termoplastici cristalini. Tipuri de poliolefine:  polietilena şi

 polipropilena.b.1.Polietilenele sunt polimeri termoplastici rezultaţi din polimerizarea monomerului

etilena. Structura macromoleculara este liniara cu un numar mai mic sau mai mare de ramificaţii.Polietilenele fabricate prin diverse tehnologii se deosebesc prin valorile unor caracteristici ca:masă molecular ă, grad de ramificare, cristalinitate, densitate, proprietăţi mecanice, proprietăţitermice, etc. Structura fizică a polietilenelor poate fi de la amorf la aproape cristalin complet.

b.2.Polipropilena este unul dintre cei mai r ăspândiţi şi versatili polimeri cunoscuţi,fiind folosit atât sub formă de „plastic” cât şi sub formă de fibr ă. Structural este un polimer 

vinilic, similar cu polietilena, în care fiecare un atom de carbon din etilena este substituit cu ogrupare metil. Ca şi ceilalţi momoneri vinilici, polipropilena nu este sintetizată printr-o

 polimerizare radicalică – materialul rezultat, denumit atactic, are grupele metil aranjate aleator.Lipsa oricărei ordonări moleculare scade gradul de cristalinitate conducând la un material amorf,cu puţine aplicaţii practice.

Grupa polimerilor pe baza de stiren cuprinde homopolimeri de stiren, homopolimeri destireni substituiţi, produse de polistiren modificate cu alţi polimeri.  Polistirenul  rezultă din

 polimizarea monomerului stiren. Din grupa polistirenului fac parte: polistirenul de uz general, polistirenul rezistent la şoc, copolimerul stiren-acrilonitril, copolimerul acrilonitril-butadien-stiren.

Page 13: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 13/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 13 

c.Polistirenul de uz general (PS) se prezintă sub formă de granule cilindrice, transparentesau colorate şi este un material amorf şi deci transparent. De aici şi numele de polistiren cristal.Permeabilitatea este mai ridicată decât la poliolefine, din cauza structurii amorfe. Polistirenul

absoarbe foarte puţină apă şi rezistă puţin la abraziune fiind dur, rigid, fragil şi casant. Acesta nurezistă la lumina (ultraviolete) şi din acest motiv trebuie stabilizat.

Subcapitolul 4.3 denumit ,, Materiale compozite cu matrice metalică” sunt prezentate principalele fibre continue din matricele metalice.

Materialele compozite cu matrice metalică (MCMM) reprezintă o mare familie demateriale apărute în scopul de a realiza şi spori combinaţiile de proprietăţi. Deoarece matricea

 poate fi alcatuită din orice metal sau aliaj, s-a ar ătat un mare interes pentru metalele cu structuricât mai uşoare, în majoritatea cazurilor principalul obiectiv constituindu-l îmbunătăţirea

 proprietăţilor mecanice ale acestora.Matricile din aluminiu sau aliaje ale acestuia constituie categoria cea mai folosită la

obţinerea MCMM-urilor (materiale compozite cu matrice metalică). Această popularitate amaterialelor pe bază de Al, în vederea utilizării ca matrice, este datorată, îndeosebi, costuluirelativ scăzut, în comparaţie cu cel al altor materiale uşoare (magneziu sau titan), folosirii cu

 prioritate în aplicaţiile aerospaţiale, introducerii cu succes pe piaţa producătorilor de motoare deautovehicule, posibilităţilor de îmbunătăţire a proprietăţilor generale ale compozitului rezultat şinu în ultimul rând, uşurinţei fabricaţiei. Folosirea întăriturilor devine interesantă datorită faptuluică acestea confer ă proprietăţi superioare materialelor realizate pe bază de aluminiu sau aliaje aleacestuia.

Începând cu anii '60, realizarea de întărituri pe bază de fibre continue de bor pentrucompozite cu matrici din aluminiu, a constituit subiectul a numeroase cercetări. Cu toate acestea,în ciuda posibilităţii creşterii considerabile a valorii caracteristicilor mecanice, r ămân notabile

câteva obstacole, în perspectiva utilizării pe arii extinse a MCMM (materiale compozite cumatrice metalică) obţinut din Al/B, datorită:

  reacţiilor rapide ce pot apare între Al şi B;  degradării severe a proprietăţilor mecanice (la temperaturi ce depăşesc 480 °C) ca

urmare a reacţiilor ce au loc;  limitării posibilităţii de folosire a lor la temperaturi înalte ceea ce împiedică 

încercarea de fabricare a acestora prin turnare.

Folosind tehnologii de infiltrare şi/sau de difuzie a aluminiului lichid printre întărituriledin fibre continue de carbur ă de siliciu, au fost realizate MCMM (materiale compozite cumatrice metalică) de tipul Al/SiC. Şi în acest caz este posibil să apar ă reacţii între fibrele de

carbon şi Al4C3. Aceste acoperiri s-au dovedit a fi mult mai eficiente în cazul utilizării procedeelor bazate pe difuzie decât în cazul celor bazate pe infiltrarea metalului lichid.MCMM (materiale compozite cu matrice metalică) pe bază de Al întărite cu fibre

continue din Al2O3 au fost realizate prin turnare cu presare, respectiv prin infiltrare în vid. În celde-al doilea caz, se obişnuieşte să se adauge o cantitate mică de litiu, în scopul de a asigura oumectare corespunzătoare a fibrelor cu metalul lichid al matricii.

 În subcapitolul 4.4 denumit ,, Materiale compozite cu matrice ceramică” sunt prezentate principalele proprietăţi fizico-mecanice ale compozitelor ceramice.

Ceramicele sunt materiale compuse, constituite din substanţe anorganice (oxizi, carburi,siliciuri, boruri etc.) consolidate într-un ansamblu cu elemente de armare sub formă de fibre,

granule sau agregate.

Page 14: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 14/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 14 

De exemplu, compozitele ceramice pe baza de fibre sunt formate dintr-o matrice dinmateriale minerale (ceramică) şi fibre de armare (fibre de SiC, A1203, W, Mo, Be, oţel şi fibre desticlă). Ceramica tehnică este utilizată ca matrice datorită proprietăţilor intrinseci deosebite, cum

ar fi:  rezistenţă mecanică ridicată;  rezistenţă apreciabilă la uzur ă şi la şoc termic;  valori mari ale rezistenţei la rupere;  densitate de 2-3 ori mai mică decât a oţelurilor;  moduli de elasticitate superiori oţelurilor;  duritate ridicată;  stabilitate geometrică şi dimensională;  coeficient scăzut la dilatare termică.

Compozitele cu matrice ceramică (CMC) combină armăturile ceramice cu matricea

ceramică pentru a crea materiale cu proprietăţi noi, superioare. În CMC-uri, prima cerinţă pentruarmăturile ceramice este aceea de a crea tenacitatea necesar ă matricii ceramice fragile.În ultimul subcapitol ,, Materiale compozite carbon-carbon” sunt descrise materialele

care au matrice de carbon sau de grafit şi sunt armare cu fibre sau ţesături de fibre de grafit.Aceste materiale sunt foarte scumpe, dar  şi incomparabile cu alte materiale prin rezistenţa latemperaturi înalte (de până la 3000 °C), cuplată cu densitatea mică şi coeficientul mic de dilataretermică. 

Capitolul 5  intitulat ,, Procedee de ob ţ inere a materialelor compozite” face o selecţie a procedeelor de obţinere a materialelor compozite folosite la consolidarea structurilor inginereşti.Sunt detaliate metodele de formare prin contact, prin injectarea r ăşinii, prin pulverizare, prin

 pultrudere, prin laminare continuă, prin transferul r ăşimii, prin centrifugare precum şi formarea

 plăcilor multistrat şi a profilelor. Dintre toate procedeele tehnologice de obţinere a materialelor compozite,  procedeul de

modelare prin transferul r ăşinii sub vid are un puternic caracterul ecologic, întrucât utilizareaunei game extrem de largi de r ăşini cu conţinut ridicat de substanţe organice volatile pentrufabricarea materialelor compozite fac ca aceste emisii să crească şi să aibă efecte dăunătoare atâtasupra mediului, cât mai ales asupra sănătăţii oamenilor 

În cadrul procesului tehnologic de formare sub vid se utilizează matriţa deschisă pe carese depun straturi de materiale: matrice şi element de întărire (ranforsare). După depunereastraturilor se aplică o folie elastică, iar în interstiţiul dintre folie şi matriţă se creează vid. Are loccompactarea piesei, eliminarea aerului, apoi ansamblul este supus polimerizării în etuva sau înautoclavă cu suprapresiune (7 bar în cazul carbon/epoxy, pentru obţinerea celei mai bunerezistenţe mecanice).

 Procedeul de formarea prin injec ţ ie a r ăşinii constă în depunerea pe suprafaţa deschisă amatriţei a elementelor de ranforsare (de tip fibr ă sau ţesătur ă) şi se injectează r ăşină (r ăşina

 poliesterică sau fenolică). Costul procedeului este unul relativ ridicat. Acest procedeu deformarea prin injecţie completă permite automatizarea ciclului de fabricaţie prin creştereafrecvenţei etapelor si procedeelor tehnologice

Page 15: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 15/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 15 

 Formarea manual ă prin contact  este cel mai simplu procedeu în fabricarea decomponente compozite polimerice armate cu fibre. În acest procedeu ţesăturile, rovingul ţesutsau matul cu fire scurte subţiri, sunt aşezate pe matriţa care a fost tratată în prealabil cu un agent

de decofrare. Straturile de matrice şi de fibre de ranforsare sunt depuse într-o matriţă care se poate realiza din metal, r ăşină sau sticlă, iar după fiecare depunere se asigur ă presarea şi aderareastratului precedent faţă de următorul cu o rolă de contact.

În procesul de  formare prin pulverizare, r ăşina şi materialul de armare sunt depusesimultan pe matriţă. Acest proces este caracteristic materialelor polimerice armate cu fibre desticlă.Tehnica procesului de formare prin pulverizare necesită un operator cu înaltă calificare,sarcinile acestuia fiind de control asupra grosimii produsului compozit şi stabilirea conţinutuluivolumetric de fibr ă şi r ăşină conform proiectului de execuţie. Prin urmare calitatea compozituluirezultat depinde în mare măsur ă de calificarea şi conştiinciozitatea muncitorului care execută lucrarea.

 Pultruderea este un proces continuu de fabricare automată care permite producerea

elementelor lungi, cu secţiuni constante sub diverse forme din materiale compozite armate cufibre. Materia primă constă din: r ăşina lichidă de amestec (care conţine r ăşina propriu-zisă,adaosurile şi aditivii speciali) şi ca armătur ă fibre textile (sticlă, carbon, kevlar). Procesul implică tragerea acestor materiale printr-o matriţă din oţel încălzită, folosind un dispozitiv de tragerecontinuă.

 Formarea prin laminare continuă este procesul tehnologic ce constă în prima etapă înintroducerea unei ţesături sau mat, protejat pe ambele feţe cu folii de celofan şi imersată pentruimpregnare într-o baie de r ăşină. R ăşinile folosite sunt speciale, acestea fiind rezistente la foc şialţi factori agresivi.Această tehnologie permite realizarea de plăci plane, ondulate şi cutate cudiverse mărimi, forme, texturi şi grosimi.

 Formarea sub presiune derivă tot din metoda de formare prin preimpregnare. O foliesubţire din cauciuc este aplicată deasupra fibrelor impregnate cu r ăşină. Presiunea aerului decirca 0,35 MPa este aplicată prin tubul plăcii de presiune şi apoi prin sacul de cauciuc. Presiuneaaplicată în această metodă poate fi mai mare decât în cazul metodei de formare prin vacuumare,fracţiunea volumetrică de fibr ă atingând 65%, cu proprietăţi mecanice bune.

 Formarea sub vid este similar ă metodei de formare manuală, numai că această metodă mai utilizează în plus o folie subţire de celofan sau de acetat de polivinil care se dispunedeasupra suprafeţei elementului compozit. Folia se prinde cu ajutorul unui dispozitiv destrângere, prevăzut cu garnitur ă de etanşare. Între folie şi matriţă, se realizează operaţiunea devidare, astfel eliminându-se aerul dintre matriţă  şi amestecul compozit, precum şi excesul der ăşina epoxidică sau poliesterică 

 Impregnarea prin vacuumare a fibrelor este comparabilă cu metoda de formare prin preimpregnare şi este folosită la consolidarea elementelor din beton. Grinda de beton este în prealabil pregătită (suprafaţa cur ăţată prin sablare sau jet de nisip). Se cur ăţă bine suprafaţagrinzii după care se aplică un strat de grund. Dispunerea fibrelor sau ţesăturii din fibre se face înraport cu direcţia de solicitare indicaţiilor din proiect. Este important ca r ăşină să fie fluidă şi să impregneze toate fibrele. Un sac pentru delimitarea incintei de lucru este aşezat deasupra fibrelor astfel încât acesta să acopere zona de aplicare, după care se realizează operaţiunea de vacuumare.Sacul de vacuumare este prevăzut cu două orificii, unul prin care se injectează r ăşina, celălat princare se aplică vacuumarea

 Formarea în matri ţă se realizează prin presarea straturilor de matrice şi de elemente deranforsare între o matriţă  şi o contra-matriţă, acesta exercitând o presiune de 1-2 bar.

Pentru ca structura să devină compactă, se realizează polimerizarea la cald.

Page 16: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 16/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 16 

 Formarea prin centrifugare este utilizată pentru fabricarea tuburilor. Prin acest procedeu se permite o repartiţie omogenă a r ăşinii şi o calitate foarte bună a suprafeţelor internea tuburilor. Lungimea tronsonului realizat este limitată de celula de formare. Frecvenţa

depinde de diametrul şi lungimea pieselor  Formarea placilor multistrat  se aplică pentru obţinerea plăcilor plane sau ondulate.Plăcile plane sunt semifabricate pentru operaţii ulterioare, cum ar fi ambutisarea la cald, şiîndoirea. Procedeul care stă la baza tehnici de formare a profilelor este pultruziunea, acest

 procedeu permite obţinerea profilelor continui, închise sau deschise. Propor ţia de fibre deranforsare poate fi ridicată, în vederea obţinerii unor caracteristici mecanice ridicate.

 Procedeul RTM (Resin Transfer Molding), constă în formarea la cald atât a fibrelor dearmare cât şi a matricii din r ăşină. Se obţin foi de compozit, care pot fi ulterior prelucrate prinalte procedee.

Capitolul 6 intitulat ,,Controlul calit ăţ ii materialelor compozite raportat la costurile de

 fabricare şi la caracteristicile de performan ţă ale acestora” sunt prezentate tehnici alternative şieconomice de fabricare a materialelor compozite, dar şi caracteristicile lor de performanţă. Totîn acest capitol sunt cuprinse şi metode de control a materialelor compozite.

Realizarea de materiale compozite s-a impus pe baza a numeroase considerente tehnice şieconomice, între care amintim:

  necesitatea realizării unor materiale cu proprietăţi deosebite, imposibil de atinsde materialele tradiţionale;

  necesitatea creşterii siguranţei şi a fiabilităţii în exploatare a diferitelor construcţii şi instalaţii;

  necesitatea reducerii consumurilor de materiale deficitare, scumpe sau preţioase;

   posibilitatea reducerii consumurilor de manoper ă  şi a reducerii duratelor tehnologice de fabricaţie.

Materialele compozite dispun de atuuri importante în raport cu materialele tradiţionale cametalul şi lemnul şi aduc numeroase avantaje funcţionale: greutate scăzută, rezistenţă mecanică şi chimică, costuri de întreţinere reduse, libertatea formelor  şi dinamica design-ului. Acestea

 prelungeasc durata de viaţă a structurilor datorită excelentelor proprietăţilor mecanice şi chimiceşi contribuie la sporirea securităţii datorită rezistenţei mai bune la şocuri şi la foc.

De asemenea, materialele compozite ofer ă o bună izolare termică  şi fonică  şi măresc posibilităţile de proiectare, permiţând micşorarea greutăţii structurilor în scopul realizăriiformelor complexe, apte a îndeplini mai multe funcţiuni. În fiecare domeniu al pieţei aplicaţiilor 

sale – automobile, construcţii, electricitate, echipamente industriale – aceste performanţeremarcabile sunt la originea soluţiilor tehnologice inovante. În subcapitolul 6.2 sunt prezentate tehnici alternative, economice, de fabricaţie a

materialelor compozite.Pentru comercializarea cu succes a compozitelor ceramice, metodele de fabricaţie şi de

sinteză trebuie să fie, în primul rând, economice. Factorul care limitează utilizarea compozitelor din carbon îl constituie costul ridicat al fabricării asociat cu aceste metode convenţionale şi careau loc cu viteză foarte mică. Ca r ăspuns, s-au dezvoltat metode alternative, mai puţincostisitoare, pentru construirea matricilor din carbon.

Page 17: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 17/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 17 

De exemplu, în acest sens, M. Cubed Technologies, a dezvoltat o tehnică de infiltrare demetal la presiune scăzută pentru produse de gabarit mare (0,5 x 0,6 x 0,75 m3). Componentelecompozite metal-ceramice includ sisteme ca SiC/Al-Si, SiC/Si, B4C/Si, SiC/Al, grafit/Si,

grafit/Al-Si şi B4C/Si/SiC. În cadrul acestei dezvoltări s-au produs mai întâi preforme din fibr ă, particule de ceramică cu înaltă rezistenţă care permit trasarea caracteristicilor complexe înaintede densificare. S-a dezvoltat, de asemenea, o tehnologie cu preformare care produce formecomplexe cum ar fi sisteme de bare, structuri, etc. Preformele sunt infiltrate cu metal turnat,

 proces în care se formează noile legături. Un astfel de proces costă mai puţin decât în cazulfabricării mecanice prin turnare. Datorită contracţiei minime (mai puţin de 0,5%), la finalul

 pasului de infiltrare mai este necesar ă doar o prelucrare mecanică minor ă.O alta metodă o constitue o curgere for ţată raportată la un gradient termic, proces

dezvoltat la Georgia Institute of Technology din Atlanta. Această metodă depozitează matriceadin carbon cu până la 30% mai repede în raport cu metodele convenţionale şi permit îngroşareafibrelor f ăr ă apariţia microfisurilor la interfaţă. Legătura carbon-propilenă, propan sau metan,

este for ţată să se realizeze sub presiune prin preformă, timp în care aceasta este încălzită la1200 0C. Un gradient de temperatur ă în material for ţează vaporii să treacă prin preformă asigurând formarea unei matrici netede. Infiltrarea de vapori şi depunerea de carbon este mairapidă cu această metodă şi, ca urmare, 1 cm grosime de material poate fi produs în mai puţin de8 ore. Datorită faptului că procesul, el însuşi, asigur ă infiltrarea uniformă cu vapori, procesulCVD (,,Chemical vapor deposition”) este, în aceste condiţii, mai puţin dependent de preciziaîncălzirii, presiunii şi a condiţiilor de timp. Această flexibilitate poate permite adiţionareacatalizatorilor grafitizaţi şi a antioxidanţilor în timpul procesului, prin aceasta eliminându-setratamentul de separare.

O metodă alternativă a fost dezvoltată de Across Company of Japan şi reprezintă ovariaţie a pre-impregnatorilor sau materialelor pre-pregătitoare utilizate pentru a crea preforma.Gr ăunţii din grafit sunt acoperiţi cu pulberi precursoare din grafit fabricate din cocs sau smoală şisunt acoperite într-o spumă termoplastică pentru a proteja acoperirea pulberii în timpul fabricării.Produsul poate fi obţinut sub formă de foiţe sau fibre scurte aplicate în amestecul de turnare.Preforma astfel obţinută este presată la cald. Firele obţinute pot fi procesate în tuburi, rondele,textile subţiri, plăci uniderecţionale, etc. O bună penetrare a matricii în fibre asigur ă proprietăţiuniforme în compozit şi o rezistenţă convenţională mai ridicată decât compozitele obişnuite. Înafar ă de cele descrise, mai sunt necesari câţiva paşi pentru densificare. Ca urmare se poateconstata că pe baza acestui proces de fabricare rezultă costuri mai reduse.

Universitatea Erlagen-Nuremberg a utilizat, de asemenea, tehnica infiltr ării la presiunescăzută în vederea obţinerii de compozite pentru aplicaţii ţintă. S-au obţinut compozite

multistraturi pe bază de AlN/AlSi. Benzile din Si3 N4 (nitrur ă de siliciu) de 100 μm grosime şi foidin Al de aceeaşi dimensiune, sunt puse sub formă de multistrat fiind încălzite în atmosfer ă degaz inert la 1000 0C. În acest caz nu este necesar ă presinterizarea benzilor. Reacţia implică un

 proces de precipitare a soluţiei, în care Si3 N4 se dizolvă în Al topit la 670 0C urmat de precipitarea în AlN. Excesul de Al este necesar, formându-se ulterior un strat metalic. După reacţie se obţin compozite în straturi de AlN cu o grosime de până la 300 mm conţinând

 precipitat de Si şi cu un strat de Al-Si intermetalic. Grosimea acestui strat poate varia prinschimbarea grosimii stratului de Si3 N4/Al. Aceste compozite au rezistenţa la rupere în jur de200 MPa. Aplicaţiile potenţiale includ substraturi, laminate, schimbătoare de căldur ă, etc..Performanţa sau condiţiile funcţionale ale unui material sunt exprimate în mod obişnuit prin

 proprietăţile lui fizice, mecanice, termice, electrice sau chimice.

Page 18: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 18/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 18 

 Rezisten ţ a la frecare este dată de particularităţile procesului de frecare, dar cum se ştiecă intensitatea lui poate fi diminuată prin lubrefierea suprafeţelor cuplate sau durificarea

suprafeţei s-au proiectat compozite care să reziste în ambele variante Rezisten ţ a la coroziune  şi oxidare sunt influenţate de natura matricei, microstructuraacesteia, calitatea interfeţei, natura fibrelor  şi nu în ultimul rând de caracteristicile fizico-chimice ale mediului. Coroziunea apare atunci când atmosfera sau mediul înconjur ător sunt denatur ă corozivă, dar nu într-atât încât să apar ă dacă nu este însoţită  şi de încărcare. Acestfenomen este de asemenea legat de timp, nivelul încărcării, mediu, lianţi şi fibre.

Trebuie avută o deosebită grijă atunci când fibrele de carbon sunt în contact cu o ţelul.Fibrele de carbon reacţionează ca metalele nobile şi pot stabili celule electrice dacă nu suntizolate electric de metale. Aşadar, aluminiul şi oţelul se vor coroda (posibilă coroziunegalvanică) dacă sunt puse în contact direct cu fibrele de carbon.

 Rezisten ţ a la oboseal ă depinde de natura componentelor  şi forma materialului de

ranforsare, de nivelul solicitarilor ciclice, cât mai ales de modul de realizare al suprafeţei decontact.Compozitele polimerice armate cu fibra de carbon prezintă o rezistenţă la oboseală maimare decât oţelul.

Materialele polimerice sunt supuse degradării dacă sunt expuse razelor solare  şiradia ţ iilor ultraviolete (UV-A şi UV-B), care pot determina ruperea legăturilor chimice. Aceastaare ca rezultat o reducere în transparenţă  şi schimbări ale culorilor compoziţilor. Protejareaîmpotriva radiaţiilor UV se face de regulă prin aplicarea unei vopsele uşor colorate pe bază acrilică sau poliuteranică. Această vopsea ar trebui aplicată până când r ăşina este încă „lipicioasă” la atingere. O suprafaţă tratată cu r ăşini ar trebui netezită înainte de aplicareavopselei.

Compozitele polimerice armate cu fibra de carbon nu curg, iar  curgerea compozitelor  polimerice armate cu fibr ă de sticlă este neglijabilă. Cu toate acestea, curgerea compozitelor  polimerice armate cu fibr ă de aramid nu poate fi neglijată. Deoarece compozitele aramidice curg,deformarea pe termen lung creşte considerabil în cazul elementelor consolidate cu acest tip decompozite.

Doar fibrele de aramid prezintă un comportament bun la  şocuri. Materialul este utilizat pentru cămăşuiri armate ale corpurilor datorită durităţii şi energiei de rupere ridicate. Acestea potfi folosite pentru consolidarea structurilor supuse la solicitări datorate exploziilor.

Unul dintre cei mai problematici factori de mediu pentru toate materialele de structur ă îlreprezintă  factorul de umiditate. Fibrele de carbon şi sticlă nu sunt afectate de apă, în timp cefibrele de aramid absorb până la 13% din greutate prin umezeală. Aceasta are un efect dăunător 

asupra rezistenţei la rupere şi poate afecta interfaţa r ăşini-fibre.Fibrele de carbon sunt rezistente atât la medii alcaline cât  şi la medii acide, pe cândfibrele de sticlă şi uneori cele de aramid nu au nici o rezistenţă. Un liant din r ăşini corect aplicatizolează  şi protejează fibrele şi prin urmare întârzie deteriorarea.

Materialele compozite cu matrice organică se vor aprinde dacă sunt încălzite suficient.Aprinderea poate avea loc de la scântei, de la o suprafaţă încălzită sau de la sudur ă. După aprindere, focul creşte cu o viteză mai mare sau mai mică în funcţie de felul materialuluicompozit, de interacţiunea cu mediul înconjur ător şi de accesul la oxigen.

Page 19: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 19/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 19 

O altă problemă a compozitelor polimerice este aceea privind ,,integritatea structural ă întimpul incendiului”. Prima dată incendiul slă beşte liantul. Lianţii termoplastici încep să curgă atunci când flăcările le ridică temperatura locală peste cea de transformare a sticlei. Lianţii se

degradează sau se gazeifică. Funcţia liantului este diminuată iar compozitul îşi pierde rezistenţa.În multe cazuri compozitele sunt armate cu fibre de sticlă, acestea sunt incombustibile.Aceste fibre de sticlă reprezintă cam 70% din greutatea compozitului, în unele cazuri. Cândstraturile de la exterior îşi pierd r ăşina ca umare a gazeificării induse de căldur ă, fibrele de sticlă 

 joacă rol de strat izolator, încetinind pătrunderea căldurii şi dezvoltatea gazelor din interiorulcompozitului.

Structura lor chimică intrinsecă şi complexitatea acestor materiale nu ofer ă posibilitateaunor prea simple predicţii analitice în ceea ce priveşte comportarea lor când sunt expuse la unflux de căldur ă având ca sursă un incendiu. În cazul lor avem de a face cu un transfer de căldur ă anisotrop. Ele ard, produc fum, degajă căldur ă, se degradeaza chimic, produc cenuşă sau sedelaminează. Totuşi, se cunoaşte încă puţin despre proprietăţile materialului sau combinaţiile de

 proprietăţi care guvernează inflamabilitatea compozitelor polimerice.Compozitele polimerice degajă fum la ardere. Fumul este definit ca fiind particule lichide

şi solide din aer, cât şi gazele care iau naştere când materialul este supus arderii. Fumul afectează vizibilitatea, micşorează capacitatea ocupanţilor de a se salva şi întârzie acţiunea pompierilor delocalizare şi stingere a focului.

Proprietăţile mecanice ale materialelor compozite polimerice se degradează latemperaturi înalte. Acest lucru se produce preponderent la r ăşină, căreia îi scade rezistenţa lacompresiune şi forfecare decât la fibrele de armare, ce confer ă rezistenţă la întindere.

Capitolul 7   intitulat  ,,Introducere în calculul materialelor compozite cu armareunidirec ţ ional ă” parcurge succesiv şi în amănunt micromecanica mediilor compozite şicaracteristicile mecanice ale materialelor compozite la solicitările uzuale ţinând seama decaracterul anizotrop al compozitelor polimerice. Modelele analitice selectate s-au aplicat ulterior în capitolele finale ale tezei unde a fost necesar ă determinarea numerică a acestor caracteristici

 pentru calculul şi compararea rezultatelor finale. Proiectarea structurilor compozite presupune analiza simultană a microstructurii,

configuraţiei şi tehnologiei astfel încât sa se realizeze o componentă optimă a produsului.Soluţiile moderne de consolidare a structurilor pentru construcţii folosind materiale compoziteimplică un mod special de abordare a proiectării. Pentru o proiectare adecvată trebuie evaluatecaracteristicile mecanice care intervin în cadrul acestui proces.

 Micromecanica, este un ansamblu de concepte, modele şi relaţii matematice utilizate pentru determinarea proprietăţilor compozitului, plecând de la caracteristicile materialelor 

constituente, configuraţia geometrică  şi parametrii de fabricare. Prin urmare, micromecanica studiază comportarea materialelor compozite din punct de vedere al interacţiunii materialelor componente.

Analiza macromecanică a unui compozit stratificat se face utilizând teoria laminăriişi comportarea materialului ca o funcţie ce depinde de proprietăţile plăcii (stratului) şi alesecvenţei stratificate. La nivelul structurii şi componentelor unei placi, metoda elementului finitîmpreună cu teoria laminării caracterizează comportarea structurii ca şi starea de tensiuni şideformaţii din fiecare placă.

Analiza materialelor compozite polimerice unidirecţionale armate cu fibre (CPAF) se bazează pe studiul lamelei compozite, ea reprezentând un aranjament tipic de fibr ă şi matrice pe baza căruia se analizează proprietăţile necesare proiectării. Astfel se confer ă posibilităţi multiple

de alcătuire şi introducere corectă a caracteristicilor în calculul produsului stratificat compozit.

Page 20: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 20/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 20 

Lamela compozită este un strat subţire de material compozit alcătuit dintr-un singur plande armare şi matricea aferentă. Practic un compozit modern este un stratificat alcatuit din maimulte lamele, fiecare lamelă utilizând la maximum caracteristicile fazelor componente.

Lamela este :  omogenă macroscopic;  liniar elastică;  ortotropă macroscopic;  f ăr ă tensiuni iniţiale.

Stratificatele alcătuite din lamele compozite se degradează progresiv fiind evitată cedareatotală instantanee. Mecanismele de degradare şi cedare structurală ale stratificatelor din CMP(materiale compozite cu matrice polimerică) difer ă substanţial faţă de cele specifice metalelor.CMP armate cu fibre au o capacitate superioar ă de amortizare a vibraţiilor.

Direcţiile principale ale lamelei sunt ilustrate în figura r.8 şi sunt următoarele:

direcţia paralelă cu fibrele L (1) este denumită direcţie longitudinală; cea perpendicular ă pe fibre T (2) se numeşte direcţie transversală; direcţia verticală V (3) , perpedincular ă pe planul (1,2).

1(L)

3 (V)

2(T)

 

Comportarea lamelei compozite cu armare unidirecţională poate fi caracterizată complet prin următorii parametri (caracteristicile mecanice ale lamelei compozite):

¾  E  L = E 1 - modulul de elasticitate longitudinal al lamelei (în direcţie paralelă cu fibrele);

¾  E T  = E 2 - modulul de elasticitate transversal al lamelei (în direcţie perpendicular ă pefibre);

¾  G LT = G12 - modulul de elasticitate la forfecare al lamelei în planul (L,T) sau (1,2);

  ν  LT = ν 12 şi ν TL = ν 21 - coeficienţii Poisson major şi minor în planul (L,T) sau (1,2).

Proiectantul trebuie să înţeleagă şi să cunoască cu precizie caracteristicile geometrice şimecanice ale amestecului „fire - matrice” care este structura de bază a păr ţilor compozitelor.

Figura r.8 Axele principale alelamelei compozite cu armareunidirecţională 

Direcţie transversală

Direcţie longitudinală

Page 21: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 21/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 21 

Solicitările corespunzătoare lamelei compozite cu armare unidirecţională  şi rezistenţelerespective sunt:

  solicitarea la tracţiune longitudinală (R tL) figura r.9 a;

  solicitarea la compresiune longitudinală (R cL) figura r.9 b;  solicitarea la tracţiune transversală (R tT) figura r.9 c;  solicitarea la compresiune transversală (R cT) figura r.9 d;  solicitarea la forfecare în planul lamelei (R 12) figura r.9 e.

Rezistenţele corespunzătoare fiecărui tip de solicitare sunt:   RtL - rezistenţa la tracţiune în direcţie longitudinală;   RtT - rezistenţa la tracţiune în direcţie transversală;   RcL - rezistenţa la compresiune în direcţie longitudinală;   RcT - rezistenţa la compresiune în direcţie transversală;   R f(LT) - rezistenţa la forfecare în planul (L,T) sau (1,2).

Figura r.9 Solicitările respective lamelei compozite cu armare unidirecţională şi rezistenţele corespunzătoare:

a) solicitarea la tracţiune longitudinală (R tL); b) solicitarea la compresiune longitudinală (R cL);c) solicitarea la tracţiune transversală (R tT);d) solicitarea la compresiune transversală (R cT);e) solicitarea la forfecare în planul lamelei (R LT).

a.  b. 

σ1=σL 

σ1=σL 

σ1=σL 

σ1=σL 

c.  d.  e. 

σ2=σT  σ2=σT 

σ2=σT 

τ12=τLT 

τ12=τLT 

      τ      2     1    =      τ     T     L

      τ      2     1    =      τ

     T     L

Page 22: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 22/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 22 

Compozitele prezintă două mecanisme de cedare fundamentale: rupere ductil ă şi ruperecasant ă. Acestea sunt direct legate de propor ţia de liant la fibre: materialele compozite devin mai

 puternice cu cât propor ţia de fibre creşte, dar ele devin, de asemenea, mai fragile. Proiectarea

efectivă implică o tratare adecvată pentru a se potrivi scopului aplicaţiei. Încercarea la impacteste destinată să simuleze condiţiile de impact la care un material sau o structur ă este aşteptat să facă faţă în exploatare.

Proprietăţile fizico-mecanice ale materialelor compozite armate cu fibre sunt determinatede o serie de factori: diametrul fibrelor, lungimea fibrelor, fracţiunea volumetrică de armare

 precum şi orientarea fibrelor în raport cu axele produsului compozit. Un factor foarte importantîn stabilirea proprietăţilor materialului compozit este frac ţ iunea volumetrică (propor ţia relativă acomponentelor materialului compozit).

Fracţiunile volumetrice se utilizează la analiza şi proiectarea compozitelor, iar celegravimetrice la fabricarea acestora. De aceea este necesar ă stabilirea expresiilor de conversiereciprocă, a celor două tipuri de fracţiuni.

În practică s-a constatat că densitatea teoretică a compozitului, (  ρ ct  ) calculată cu ajutorulfracţiunilor gravimetrice difer ă de cea stabilită experimental (  ρ ce ) datorită golurilor (porilor) dinmasa compozitului. În cazul în care rezistenţa compozitului unidirecţional este determinată defibre, rezistenţele elementelor de armare variază de la punct la punct şi de la fibr ă la fibr ă.

Rezistenţa fibrelor variază de la un punct la altul. Ruperea nu se produce simultan întoate fibrele, dar izolat, dacă o fibr ă se rupe, apare o stare de tensiuni şi deformaţii neuniformă în

 jurul fibrei rupte. Tensiunea de forfecare la interfaţa dintre fibr ă şi matrice are un maxim în zonaapariţiei ruperii şi are ca efect transmiterea efortului în zona învecinată fibrei rupte. Tensiuneatransmisibilă în fibr ă, în zona ruperii, este zero, dar creşte pe măsur ă ce ne depărtăm de aceasta.Efectul unei fibre rupte asupra fibrelor adiacente este o creştere locală a tensiunii în direcţiade tracţiune şi o creştere a tensiunii de forfecare în fibra adiacentă. Ruperea fibrei va produceastfel o reducere a capacităţii de încărcare.

În raport cu proprietăţile constituenţilor, aceste ruperi în fibre produc diferite tipuri dedefecte, ele fiind evidenţiate în figura 7.16.

  fisurarea transversală a matricei din compozit când matricea de bază este casantă iar legătura la interfaţă este relativ puternică;

  desprinderea fibrei de matrice în cazul unei legături slabe la interfaţă  şi/saudeformaţie specifică liniar ă de rupere suficient de mare a fibrelor;

  ruperea prin forfecare, după o suprafaţă conică în matrice în cazul unei matricerelativ ductile şi interfaţă puternică.

În cele mai multe cazuri deteriorarea compozitului este localizată  şi blocată de către

fibrele adiacente. Efectul net al acestei deterior ări localizate constă în sporirea por ţiuniiineficiente a fibrelor.În cazul în care ruperile interacţionează, se produc coalescenţe care vor determina defecte

catastrofale. Cateva exemple de ruperi, în cazul întinderii sunt prezentate în figura r.10 pentrudouă materiale compozite .

Page 23: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 23/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 23 

Se observă în primul caz o rupere fragilă a fibrelor şi a matricei, cu desprinderi limitateale fibrelor de matrice. În al doilea caz, ruperea este determinată de alungirea până la maxim afibrelor şi desprinderea acestora de matrice. Pe măsur ă ce încărcarea creşte ruperile singulare ale

fibrelor se îndesesc şi interacţionează, eventual se unesc ajungându-se la ruperea totală.Secvenţa evenimentelor  şi modelul final de cedare variază în raport cu proprietăţile

fazelor constituente şi cu fracţiunea volumetrică a fibrei. În figura r.11 se prezintă succesiuneafazelor de cedare a unui compozit cu armare unidirecţională.

În cazul compozitelor cu matrice casante deformaţia specifică liniar ă de rupere a maseide bază este, de regulă, mai mică decât a fibrelor, iar deteriorarea se iniţiază prin dezvoltareaunei fisuri multiple, similare celor descrise la fibre. Aceste cedări conduc la distribuţii tipice aletensiunilor locale cu valori ridicate ale tensiunilor tangenţiale la interfaţă şi creşteri semnificativeale tensiunilor normale în fibrele adiacente.

Figura r.11 Secvenţele succesive ale cedării unui compozit unidirecţionalσL σL σL σL

σL σL σL σL

Figura r.10 Ruperea fibrelor în două tipuri de materiale compozite

Page 24: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 24/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 24 

Fisurile sunt însoţite sau urmate de desprinderi la interfaţa fibr ă-matrice şi ruperi alefibrelor. Analiza tensiunilor şi a mecanismelor de cedare a unor compozite de acest tip asigur ă 

 predicţia rezistenţei la tracţiune longitudinală în funcţie de parametrii geometrici şi de material.

Compozitele au un mecanism ineficient pentru absorbţia energiei dată de impact, cândîncărcarea este normală la planul fibrelor, putând determina delaminări şi fisur ări ale matriceichiar la viteze mici de impact. În timp ce structurile metalice absorb energia de impact prindeformări plastice, care nu afectează de obicei capacitatea portantă a structurii, materialelecompozite absorb energia printr-un mecanism complex de deteriorare şi propagare a deterior ării.Aceste deterior ări interne, chiar şi în cazul când nu se văd cu ochiul liber pot reduce semnificativcapacitatea portantă a structurii realizate din materiale compozite (cu până la 40÷50%). Deşimaterialele compozite sunt folosite într-o serie largă de aplicaţii, ele sunt utilizate cu prudenţă înaplicaţii unde apar sarcini transversale, cum ar fi de exemplu, cele date de impactul transversalcu viteză mică.

În general, deterior ările şi imperfecţiunile sunt inevitabile în structurile compozite. În

acest context, sunt utilizate concepte de proiectare a structurilor compozite care sa ţină cont deaceste deterior ări, cum ar fi toleranţa la deteriorare („Damage Tolerance”) şi rezistenţa ladeteriorare („Damage Resistance”). Rezistenţa la deteriorare este legată de capacitateamaterialului de a minimiza efectele deterior ărilor date de impact, în timp ce toleranţa ladeteriorare se refer ă la capacitatea materialului de a-şi menţine proprietăţile şi după apariţiadeterior ărilor în material, proprietăţi care de obicei se numesc reziduale.

Una din dificultăţile legate de proprietăţile şi evaluarea compozitelor este, ironic, şi unavantaj, şi anume, capacitatea de a permite utilizatorilor croirea proprietăţilor acestora pentru ase potrivi cerinţelor proiectării. Există un număr imens de tipuri de fibre şi moduri decombinaţie, r ăşini pentru matrice, aditivi, moduri de aşezare şi orientare a laminelor în laminat,

 posibilităţi de fabricaţie (tratamente termice) şi de aceea este foarte dificil de a extrapola înfuncţie de aceşti parametri comportamentul compozitului pentru o anumită combinaţie aacestora.

Cedarea completă a unei structuri compozite are loc rareori, la o încărcarecorespunzătoare primei cedări sau cedării iniţiale. Structura cedează complet datorită propagăriişi acumulării de cedări/ruperi locale, pe măsur ă ce încărcarea creşte. Cedarea iniţială a uneilamine din structura compozită poate fi anticipată folosind un criteriu de rupere sau o teorie decedare a primului strat. Deşi materialele compozite au înregistrat o creştere în utilizare, încă nu afost pusă la punct o metodologie fiabilă pentru evaluarea completă a performanţelor structuriicompozite, dincolo de prima cedare localizată.

Cea mai mare parte a compozitelor înregistrează cedări/ruperi fragile, având o margine de

siguranţă redusă sau f ăr ă margine de siguranţă raportată la tensiunea de curgere, cum aumajoritatea metalelor. Astfel, trebuiesc înţelese mecanismele de propagare ale ruperii fragile şiconcepute metode/modele fiabile pentru evaluarea acestor fenomene. De exemplu, structurilecompozite laminate pot înregistra ruperi/cedări locale sau deterior ări locale în condiţii de operarenormală, cum ar fi fisurarea matricei, ruperea fibrelor, dezlipirea fibrelor din matrice şidelaminări, care contribuie la ruperea/cedarea catastrofală a acestora.

Capacitatea de a evalua iniţierea şi dezvoltarea unor asemenea degradări este esenţială  pentru evaluarea performanţelor structurilor compozite şi pentru dezvoltarea unei proiectărifiabile şi sigure, exploatând astfel, la maxim avantajele oferite de materialele compozite. De aici,rezultă importanţa şi necesitatea unei metodologii fiabile pentru evaluarea iniţierii şi propagăriicedării în structuri compozite laminate. Din acest motiv, în ultimii ani, dezvoltarea deterior ărilor 

în compozite laminate a că pătat o atenţie deosebită din partea cercetătorilor.

Page 25: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 25/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 25 

Analiza deterior ărilor/cedărilor compozitului după ce a avut loc prima cedare se numeşteanaliză progresivă a deterior ării (sau analiză de cedare după cedarea primului strat). Metodologiatipică de calcul a analizei progresive de cedare presupune existenţa a cinci elemente cheie:

  existenţa unei capabilităţi de analiză neliniar ă de a stabili echilibrul;   procedur ă precisă de a recalcula tensiunile, necesar ă pentru a reevalua starea

de tensiune locală în lamină;  un criteriu de cedare capabil să determine cedările locale ale laminei şi

modurile de cedare;  un model de degradare/deteriorare al materialului, necesar pentru a evalua

 propagarea cedărilor şi reestimarea proprietăţilor locale ale materialului;   procedur ă pentru a restabili echilibrul după modificarea proprietăţilor locale

ale laminei.La fiecare încărcare este realizată o analiză neliniar ă până când este obţinută convergenţa

soluţiei, presupunând că în modelul materialului nu au loc modificări. Utilizând starea deechilibru, se vor determina din soluţia analizei neliniare tensiunile din fiecare lamină. Acestetensiuni vor fi comparate cu tensiunile admisibile ale materialului şi folosite ulterior pentru adetermina cedarea/ruperea în concordanţă cu un anumit criteriu de rupere. Dacă este detectată ruperea/cedarea unei lamine, proprietăţile laminei sunt schimbate în conformitate cu modelul dedegradare al materialului considerat.

Compozitele cu armare unidirecţională comprimate centric în lungul fibrelor pot ceda, în primul rând prin flambajul armăturilor în masa matricei. Dacă cedarea se produce prin flambajulfibrelor în matrice atunci modul de calcul ar fi cel al unei bare comprimate sprijinită lateral de unmediu elastic. În cazul unui asemenea model lungimea de undă a fibrei deformate este

 propor ţională cu diametrul fibrei. Această ipoteză a fost confirmată experimental iar modul de

cedare a fost denumit microflambaj.Pe lângă eforturile de compresiune flambajul fibrelor poate fi cauzat de tensiunile iniţialedin contracţie la formarea compozitului. Tensiunile de contracţie rezultă din cauză că matriceaare un coeficient de dilatare termică liniar ă mai mare decât fibrele (figura r.12).

Figura r.12 Flambajul fibrelor în ansamblul compozit:a. elementul de volum reprezentativ;

 b. flambajul simetric, prin extensie;c. flambajul prin forfecare.

a.  b. c.

σL  σL  σL 

σL  σL  σL 

2c  d 

     L

Page 26: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 26/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 26 

În cadrul unui element reprezentativ de volum se pot produce două moduri de flambaj:

  flambajul defazat al fibrelor cu deformate simetrice în raport cu axa dintre fibre;  flambajul prin forfecare, la care fibrele flambează în fază (antisimetric) iar 

matricea este supusă deformaţiilor din forfecare.

La valori foarte mici ale fracţiunii volumetrice de fibr ă Vf  0 fibrele nu maiinteracţionează în procesul de flambaj, de aceea nu există diferenţe esenţiale între flambajul prinextensie şi flambajul prin forfecare. Cercetările experimentale au evidenţiat faptul că la valorimari ale lui Vf  rezultatele teoretice sunt pentru lungimi mari ale semiundelor deformatelor, întimp ce rezultatele experimentale arată că microflambajul undelor se produce cu deformateavând lungimi reduse ale semiundelor.

Un alt mod de cedare identificat la compozitele cu fibre unidirecţionale, având valorimari ale fracţiunii volumetrice de armătur ă, este cel produs prin forfecarea fibrelor (figura r.13).

Rezistenţa la compresiune a compozitului unidirecţional, în acest caz se poate stabili curelaţia :

( )⎥⎥⎦⎤

⎢⎢⎣⎡ −+=

 f 

m f  f  ff cL  E 

 E V V  R R 12

în care R ff este rezistenţa la forfecare a fibrelor longitudinale.

Tensiunile de compresiune şi de întindere într-o fibr ă conduc la formarea zonelor nodale(figura r.14) care produc deformaţii pronunţate în fibrele ductile cum ar fi aramidul sau

 planuri de rupere în fibrele casante cum ar fi carbonul. Tensiunile şi deformaţiile critice apar lainterfaţa dintre fibr ă şi matrice.

Figura r.13 Cedarea prin forfecarea fibrelor acompozitului unidirecţional solicitat la compresiune

σL 

σL 

Page 27: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 27/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 27 

Figura r.14 Formarea zonelor nodale prin apariţia şi dezvoltareacelor trei tipuri de defecte

Stabilirea pe cale analitică a caracteristicilor mecanice în direcţie transversală pentrucompozitul cu armare unidirecţională continuă se realizează adoptând modelul tensiunii

constante (modelul în serie), figura r.15. 

Figura r.15 Schema teoretică pentrudeterminarea modulului de elasticitate transversal

Capitolul 8 intitulat ,,Solu ţ ii de consolidare folosind materiale compozite” prezintă şiexemplifică solutiile de consolidare folosind materialele compozite a principalelor elementedin beton armat şi din lemn (grinzi din beton armat şi lemn, stâlpi din beton armat, zidării,

 planşee, etc.). Sunt prezentate o serie de aspecte legate de tipurile de materiale compozite cumatrice polimerică armate cu fibre folosite la consolidarea şi reabilitarea structurilor 

inginereşti.Tehnicile de placare prin lipire au fost folosite în consolidarea structurilor inginereşti încă 

din anii 1970. Printre sistemele tradiţionale de consolidare locală pentru stâlpi se potenumera:

  cămăşuieli din beton armat, figura r.16 a,  carcase din tablă, la care se injectează cu mortar pe bază de ciment

interspaţiului dintre element şi carcasă, figura r.16 b,  carcase din profile metalice figura r.16 c,  fretări cu platbande figura r.16 d,  fretări cu cabluri figura r.16 e,  tole din tabl

ălipite cu r 

ăşini epoxi figura r.16 f.

Page 28: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 28/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 28 

Materiale care pot fi folosite pentru consolidarea stâlpilor din beton armat prin lipireexterioar ă sunt:

•  Oţel

•  Beton - cămăşuieli;

iar ca materiale compozite:

•  Polimeri armaţi cu fibr ă de carbon (CPAFC)

•  Polimeri armaţi cu fibr ă de sticlă (CPAFS) – ţesături.

Compozitele polimerice armate cu fibre sunt folosite pe o scar ă din ce în ce mai largă, lareabilitarea structurilor sau elementelor structurale, mai ales în condiţiile când soluţiiletradiţionale de consolidare se dovedesc deficitare sub diferite aspecte.

Principalele argumente în folosirea materialelor compozite polimerice armate cu fibre(CPAF) la consolidarea stâlpilor din beton armat sunt:

   produsul compozit se poate alcătui şi optimiza în funcţie de încărcările specificecazului concret;

   posibilitatea suplimentării necesarului de armătur ă transversală  şi longitudinală utilizând CPAF sub diferite forme (ţesături, membrane, benzi, bare);

  se reduce încărcarea permanentă din structur ă prin creşterea rezistenţei şi ductilităţiielementelor structurii;

   C   A   R   C   A   S   E   D   I   N

   P   R   O

   F   I   L   E   M   E   T   A   L   I   C   E

   C   A   M   A   S   U   I   A   L   A   D   I   N

   B   E   T   O   N

   A   R   M   A   T

   F   R   E   T   E   D

   I   N

   P   L   A   T   B   A   N   D   E

   T   O   L   E   D   I   N   T   A

   B   L   A   L   I   P   I   T   E   C   U

    R   A   S   I   N   I   E   P   O   X   I

   F   R   E   T   E

   D   I   N

   O   T   E

   L   T   E   N   S   I   O   N   A   T   E

   S   I   C   O   R   N   I   E   R   E

   L   A   C   O   L   T   U   R   I

   C   A   R   C   A

   S   A   D   I   N

   T   A   B   L   A

 

a. b. c. d. e. f.

Figura r.16 Procedee utilizate la consolidarea stâlpilor din beton armat:a. cămăşuială din beton armat, b. carcase din tablă şi injectări cu mortar,c. carcase din profile metalice,d. fretări cu platbande,e. fretări cu cabluri,f. tole din tablă lipite cu r ăşini epoxi.

‐ plăci; 

‐ țesături; 

‐ plăci; 

‐ carcase; 

Page 29: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 29/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 29 

  CPAF cresc rigiditatea şi rezistenţa stâlpilor din beton armat;  din punct de vedere seismic este recomandată folosirea CPAF la repararea şi

consolidarea stâlpilor din beton armat;

  folosirea CPAF la consolidarea stâlpilor din beton armat menţine secţiunea aparentă egală cu cea iniţială;•   proiectarea consolidării stâlpilor din beton armat folosind CPAF este relativ simplă;•  reducerea costurilor privind întreţinerea structurilor, ca motive principale fiind

imunitatea acestor materiale compozite la atacul agenţilor corozivi şi săruri;•  transportul materialelor, nu implică costuri mari;•  în cazul confinării pasive a stâlpilor din beton armat, costul manoperei nu este

ridicat;•   pentru o instalare eficientă se poate recurge şi la varianta automată de consolidare a

elementelor;• 

execuţia lucr ărilor de consolidare cu CPAF se realizează în timp scurt;•  rezistenţă la coroziune;•  densitate redusă;•  modul de elasticitate ridicat;•  caracteristici mecanice dirijate în raport cu cerinţele de rezistenţă şi rigiditate;•  deformabilitate acceptabilă;•   posibilitatea fabricării unor produse adecvate soluţiilor de consolidare, abilitatea

 benzilor de a fi pretensionate;•  aplicarea soluţiilor de consolidare în spaţii limitate, eliminarea structurilor 

 provizorii pentru sprijiniri temporare;•  reducerea semnificativă a costului manoperei şi micşorarea până la anulare a

întreruperilor în funcţionarea construcţiei;•  risc redus la îngheţ;•  rezistenţă la foc (benzile din CPAF sunt slab conducătoare de căldur ă în comparaţie

cu benzile metalice).Soluţiile de consolidare bazate pe materiale compozite polimerice armate cu fibre

(CPAF) se pot realiza folosind combinaţii variate de fibre şi matrice polimerice. Cele maiutilizate constituente ale CPAF pentru consolidarea structurilor din beton armat sunt r ăşinileepoxidice, poliesterice şi vinilesterice ca matrice, respectiv fibrele din carbon, sticlă sauaramidice pentru armături.

R ăşinile polimerice utilizate la sistemele de consolidare bazate pe materiale compozite se

 pot regăsi în următoarele componente (figura r.17):i.   grund , utilizat la amorsarea suprafeţei betonului pentru îmbunătăţirea aderenţei cur ăşinile utilizate la impregnarea armăturii sau a stratului adeziv. Se aplică folosind

 procedeele de pulverizare, roluire, pensulare;ii.  chit , folosit ocazional pentru umplerea eventualelor goluri la suprafaţa betonului şi

netezirea suprafeţei la care se ataşează platbanda compozită;iii.  matrice, pentru impregnarea fibrelor, având rolul de a menţine armăturile în poziţia

impusă de tipul compozitului şi de a se asigura mediul de transmitere a tensiunilor prin produsul compozit;

iv.  adezivi, utilizaţi pentru asigurarea conlucr ării dintre platbanda compozită  şi beton -stratul adeziv permite transferul tensiunilor între elementul de beton armat şi produsul

compozit folosit la consolidare;

Page 30: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 30/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 30 

v.  acoperire protectoare, ce asigur ă protecţia exterioar ă a armăturii produsului compozitfaţă de agenţii agresivi din mediul înconjur ător;

vi.   fibrele ca materiale de armare, realizate din sticlă, carbon sau aramide se utilizează sub

forma unor filamente continue sau sub formă de ţesături.

Figura r.17 Componentele soluţiei de consolidare cu platbandă din CPAFa. acoperire protectoare; b. strat de r ăşină; c. platbandă compozită;

d . strat de r ăşină; e. chit; f. grund; g. beton.

În  subcapitolul 8.5 sunt prezentate principalele avantaje şi dezavantaje în folosireacompozitelor polimerice armate cu fibr ă la reabilitarea şi consolidarea structurilor ingineresti.

O comparaţie directă între soluţiile de consolidare în care se folosesc platbande dincompozite cu matrice polimerică (CMP) şi platbande din oţel conduce la următoareleobservaţii:

A. Consolidarea cu platbande:

A.1 Avantaje:   platbandele din CMP sunt mai puţin vulnerabile la acţiunea agresivă a agenţilor chimici,

de aceea costul întreţinerii după instalare este mult mai redus;   platbandele compozite se pot proiecta şi realiza cu proprietăţi prestabilite pe baza alegerii

elementelor sistemului multifazic, fracţiunilor volumetrice de fibr ă şi matrice, orientăriifibrelor şi procedeului de fabricaţie;

  CMP sunt izolatoare electrice, nemagnetice şi neconductive termic;   platbandele şi membranele din CMP au greutate proprie redusă  şi sunt uşor de

transportat, manipulat şi instalat, adăugând valori mici la greutatea proprie;  elementele de consolidare din CMP se pot produce cu lungimi mari, fiind posibilă 

livrarea şi în rulouri;  reabilitarea structurală nu necesită decât rareori şi pe durate minime întreruperea

funcţionării structurii aflate în procesul de consolidare;  costul total al aplicării la platbandele din oţel şi la cele compozite este aproape acelaşi,

dar dacă se consider ă întreruperile în funcţionare şi costurile de întreţinere, economiile în

cazul folosirii platbandelor compozite ajung până la 18-20 %;

f  

Page 31: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 31/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 31 

   platbandele compozite sunt recomandate în mod special în cazul clorinării betonului;  în toate situaţiile în care există agenţi corozivi şi lungimile necesare ale platbandelor 

depăşesc 8m soluţiile cu platbandele din compozite polimerice armate cu fibre sunt mai

economice.A.2 Dezavantaje:  

  consolidarea cu platbande din CMP este sensibilă la schimbări bruşte ale secţiuniielementelor consolidate - denivelările pot conduce la iniţierea unor forme de cedarecauzate de tensiunile locale de întindere normală pe platbande;

  materialele se comportă liniar elastic până la rupere dar există pericolul unor cedărifragile;

  fibrele, mai ales cele din carbon, sunt de 4-5 ori mai scumpe decât oţelul, dar manopera este mult mai ieftină - diferenţa dintre costuri se reduce pe măsur ă ce creştevolumul de activitate şi apar ofertanţi noi;

  platbandele compozite sunt mai vulnerabile la deterior ări cauzate de corpuri dure, dar deterior ările sunt localizate şi se pot repara uşor.

B. Consolidarea cu ţesături:

B.1 Avantajele:   proprietăţi mecanice excelente;  se pot folosi ţesături armate unidirecţional, bidirecţional sau multidirecţional;  eventualele distrugeri mecanice locale sunt uşor de reparat.

B.2 Dezavantaje:  nu sunt compatibile cu o serie de r ăşini.

C. Consolidarea cu bare compozite:

C.1 Avantajele:  sunt mai rezistente ca oţelul;  nu sunt conductive;  reprezintă 1/4 din greutatea oţelului;  sunt testate experimental într-o serie de centre universitare;  sunt disponibile în diverse forme şi dimensiuni;   pot fi produse şi la cererea clientului (în diverse forme şi dimensiuni);  există norme după care se pot proiecta şi executa construcţii inginereşti din beton cu

armături din CPAF.

C.2 Dezavantaje:  cost ridicat în comparaţie cu barele de oţel;  manipularea armăturilor trebuie f ăcută cu grija pentru a nu se distruge mecanic armătura;  cârligele (sau por ţiunile curbe ale cârligelor) de la capetele barelor nu se pot realiza în

situ.

În  subcapitolul 8.7  este detaliată consolidarea elementelor încovoiate din beton armatfolosind CPAF (compozite polimerice armate cu fibre). Astfel consolidarea grinzilor şi plăcilor din beton armat se bazează pe o soluţie relativ simplă din punct de vedere conceptual, dar eficienţa acesteia este determinată de capacitatea zonei compozit – beton de a prelua şi transmite

stările de tensiuni dintre componente.

Page 32: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 32/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 32 

Eficacitatea sistemului este influenţată de modul în care se realizează produsul compozitfolosit la consolidare şi se aplică pe suprafaţa betonului. Această relaţie depinde de:

i.  lipirea unor platbande din materiale compozite polimerice armate cu fibre (obţinute

 prin pultrudere, prin contact sau prin vacuumare) şi aplicarea acestora pe suprafaţa de beton, utilizând un adeziv cu proprietăţi fizico – mecanice adecvate;ii.  aplicarea unor membrane compozite realizate la locul de punere în oper ă, folosind

tehnologia uzuală de formare a stratificatelor compozite prin procedeul,,de contact” – după dispunerea unui strat de r ăşină se aplică succesiv straturile dearmătur ă sub forma unor benzi din ţesătur ă care se presează cu rulouri, obţinândastfel simultan elementul compozit şi aderenţa cu suprafaţa de beton;

iii.  dispunerea armăturii şi a r ăşinii într-un mediu vacuumat, constă din plasareaarmăturii alcătuite din ţesătur ă peste zona ce trebuie consolidată şi infuzia r ăşinii subvacuum – procesul se desf ăşoar ă într-un mediu închis, infuzia de r ăşină umectează stratul de armătur ă şi umple fisurile din beton.

Proprietăţile cele mai uniforme se obţin prin utilizarea platbandelor  şi membranelor compozite prefabricate lipite de beton printr-un adeziv puternic, având caracteristicifizico – mecanice compatibile atât cu stratul de beton cât şi cu produsul compozit. Procedeul princontact este cel mai convenabil aplicării ,,în situ”, atât ca flexibilitate a procesului cât şi ca preţ de cost. Totuşi proprietăţile sistemului rezultat au o mare împr ăştiere, consumul de r ăşină esterelativ ridicat, iar membrana compozită rezultată după întărire are proprietăţi mecanice maireduse. Infuzia de r ăşină în mediu vacuumat conduce la un element compact cu proprietăţisuperioare la care rezultă o dispunere corectă a stratului de armare. În cazurile (ii) şi (iii) r ăşina

 polimerică îndeplineşte şi rolul de strat adeziv, format simultan cu produsul compozit. Deşi, înacest caz există mai puţine interfeţe la care se poate iniţia cedarea, se elimină stratul tenace de

adeziv, favorabil comportării de ansamblu a sistemului hibrid.La consolidarea elementelor încovoiate din beton armat cu ajutorul materialelor compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) trebuie respectat conceptul general al armăriiexterioare astfel încât modul de lucru al elementelor încovoiate să nu se înr ăutăţească. Toatecerinţele de performanţă impuse structurilor iniţiale trebuie menţinute şi la cele consolidate. Prinsoluţiile propuse trebuie evitate devierile majore de la distribuţiile tensiunilor pe secţiuneatransversală a elementelor în cele două stări (consolidat şi neconsolidat). Selectarea produsuluicompozit pentru armarea exterioar ă şi a adezivului trebuie să asigure modul de lucru unitar alelementului consolidat.

Proiectarea şi realizarea consolidării elementelor din beton armat solicitate la încovoierecuprinde următoarele faze iniţiale :

a)  Alegerea unui compozit cu modulul de elasticitate suficient de mare (preferabilcompozite realizate din fibre de carbon şi matrice epoxidice) pentru a folosi platbandesubţiri cu proprietăţi stabile în timp.

 b)  Stabilirea secţiunii transversale a platbandelor compozite pentru obţinerea unei creşteri acapacităţii portante astfel încât să se realizeze un mecanism de cedare convenabil. Înliteratura de specialitate sunt prezentate următoarele moduri specifice de cedare:

 b1.  curgerea armăturii din oţel urmată de strivirea betonului în zona comprimată; b2.  curgerea armăturii însoţită de ruperea la întindere a platbandei compozite şi apoi

strivirea betonului din zona comprimată; b3.  desprinderea platbandei în zona fisurilor marginale;

 b4.  cedarea la forfecare a betonului în zonele de capăt ale platbandelor;

Page 33: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 33/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 33 

 b5.  desprinderea platbandei în regiunea fisurată cu momente încovoietoare mari; b6.  desprinderea platbandei datorită denivelărilor betonului; b7.  cedarea aderenţei ,,platbandă – adeziv”;

 b8.  cedarea legăturii ,,platbandă – adeziv” sau ,,adeziv – beton”; b9.  forfecarea interlamelar ă a platbandei compozite stratificate.Se consider ă convenabile mecanismele b1 şi într-o oarecare măsur ă b2.

c)  Gradul de consolidare (raportul dintre momentul capabil al elementului consolidat şi celdinaintea consolidării) se recomandă să nu depăşească valoarea 2.0. Astfel, în cazulextrem în care platbanda de CPAF devine neoperaţională se menţine un coeficient desiguranţă sub încărcări de exploatare de ordinul a 1.15 ÷ 1.20.

d)  Verificarea posibilităţii de cedare prematur ă prin mecanisme de desprindere a platbandelor compozite.

e)  Prevederea unor mijloace de ancorare, în special la capetele platbandelor compozite, dacă se anticipează desprinderi premature.

f)  Execuţia corectă a tuturor operaţiilor, sub un control riguros.

În ultimii ani s-a încercat cu bune rezultate folosirea compozitelor armate cu fibre laconsolidarea zidăriilor în care utilizarea soluţiilor convenţionale are unele dezavantaje, astfel însubcapitolul 8.8 sunt prezentate principalele soluţii de consolidare a structurilor din zidăriefolosindu-se materiale compozite. De exemplu consolidarea structurilor din zidărie princămăşuire cu beton armat este destul de eficientă, întrucât măreşte capacitatea portantă,rigiditatea şi ductilitatea, dar această soluţie este însoţită de unele dezavantaje :

  cămăşuielile grele sporesc mult greutatea proprie adăugând încărcări permanente

destul de mari, uneori imposibil de transmis la terenul de fundare mai ales când la parter sunt bolţi sau arce;

  încărcările suplimentare din greutatea proprie modifică r ăspunsul dinamic alstructurii fiind posibilă suplimentarea încărcării seismice;

  grosimile cămăşuielilor pot altera aspectul estetic şi reduc spaţiul util din clădiri;  soluţia este mare consumatoare de manoper ă  şi pe durata realizării lucr ărilor este

obstrucţionată utilizarea normală a clădirii.Aceste dezavantaje au stimulat căutarea unor soluţii de consolidare bazate pe

folosirea materialelor compozite armate cu fibre. O primă variantă de consolidare folosindmateriale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) în care o ţesătur ă din fibre (din sticlă,carbon sau aramidice) este preimpregnată cu o r ăşină polimerică şi lipită pe suprafaţa zidăriei

cu un strat adeziv.Studii experimentale ulterioare au evidenţiat faptul că la consolidarea zidăriilor este mai

eficientă utilizarea fâşiilor compozite înguste, figura r.18 a, orientate aproximativ după direcţiiletensiunilor normale decât acoperirea întregului perete cu membrane compozite continue.

De asemenea, din programele de cercetare – dezvoltare organizate în acest domeniu s-auformulat şi alte concluzii:

  în cazul în care solicitarea predominantă este încovoierea normală pe planul peretelui, este recomandată folosirea fâşiilor compozite orizontale pentru creştereamomentului capabil;

  dacă zidul de căr ămidă este încovoiat în planul său este necesar ă distribuirea

armăturilor exterioare compozite în zonele solicitate preponderent la întindere.

Page 34: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 34/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 34 

Figura r.18 Consolidarea zidurilor din căr ămidă cu fâşii din CPAFa. şi b. fâşii lipite pentru creşterea capacităţii portante la încovoiere şi forfecare,

c. fâşii (tendoane) nelipite dispuse pe contur pentru confinarea zidăriei

Eficienţa corespunzătoare a consolidării cu fâşii compozite se obţine doar dacă esteasigurată ancorarea corespunzătoare a armăturii compozite la capete, prin lungimi de ancoraresuficiente sau prin sisteme de strângere (fixare).

Dacă nu se asigur ă aceste condiţii pot apare desprinderi ale fâşiilor compozite şi moduride cedare similare celor de la elementele din beton armat. Tiranţii realizaţi din compozite

 polimerice armate cu fibre se folosesc mai ales la consolidarea monumentelor istorice realizatedin zidărie. Folosirea tendoanelor compozite respectă două condiţii principale:

  intervenţiile structurale sunt puţin vizibile şi nu alterează “personalitatea”construcţiei;

  soluţiile propuse sunt “reversibile” şi pot fi demontate dacă performanţele pe termenlung nu sunt satisf ăcătoare.

Structurile din zidărie pot fi consolidate folosind tiranţi dispuşi perimetral, figura r.18 c.Tiranţii sub forma unor bare rotunde sau fâşii plate din compozite polimerice se aplică 

 perimetral prin exteriorul zidurilor  şi apoi se pretensionează pentru realizarea confinăriiorizontale.

Compozitele folosite ca tiranţi sunt cu armare unidirecţională având rezistenţelongitudinale foarte bune dar mult mai mici în direcţie transversală. De asemenea, compozitelecu armare unidirecţională care folosesc matrice polimerice termorigide sunt fragile şi sensibilela operaţiile de filetare sau aşchiere şi de aceea trebuiesc realizate sisteme speciale de înnădireîn câmp sau de fixare la capete.

Întrucât tiranţii din materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) nu pot fiîndoiţi după raze mici de curbur ă este imposibilă trecerea acestor elemente după colţuri şi seimpune ancorarea separată a tendoanelor. Sistemul de fixare şi ancorare la colţul unui zid esterealizat dintr-un colţar din oţel şi o pereche de reazeme care permit ancorarea fâşiei compozite.Tendonul compozit se lipeşte pe o pereche de eclise metalice.

Page 35: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 35/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 35 

Transferul for ţelor de pretensionare din tiranţi la structur ă se realizează prin contactuldintre colţarul metalic şi zidărie. Cele două tendoane compozite ancorate la acelaşi colţ se

 pretensionează progresiv prin strângerea alternativă a piuliţelor din capătul pieselor, astfel încât

să se echilibreze momentele încovoietoare. Înnădire tendoanelor compozite, dispuse perimetral,se face prin intermediul unor eclise metalice şi un manşon strângere.Folosirea materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) la consolidarea

structurilor din zidărie, deşi în stadiu iniţial, ofer ă rezolvări corespunzătoare în cazurile în caresoluţiile tradiţionale prezintă unele dezavantaje inacceptabile datorită necesităţii dezvoltarii unor soluţii speciale de prindere şi fixare astfel încât să fie utilizat în întregime potenţialul structural alCPAF.

În ultimul subcapitol al capitolului 8 se face referire la soluţii de consolidare aelementelor din lemn, în special soluţii pentru grinzi şi stâlpi. Conceptul consolidării grinzilor şi stâlpilor din lemn folosind materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) este relativnou. O serie de metode folosite la consolidarea grinzilor din lemn sunt asemănătoare cu metodele

de consolidare aplicate grinzilor din beton armat. Prin urmare, se extinde ideea de consolidare agrinzilor din lemn cu materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) în vederea spoririicapacităţii la forfecare şi încovoiere. De asemenea stâlpii din lemn cu secţiune circular ă  şirectangular ă vor fi confinaţi în vederea creşterii capacităţii portante.

Aceste tehnici de consolidare folosind materiale compozite polimerice armate cu fibre(CPAF) se pot aplica la construcţiile de importanţă istorică (castele, mănăstiri, muzee), poduridin lemn, grinzile cu ză brele din lemn, arce din lemn, etc.

Consolidarea stâlpilor din lemn folosind materiale compozite polimerice armate cu fibre presupune mai întâi un studiu economic pentru a analiza dacă este rentabil ca stâlpii din lemn să fie confinaţi cu CPAF sau este mai economică înlocuirea acestora cu stâlpi noi, din lemn. Încazul secţiunilor rectangulare înlăturarea por ţiunii afectate (de putrezire, insecte, etc.) serealizează folosind un fier ăstr ău electric, por ţiunea decupată având o formă regulată pentru auşura înlocuirea cu altă bucată de lemn “sănătoasă” (este recomandată înlocuirea por ţiuniiafectate cu aceeaşi esenţă de lemn sau o esenţă mai tare). Confinarea se poate realiza folosindţesături din fibre de sticlă sau fibre de carbon preimpregnate cu r ăşini epoxidice sau fâşii dinmateriale compozite polimerice armate cu fibre de carbon.

Capitolul   9  intitulat ,,Confinarea stâlpilor din beton armat cu materiale şi produsecompozite” detaliază confinarea stâlpilor din beton armat cu materiale şi produse compozite.Sunt prezentate efectele confinării la elementele comprimate, modelele Popovics, Mander,Spoelstra-Monti şi Triantafillou de analiză a betonului confinat cu CPAF şi de calculare adeformatiilor, dar şi definirea relaţiilor dintre tensiuni şi deformaţii specifice. 

Efectul de strângere laterală a betonului comprimat, exercitat de armătura transversală lavalori ridicate ale eforturilor unitare, când procesul de microfisurare a structurii interioare a

 betonului este amorsat, manifestându-se prin tendinţa de ,,dilatare” transversală, este denumit înmod curent efect de fret ă sau efect de confinare. 

Obiectivele principale ale confinării sunt:

(a) să sporească rezistenţa betonului şi posibilitatea deformării,(b) să furnizeze suportul lateral pentru armătura longitudinală,(c) să împiedice exfolierea suprafeţei betonului.

Page 36: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 36/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 36 

Împiedicarea într-o masur ă mai mică sau mai mare a deformaţiilor transversale prinmobilizarea unei armături transversală dispusă judicios poate îmbunătăţi sensibil comportarea

 betonului confinat şi sub aspectul rezistenţei, dar mai ales sub aspectul deformabilităţii. Astfel

 printr-o confinare eficientă, deformaţia specifică ultimă a betonului comprimat poate spori decâteva ori în raport cu valoarea corespunzătoare compresiunii monoaxiale.

Explicaţia efectului de confinare evidenţiază şi parametrii care-l influenţează:   procentul de armare transversală;  limita de curgere a armăturii;  raportul dintre distanţa între etrieri şi dimensiunile miezului de beton, adoptarea

unei distanţe mai reduse ducând la confinarea mai eficientă;  raportul dintre diametrul etrierului şi distanţa între punctele sale de prindere,

respectiv rigiditatea sa la încovoiere. Acest parametru are importanţă, evident,numai pentru etrierii ortogonali, nu şi pentru freta circular ă. Pentru a spori

rigiditatea la încovoiere a etrierului, atunci când se folosesc şi agrafe intermediareeste recomandabil ca acestea să lege etrierii şi nu armăturile longitudinale;   procentul şi diametrul armăturii longitudinale, pentru că şi acest oţel confinează 

 betonul. Pentru acesta fiecare bar ă longitudinală trebuie fixată, prin dispunereastrict în colţul unui etrier, în contact intim cu acesta.

Folosirea materialelor compozite cu matrice polimerice armate cu fibre (CPAF) în procesul de consolidare a structurilor din beton armat conduce la eliminarea unor neajunsuri alematerialelor clasice, datorită faptului că materialele compozite sunt imune la atacul agresiv alagenţilor chimici, şocuri mecanice, acţiuni ale focului sau variaţiilor mici de temperatur ă.

Materialele compozite cu matrice polimerice armate cu fibre (CPAF) au rezistenţemecanice şi constante elastice cu valori foarte ridicate în direcţia fibrelor, proprietăţi mecanice

dirijate în raport cu direcţiile de solicitare, precum şi posibilitatea realizării unor înf ăşur ări saucămăşuieli compozite folosind personal cu o calificare medie.

Rolul CPAF este de a creşte capacitatea portantă a elementului, de a spori ductilitatea şide a reduce sau stopa viteza mecanismelor de deteriorare posibile în exploatarea structurii.Ţesătura se consider ă aplicată doar în direcţie orizontală, ceea ce asigur ă o confinare a betonuluidar care nu acţionează ca şi o armătur ă suplimentar ă. Efectul aplicării fibrelor polimericereprezintă o creştere a rezistenţei la compresiune şi a ductilităţii stâlpilor, dar doar o creştereuşoar ă a rezistenţei la încovoiere. Starea de compresiune triaxială a betonului confinat, conducela o creştere semnificativă a rezistenţei acestuia, de circa 1,6 până la 4,0 ori mai mare decâtrezistenţa la compresiune monoaxială.

Pentru a spori ductilitatea stâlpilor din beton armat, s-a considerat confinarea lor cu polimeri armaţi cu fibre de carbon. Ţesătura s-a aplicat în straturi orizontale, efectul ei fiind deconfinare a betonului.

O cerinţă de ductilitate specifică stâlpilor este înnădirea corectă a armăturilor. Condiţiiletehnologice impun ca armăturile longitudinale din stâlpi să fie înnădite la partea inferioar ă astâlpilor. Însă acestea sunt zonele critice, în care se pot produce deformaţii inelastice în urmaunui cutremur. Strivirea betonului în zona articulaţiei plastice conduce la o degradare accentuată a condiţiilor de aderenţă şi nu mai asigur ă continuitatea transmiterii eforturilor din armături înzona înnădirii. De aceea, trebuie evitate înnădirile armăturilor din stâlpi în zonele plastice

 potenţiale, în special a înnădirilor prin suprapunere.

Page 37: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 37/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 37 

Figura r.13 Curbe ,,tensiuni – deformaţii specifice” la materiale de armare:CPAFC – compozit polimeric armat cu fibre de carbon; CPAFA – compozit polimeric armat cu fibre aramidice; CPAFS – compozit polimeric armat cu fibre de sticlă. 

Confinarea laterală se poate realiza prin folosirea :

  armăturii transversale (etrieri rectangulari şi circulari, spirale, agrafe, frete circulare);  cămăşuiri folosind platbande metalice sudate;  materiale compozite cu matrice polimerice armate cu fibre (fâşii, membrane subţiri,

ţesături).

Confinarea cu oţel este diferită de confinarea cu materiale compozit cu matrice polimerică armat cu fibre (CPAF), prin faptul că fretele de oţel creează o presiune de confinareîn creştere (confinare activă) până la limita de curgere după care presiunea devine constantă (confinare pasivă). Comportamentul CPAF este diferit şi anume putem vorbi de confinare activă 

 până la rupere, figura r.19.

În  subcapitolul 9.1.3 sunt detaliate modele de analiză a betonului confinat cu CPAF.Primul model de beton confinat care ţine cont de zona efectiv confinată a miezului de beton estemodelul Sheikh –Uzumeri (Sheikh & Uzmeri, 1980).

Se admite că, alura diagramelor ,,tensiune-deformaţie specifică” a betonului, depinde deo serie de parametri cum ar fi: rezistenţa betonului, vârsta betonului, durata şi repetareaîncărcărilor, forma geometrică, viteza de aplicare a încărcării.

Fretele spirală au fost utilizate la început de Louis Considère între anii1897-1898, iar în1900 acelaşi autor a elaborat primele relaţii de calcul ale betonului fretat.

Trei decenii mai târziu Richart ş.a. descoper ă o expresie pe baza căreia se putea calcularezistenţa la compresiune axială a betonului confinat, utilizând date experimentale:

conf cc  R R σ 1,4' +=  

unde:R ’c - rezistenţa la compresiune a betonului confinat;R c - rezistenţa la compresiune a betonului neconfinat;σ conf  - presiunea de confinare exercitată de expansiunea laterală a betonului egală cu

tensiunea radială, σ r .

0

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5 

01 2 3 4 5

Deformaţia specifică din întindere [%]

     E      f    o    r     t    u      l    u    n      i     t    a    r      d    e      î    n     t      i    n      d    e    r    e      [      G

     P    a      ]

CPAFC

CPAFA

CPAFSOţel pentru

 pretensionare

O el obi nuit OL 37

Page 38: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 38/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 38 

Figura r.14Determinarea rezistenţei

 betonului confinat în funcţie de presiunea laterală de confinare

În aceeaşi perioadă s-a ar ătat că valoarea constantei de ,,4,1” din relaţia de mai sus variază între 2,8 până la 4,0 funcţie de propor ţiile de amestec şi materialele folosite.

Mander (1988) a propus un model de confinare cu un grad mai mare de generalitate care

se poate extinde şi la sectiuni rectangulare pentru care efectul de confinare este diferit pe celedouă directii principale.Suprafaţa limită de rupere a betonului în condiţii de solicitare triaxială folosită de Mander 

a fost cea din modelul William-Wranke cu 5 parametri care, pentru uşurintă, a fost transpusă încurbe de interactiune conform figurii r.14.

Eforturile efective de confinare se determină considerând ca etrierii ajung la curgere iar deformaţia specifică ultimă este asociată cu ruperea primului etrier. Rezistenţa betonului confinatse obţine din figura r.14, folosind ca presiuni laterale eforturile efective de confinare .

Modelul Mander reprezentat în figura r.15, obţinut şi verificat pe cale experimentală estefolosit frecvent în calculele analitice, acolo unde intervine presiunea de confinare şi se aplică atâtsecţiunilor circulare cât şi secţiunilor rectangulare ale stâlpilor din beton armat (cu armaretransversală simetrică pe cele două direcţii).

Figura r.15 Absorbţia de energie pentru o epruvetă din beton confinată cu CPAF

Tensiuni, σ

Deformaţii specifice,

R c 

R c

ε0 2ε0  εc 

Beton neconfinat

Beton confinat

εcu

Esec Eb

ε0 

Page 39: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 39/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 39 

unde:ε0  - deformaţia specifică maximă la compresiune corespunzătoare rezistenţei maxime la

compresiune a betonului neconfinat Rc;

εc  - deformaţia specifică maximă la compresiune corespunzătoare rezistenţei maxime lacompresiune a betonului confinat Rc’;

ε0’   - deformaţia specifică a betonului când acesta este distrus complet, valoarea  Rc fiind

 practic nulă;εcu  - deformaţia specifică ultimă a betonului confinat la compresiune;

Saadatmanesh folosind aceleaşi valori ca în formulare lui Mander, a reuşit să aproximezemai bine valoarea energiei deformaţiei limită pe unitate de volum a betonului neconfinat înintervalul [ ]02,0 ε  .

Cercetările recente au demonstrat că modelele analitice elaborate pentru betonul confinatcu oţel nu sunt aplicabile şi în cazul modelelor de beton confinat cu CPAF.

Modelele de rezistenţă a stâlpilor din beton armat confinaţi cu materiale compozitearmate cu fibre (CPAF) se rezumă la următoarea expresie:

c

conf 

c

c

 Rk 

 R

 R σ 

1

'

1+=  

unde:

k 1 - coeficient de confinare.

Expresia de mai sus a fost propusă de Richart, dar adoptată de cercetători careexperimental au determinat valorile coeficientului de confinare conform tabelului r.1.

Model Karbhari Samaan Miyauchi Saafi Toutanji

k1

13.0

1,2−

⎟⎟ ⎠

 ⎞⎜⎜⎝ 

⎛ 

c

conf 

 R

σ   3,00,6 −

conf σ    2,98

16,0

2,2−

⎟⎟ ⎠

 ⎞⎜⎜⎝ 

⎛ 

c

conf 

 R

σ  

15,0

5,3−

⎟⎟ ⎠

 ⎞⎜⎜⎝ 

⎛ 

c

conf 

 R

σ 

 Tabel r.1 Modele cu valori ale coeficientului de confinare

Efectul de confinare a stâlpilor din beton armat cu materiale compozite armate cu fibre

(CPAF) are ca scop obţinerea unor performanţe semnificative care se refer ă la: creşterearezistenţei la compresiune şi forfecare, a ductilităţii, prevenirea strivirii betonului care acoper ă armătura, împiedicarea flambajului a armăturilor longitudinale de oţel, etc..

În cazul stâlpilor circulari aceste rezultate se pot obţine prin aplicarea cămăşuirilor externe cu materiale compozite armate cu fibre (CPAF), fie în mod continuu pe întreagasuprafaţă, fie intermitent, sub formă de benzi. În cazul stâlpilor dreptunghiulari confinarea se poate face cu armături de formă dreptunghiular ă, cu colţurile rotunjite înaintea aplicării.

Trebuie reţinut faptul că o confinare a elementelor dreptunghiulare nu are aceeaşieficienţă, deoarece efectele confinarii sunt mai semnificative la colţurile elementului, cămăşuireaîntre colţurile elementului trebuie sa creasca d.p.d.v. cantitativ, pentru prevenirea expansiuniilatarale a elementului. 

Page 40: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 40/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 40 

Capitolul 10 intitulat ,,Cercetări experimentale” cuprinde cercetările experimentale privind comportarea stâlpilor confinaţi solicitaţi la compresiune, consolidarea stâlpilor din betonarmat folosind material compozite prin programul de proiectare Sika, reabilitarea structurilor de

 beton armat prin folosirea compozitelor pe bază de fibre de carbon şi încercări experimentale la pereţi structurali din beton armat consolidaţi cu compozite polimerice din fibr ă de carbon.S-au realizat mai multe programe experimentale pentru evidenţierea eficienţei folosirii

materialelor compozite armate cu fibre (CPAF) atât în domeniul reabilitărilor structuratle cât şi aconstrucţiilor noi.

Primul experiment ,,Comportarea stâlpilor confina ţ i solicita ţ i la compresiune” a fostrealizat în cadrul Facultăţii de Construcţii de la Universitatea Tehnica ,,Gh. Asachi” din Iaşi.

Încercările s-au efectuat pe 30 de epruvete cilindrice din beton cu dimensiunile 250 mmgeneratoarea şi 100 mm în diametru şi a 10 cuburi având aceeaşi clasă de beton cu latura de100 mm, neconfinate şi confinate cu 2, 3 şi 4 straturi de fibre de sticlă şi de carbon impregnatecu r ăşină epoxidică.

Modurile de cedare a epruvetelor cilindrice din beton încercate la compresiune centrică întâlnite în cadrul programului experimental au fost cele din figura r.16 a, b şi e.

Starea de tensiuni şi deformaţii în cilindrul de beton este diferită, în consecinţă acesta vafi neuniform deformată. Cauzele apariţiei deformaţiilor neuniforme sunt legate deneomogenitatea compoziţiei structurii şi proprietăţilor cilindrului din beton, prezenţa frecării lanivelul platanelor presei hidraulice, etc.

Putem vorbi despre trei zone de deformare a epruvetei cilindrice din beton supuse lacompresiune, figura r.17 b:  zona I cu o deformare mai înceată (greoaie);  zona II cu o deformare de nivel mediu;  zona III cu deformări de nivel maxim.

O reprezentare schematică a epruvetei cilindrice supusă la compresiune centrică estedată în figura r.17 a. Apariţia tensiunilor tangenţiale τ se datorează faptului că există frecare la partea superioar ă cât şi partea inferioar ă a epruvetei cu dispozitivul de încercare (platanul presei).

a.  b.  c.  d.  e. 

Figura r.16 Moduri de rupere a epruvetelor cilindrice supuse la compresiune:a. tip dublu con; b. despicare cu con la bază; c. forfecare cu con la bază;d. forfecare; e. despicare după direcţia de încărcare.

Page 41: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 41/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 41 

τ

σa 

σr 

σz 

σz 

σr 

Zona  de capăt 

Zona  mijloc 

Zona  de capăt 

σz 

σz 

Zona I 

Zona I 

     Z    o    n    a

     I     I

     Z    o    n    a     I     I     I

     Z    o    n    a     I     I     I

a.  b. 

În cazul confinării cu materiale compozite armate cu fibre (CPAF) de sticlă şi de carbonaceste zone de deformare nu vor mai corespunde ca poziţie, fisurarea şi umflarea epruvetei din beton fiind întârziată de cămaşa compozită.

Rezistenţa betonului la compresiune după 28 de zile obţinută pe epruvetele cilindrice din beton a fost de 31,64 N/mm2 (clasa C28/35), iar pe cuburi de 32,16 N/mm2. Unul dintremodurile de cedare a epruvetelor cilindrice din betonul neconfinat s-a produs prin apariţiafisurilor verticale, paralele cu direcţia de încărcare, figura r.18.

Figura r.17 a. Reprezentarea schematică a apariţiei tensiunilor în epruveta încărcată centric b. Principalele zone de deformare la epruveta cilindrică din beton neconfinat

Figura r.18 Epruvetele încercate:a. fisuri verticale din compresiunea centrică cu dizlocări mici la parteainferioar ă sau superioar ă a epruvetelor cilindrice din beton neconfinat; b. cuburi din beton.

a. b.

Page 42: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 42/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 42 

100

   2   5   0 

Confinare în 2, 3 şi 4straturi de CPAFS

Direcţia de confinare

   2   3   0 

   1   0 

   1   0

 

Încercările pe probele confinate s-au facut pe un număr de 18 epruvete confinate cu 2, 3,respectiv 4 straturi de ţesătur ă cu fibre de sticlă /carbon cu orientarea fibrelor unidirecţională 00 (după circumferinţă) au fost realizate prin procedeul manual de formare prin contact, figura r.19.

Pentru realizarea experimentului s-au folosit următoarele materiale:  r ăşina epoxidică (Sikadur-300 VP);  fibr ă de sticlă de tip E;  fibre de carbon de înaltă rezistenţă;  adeziv epoxidic (Sikadur Epoxy 30).

În cazul confinării cu materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) de sticl ă s-a constat creşterea semnificativă a rezistenţei şi a ductilităţii epruvetelor cilindrice confinate cu2, 3, 4 straturi de CPAFS.

Pe parcursul încercărilor la compresiune axială modurile de cedare a probelor din betonnu au fost asemănătoare. Astfel au fost evidenţiate doua cazuri de cedare:

•  cedare între straturile de CPAF manifestată par ţial sau pe toată înălţimea epruvetei prin“despiralarea” înf ăşur ării compozite, prin urmare o cedare interlamelar ă la nivel dematrice combinată cu o cedare explozivă;

•  cedare casantă prin ruperea casantă  şi explozivă a fibrelor de sticlă pe trei nivele(inferior, de mijloc şi superior).

În cazul confinării cu materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) de carbon în urma experimentelor efectuate s-au constat creşteri mult mai mari ale rezistenţei lacompresiune faţă de probele confinate cu CPAF de  sticl ă, datorită faptului că fibrele de carbonau modulul de elasticitate şi rezistenţa la întindere mai mare ca a fibrelor din sticlă.

Curba comparativă a tensiunilor şi deformaţiilor specifice a probelor confinate cu 2, 3, 4straturi de CPAF de carbon şi a probei neconfinate, demonstrează efectul pozitiv al creşteriinumărului de straturi în vederea îmbunătăţirii rezistenţei la compresiune, a ductilităţii şimicşorarea deformaţiilor pe direcţie axială şi longitudinală, figura r.20.

Figura r.19 Epruvete din beton confinate cu CPAF de sticlă şi de carbon

Page 43: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 43/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 43 

Atingerea rezistenţei la compresiune maxime, în cazul probelor confinate cu 2, 3 şi 4straturi a fost urmată de ruperea explozivă a CPAF de carbon. Cedarea cămăşuielii din CPAF decarbon a fost violentă şi s-a caracterizat printr-o intensitate mult mai mare a zgomotului în urmaruperii decât în cazul CPAF de sticlă. Ductilitate şi creşterea rezistenţei este evidentă în cazulfolosirii a unui număr mai mare de 3 straturi de CPAF de carbon.

Pentru a se putea exemplifica teoretic sistemul de consolidare cu CPAF a stâlpilor din beton armat, s-a folosit programul de proiectare SIKA FRP Analysis, pus la dispoziţia prezentelor studii de către compania Sika. Consolidarea cu CPAF este impusă în cazul ales de schimbarea

destinaţiei structurii din care stâlpii fac parte. Secţiunea stâlpilor este rectangular ă şi se urmăreştedeterminarea numărului de straturi de ţesătur ă din fibr ă de sticlă sau carbon necesare pentruatingerea rezistenţei la compresiune a stâlpului confinat de f cc=59 în N/mm2, cu o deformaţieaxială ultimă după consolidare de circa εcu=0.023.

Se alege iniţial soluţia SIKAWRAP HEX-230 (0.12 mm) Necesarul de  compozite polimerice armate cu fibre din carbon (CPAFC) este reprezentat în figura r.21:

20

40

 

80

100

120

140

-0.02 -0.01  0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

4 straturi CPAFC

3 straturi CPAFC

2 straturi CPAFC 

4 straturi CPAFC 

3 straturi CPAFC 

2 straturi CPAFC 

Epruveta neconfinatăEpruveta neconfinată

Deformații radiale  Deformații axiale 

Tensiuni [MPa] 

Figura r.20 Efectul confinării asupra diagramelor de

,,tensiuni-deformaţii specifice”a probelor cilindrice din beton cu 2, 3, 4straturi de CPAF de carbon comparativ cu epruveta din beton neconfinată 

Page 44: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 44/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 44 Figura r.22. Cadre experimentale din beton armat Figura r.23 Cadru consolidat cu CPAFC

Figura r.21 Necesarul de compozite polimerice armate cu fibre din carbon

În urma calculelor, soluţia SIKAWRAP HEX-100 G (0.36 mm) se dovedeşte a firaţională, fiind necesare doar 4 straturi CPAFC spre deosebire de 11 straturi în cazul utilizăriiSikaWrap Hex-230 C (0.12 mm). S-a analizat şi soluţia SIKAWRAP HEX-430 G (0.17 mm),rezultând un necesar de 8 straturi CPAFS.

Cel de-al doilea experiment ,, Reabilitarea structurilor de beton armat prin folosireacompozitelor pe bază de fibre de carbon” a fost realizat în cadrul Facultăţii de Construcţii de laUniversitatea ,,Politehnica” din Timişoara.

Programul experimental se concentrează pe posibilitatea aplicării compozitelor pe bază de fibre de carbon la cadre de beton armat.

În acest scop s-au proiectat şi executat cadre portal dublu încastrate din beton armat.

Aceste elemente experimentale s-au alcătuit conform normelor de proiectare din anii 1970 pentru a se modela comportarea unei structuri presupuse existentă. Din motive de siguranţă latransport şi montaj, cadrele din beton armat au fost realizate prefabricat în cofraj orizontal.Cadrele (figura r.22) au fost montate în poziţia pentru încercarea experimentală iar în final aufost realizate fundaţiile stâlpilor.

S-a realizat consolidarea stâlpilor (figura r.23) din beton armat cu materiale compozite pe bază de fibre de carbon (CPAFC) Sika:

-  lamele longitudinale Sika Carbodur ancorate în fundaţii şi nodurile superioare;-  ţesături Sika Wrap pentru confinarea transversală la ambele capete ale stâlpilor.

Page 45: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 45/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 45 

Încercarea cadrelor s-a f ăcut conform figurii r.24. Pe rigla cadrului s-a simulat o încărcaregravitaţională uniform distribuită. For ţa orizontală aplicată a simulat acţiunea seismică. Calculul, proiectarea şi alcătuirea cadrelor s-a realizat astfel încât să apar ă articulaţii plastice mai întâi în

rigle şi apoi în stâlpi.

Figura r.24 Schema de încărcare experimentală 

Modul de cedare a cadrelor din beton armat s-a produs prin formarea articulaţiilor  plastice la capete de stâlpi. Două tipuri de încercări experimentale au fost realizate:

   pe cadre neconsolidate testate iniţial până la limita de curgere a armăturii, apoiconsolidate cu CPFAC şi re-testate în final până la rupere;

   pe cadre neconsolidate testate iniţial până în stadiul ultim, apoi consolidate cu

CPAFC şi retestate în final până la rupere.Valorile teoretice pentru analiza cadrelor din beton armat neconsolidate s-au determinat

conform normativului european EUROCODE 2, iar pentru cadrele consolidate cu CPAF s-aufolosit prevederile ,, FIB bulletin - Externally bonded FRP reinforcement for RC structures”.

Date obţinute din încercările experimentale asupra cadrelor din beton armatneconsolidate şi consolidate sunt prezentate în tabelul r.2.

ModelStarea

structuriiÎncarcare

orizontală “S”(daN)

Deplasareorizontala

maximă (mm)

Raport consolidate/neconsolidat pentru

Încarcari Deplasări

Cadru 1 Neconsolidat 1600 5.44Consolidat cuCPAFC

1600 3.874000 30.20

Cadru 2 Neconsolidat 1600 4.603600 15.27

Consolidat cuCPAFC

1600 4.503800 30.70

- starea limită de curgere a armăturii** - starea limită ultimă 

Tabelul r.2 Rezultate experimentale

‐ 0.71*/ -

1.06 0.98 /2.00

Page 46: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 46/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 46 

Din datele prezentate în tabelul r.2 se pate observa că :

  valorile încărcărilor orizontale maxime au fost alese diferit pentru cadrele din beton armatneconsolidate în scopul modificării stadiului de aplicare a consolidării: 1600 daN (starealimită de curgere a armăturii) pentru Cadrul 1 respectiv 3600 daN (starea limită ultimă) pentruCadrul 2;

  creşterea for ţei orizontale maxime cu 6 % s-a obţinut la Cadrul 2 consolidat chiar dacă iniţiala fost încercat neconsolidat până la stadiul ultim;

  creşterea de rigiditate a structurii consolidate implică deplasări orizontale mai mici la starealimită de curgere a armăturii.

Programul experimental a scos în evidenţă câteva aspecte foarte importante:

  desprinderea lamelelor verticale CPAF de pe plăcile metalice la nod (Cadrul 1) datorită eforturilor de întindere (figura 10.27);

  desprinderea lamelelor verticale CPAF de pe faţa interioar ă a stâlpilor (Cadrul 2) datorită eforturilor de compresiune (figura 10.28) ceea ce indică necesitatea prevederii unor etrierisuplimentari pentru împiedicarea flambajului;

  tendinţa de smulgere a betonului din jurul mortarului epoxidic folosit pentru ancorarealamelelor verticale CPAF în fundaţii (figura 10.29).

Ultimul experiment ,, Încercări experimentale pe pere ţ i structurali din beton armat consolida ţ i cu compozite polimerice din fibr ă de carbon ” a fost realizat în cadrul Facultăţii deConstrucţii Timişoara.

Obiectivele cercetării le-au constituit, în prima fază, studiul comportării pereţilor structurali cu goluri decalate dispuse ordonat pe verticală la acţiuni seismice ciclic alternante,respectiv influenţa poziţiilor acestor golurilor. După efectuarea încercărilor, pereţii structurali din

 beton armat au fost consolidaţi cu compozite din fibr ă de carbon, pe o singur ă faţă, şi reîncercaţi.Pentru realizarea experimentului s-au proiectat şi executat elemente cu înălţimea de 2600

mm, lăţimea de 1250 mm şi înălţimea de etaj de 650 mm. Elementele experimentale au fostarmate pe baza prescripţiilor constructive de armare cuprinse în normativul P85/96 şi nu dincalcul. În scopul asigur ării aderenţei dintre beton şi armatur ă s-au utilizat bare profilate tip PC52cu diametrul de 6 mm, având rezistenţa caracteristică f sk =355 N/mm2.

În scopul evitării cedării modelelor datorită pierderii stabilităţii, ca urmare a absenţei planşeelor şi a bulbilor, s-a ales o grosime a peretelui de 80 mm. Golurile au avut dimensiunilede 250 x 500 mm. Modelele experimentale au fost încastrate în blocuri de fundaţii cu înălţimeade 400 mm, lăţimea de 350 mm şi lungimea de 1750 mm. Betonul din fundaţii a fost turnatsimultan cu betonul din pereţi. Dimensiunile modelelor experimentale au rezultat în urma unor restricţii de gabarit.

În jurul golurilor s-au dispus carcase de armătur ă formate din câte patru bare cu diametrulde 6 mm, prevăzute cu etrieri de acelaşi diametru din OB37. Betonul utilizat a avut rezistenţa lacompresiune f cm=50 N/mm2.

Pereţii au fost încărcaţi la partea superioar ă cu o for ţă verticală constantă V=50 kN.Încărcarea orizontală la peretele plin (f ăr ă goluri) ,,SW1” a constat dintr-o for ţă monotoncrescătoare până la cedare, iar la celelalte elemente (cu goluri) din for ţe ciclic alternante.Încercarea s-a efectuat în control de deplasări (deplasările orizontale de la partea superioar ă aelementelor experimentale).

Page 47: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 47/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 47 

α

 Figura r.25 Geometria şi armarea elementelor experimentale

Peretele ,,SW1” (f ăr ă goluri) a avut o cedare ductilă din încovoiere. La peretele cu goluricentrale ,,SW8”, cedarea s-a produs prin apariţia articulaţiilor plastice în riglele de cuplare şiapoi la baza montanţilor.

Pereţii cu goluri decalate pe verticală ,,SW23”, ,,SW45”, ,,SW67” au cedat prin zdrobirea betonului la baza montantului mic, montantul mare având apoi un comportament de tip consolă.

Concluziile finale au fost, ca pereţii structurali cu goluri dispuse decalat pe verticală înfuncţie de anumite valori ale unghiului α, au un comportament apropiat de pereţii structurali plinişi deci nu sunt necesare măsuri speciale de armare şi ductilizare a zonelor plastic potenţiale.

Încercările experimentale efectuate pe pereţii din beton armat consolidaţi cu compoziteau decurs în mod identic cu cele ale pereţilor neconsolidaţi.

După testarea pereţilor, fazele încercării pereţilor consolidaţi au fost următoarele:

   pregătirea pereţilor pentru consolidarea cu compozite, prin cur ăţireasuprafeţelor de consolidat, umplerea fisurilor existente şi repararea zonelor cu betonul zdrobit sau exfoliat;

   pregătirea şi executarea zonei de ancoraj pentru compozit;  consolidarea cu ţesături din fibr ă de carbon;   prelucrarea şi compararea rezultatelor obţinute înainte şi după consolidare.

Încărcarea Hmax a fost determinată ca fiind încărcarea maximă la care a rezistat un perete,iar  Δmax a fost definită ca deplasarea (relativă) corespunzătoare valorii maxime. Rigiditateaelastică k e a fost definită ca rigiditatea secantă, luată la 40% din capacitate. Rezistenţa la rupereHu a fost determinat ca fiind încărcarea cea mai mare care a fost suportată de perete înainteascăderii semnificative a rezistenţei. Deplasarea la rupere Δu a fost definită corespunzător încărcării ultime.

Page 48: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 48/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 48 

După fiecare încercare au fost trasate curbele înf ăşur ătoare maxime şi cele stabilizate.Pentru fiecare astfel de curbă de comportare a fost definită curba elasto-plastică echivalentă,utilizată cu scopul compar ării rezultatelor testelor. Această curbă artificială a descris cum s-ar 

comporta un perete ideal, perfect elasto-plastic, disipând o cantitate de energie echivalentă ca şi peretele testat. Astfel curba elasto-plastic echivalentă a fost definită, încât aria de sub aceasta să fie egală cu aria curbei înf ăşur ătoare (for ţă-deplasare).

Por ţiunea elastică a curbei echivalente porneşte din origine cu o pantă egală cu rigiditateaelastică k e . Por ţiunea plastică a curbei echivalente este o linie orizontală, poziţionată astfel încâtariile curbei echivalente şi curbei înf ăşur ătoare să fie egale (de exemplu A1 şi A2 să fie egale).

Definiţiile de mai sus au fost utilizate atât pentru încercările monotone, cât şi la celeciclice şi au la bază recomandările dezvoltate de Joint Technical Coordinating Committee onMasonry Research (TCCMAR) pentru United States – Japan Coordinated Earthquake ResearchProgram.

Consolidarea pereţilor încercaţi s-a f ăcut cu ţesătur ă unidirecţională din fibr ă de carbon,

doar pe o singur ă faţă. Fibrele au avut o rezistenţă medie la întindere f frp=3900 N/mm2, modul deelasticitate Efrp=231000 N/mm2 şi o deformaţie specifică ultimă de εfrp=1.7%.

Fazele consolidării au fost următoarele:

   pregătirea pereţilor pentru consolidarea cu compozite (cur ăţirea suprafeţelor deconsolidat,

  umplerea fisurilor existente şi repararea zonelor cu betonul zdrobit sau exfoliat),   pregătirea şi executarea zonei de ancoraj pentru compozit (figura 10.34),

consolidarea propriu-zisă (aplicarea ţesăturii din fibr ă de carbon).

Peretele ,,SW1” după consolidare a fost redenumit ,,RW1”, încercarea elementuluiconsolidat efectuându-se în aceleaşi condiţii cu cel iniţial. Deoarece iniţial nu se ştia cât va ficapacitatea elementului consolidat, consolidarea peretelui s-a realizat prin aplicarea a 4 fâşii decâte 150 mm lăţime de ţesătur ă din fibr ă de carbon unidirecţională, aşezate pe o singur ă faţă aelementului pe direcţie verticală.

Ulterior s-a dovedit, ca această cantitate a mărit capacitatea portantă cu cca. 35% faţă deelementul de bază. De aceea, pentru pereţii următori s-a decis utilizarea a 3 fâşii verticale de 150mm, respectiv a 4 fâşii orizontale de asemenea de 150 mm.

Fâşiile verticale au fost dispuse la extremităţile pereţilor  şi în zona centrală, iar fâşiileorizontale au fost aşezate la partea superioar ă a fiecărui nivel. Pentru înregistrarea comportăriicompozitului în timpul încercării, la toate elementele au fost dispuse timbre tensometrice pe

compozit în zonele cele mai solicitate, orientate în lungul fibrelor.Pe baza rezultatelor obţinute se pot formula următoarele concluzii:

  Consolidarea cu compozite a pereţilor din beton armat structurali determină creştereasemnificativă a capacităţii portante ultime a acestora.

  Înregistr ările deformaţiilor specifice din compozit demonstrează contribuţia acestora lacapacitatea portantă a pereţilor consolidaţi şi conlucrarea compozitului cu elementul din beton armat, valorile înregistrate fiind între 0.54 ÷ 0.84%.

  Cedarea elementelor consolidate s-a produs prin deschiderea treptată a fisurilor existente, prin dezlipirea compozitului în zona comprimată, apoi în cea întinsă la baza montantului,urmată de ruperea la întindere sau câteodată la compresiune a acestuia.

Page 49: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 49/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 49 

  Deformaţiile orizontale maxime ale pereţilor consolidaţi au fost de regulă mai mari saucel puţin identice cu cele ale pereţilor martori.

  Rezultatele obţinute depind în foarte mare măsur ă de starea iniţială a elementuluiconsolidat (numărul şi deschiderea fisurilor, cantitatea armăturii intrate în curgere,metoda şi materialele de reabilitare), respectiv metoda de evaluare utilizată. Cu metodautilizată pentru evaluarea caracteristicilor mecanice s-au constatat următoarele:

-  rigiditatea elementelor a scăzut în medie cu 54% ;-  ductilitatea elementelor a scăzut în medie cu 61% ;-  valoarea for ţei la limita elastică a pereţilor a crescut în medie cu 48%;-  încărcarea maximă a pereţilor a crescut în medie cu 46% ;-  deformaţiile specifice din compozit au fost între valorile 0.54 – 0.84% ;

  Sistemul de ancoraj s-a comportat excelent, f ăr ă degradări sau cedări locale.

Pereţii din beton armat supuşi for ţelor seismice au o comportare ductilă. Consolidândastfel de elemente structurale ductile cu compozite, care sunt materiale cu comportare neductilă (f ăr ă palier de curgere), comportarea ductilă a elementelor se poate păstra, dar la încărcareamaximă cedarea este fragilă.

Metoda utilizată pentru determinarea rigidităţilor, a ductilităţilor  şi a limitei elasticeinfluenţează semnificativ rezultatele obţinute. Efectuând un calcul, în care rigiditatea se ia casecanta curbei la 0.75Fel , conform recomandărilor date de Paulay, aceste valori se pot modificasemnificativ.

La un calcul rapid rigiditatea elementelor martori a scăzut cu 50%, astfel că diferenţelefaţă de elementele consolidate s-au redus la 20%, respectiv ductilitatea elementelor martori ascăzut cu 40-50%, astfel că diferenţele faţă de elementele consolidate a scăzut la 40%.

Subcapitolul 10.5 cuprinde concluziile finale ale tuturor experimentelor. Astfel s-auconstatat urmatoarele:

  Ţesătura din fibre preimpregnată cu r ăşină se poate aplica direct pe suprafaţa de beton,sau se poate aplica pe suprafaţa de beton şi apoi impregna. R ăşina folosită la confinareacu fibre de sticlă sau de carbon ader ă la suprafaţa betonului, îmbunătăţindu-i rezistenţa şiductilitatea.

  Desprinderea lamelelor se produce datorită:-  eforturilor de întindere,-  eforturilor de compresiune,

-  tendinţei de smulgere a betonului din jurul mortarului epoxidic.  Cedarea CFAFS se produce prin deschiderea treptată a fisurilor existente, prin deslipirea

compozitelor în zona comprimată urmată de ruperea la întindere sau compresiune aelementului şi este influenţată de:

-  caracteristicile betonului ce urmează a fi confinat,-  tehnica de confinare,-  matriţele de turnare,-  metodele de vibrare,-   procentul de armare cu fibre,-  calificarea şi experienţa muncitorilor.

Page 50: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 50/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 50 

  Consolidarea stâlpilor prin confinare cu CPAFS sau cu CPAFC ofer ă o serie de avantaje :-  cost redus raportat la timpul de execuţie şi manopera,-  îmbunătăţirea rezistenţei,

-  creşterea ductilităţii,-  greutatea redusă a sistemului de consolidare,-  creşterea capacităţii portante,-  reducerea sau stoparea vitezei mecanismelor de deteriorare.

  Consolidarea cu compozite a pereţilor din beton armat determină:-  creşterea capacităţii portante,-  conlucrarea compozitului cu elementele din beton armat.

   Nu sunt necesare măsuri speciale de armare şi ductilizare a zonelor plastic potenţiale la pereţii structurali cu goluri dispuse decalat pe verticală, ei având un comportamentapropiat de pereţii structurali plini.

Capitolul 11  intitulat ,, Model ări numerice pentru studiul comport ării stâlpilor confina ţ i”cuprinde o serie de simulări numerice privind analiza şi modelarea elementelor comprimatecentric folosind metoda elementului finit.

Metoda elementelor finite este o tehnică bazată pe analiza numerică pentru obţinereaunor soluţii aproximative care servesc la determinarea variaţiei parametrilor ce caracterizează mediile continue, cum ar fi câmpurile deplasărilor, deformaţiilor sau tensiunilor.

Ideea de bază a metodei elementelor finite porneşte de la posibilitatea descrierii câmpuluireal de deplasări prin intermediul unor valori ale acestora într-un număr finit de puncte.Formularea problemei este deci în deplasări. Principiul metodei constă în a studia separatelementul finit exprimându-se în mod aproximativ starea de tensiune şi de deformaţie în

interiorul elementului, cu ajutorul unor aşa numite funcţii de interpolare alese în dependenţă denumărul de grade de libertate.Conceptul de bază în procesul modelării numerice cu elemente finite îl constituie

conceptual de aproximare prin discretizare. De obicei, elemetele finite se definesc în cadrulacestui proces de discretizare, unde apar ca rezultat al descompunerii unui domeniu de studiu înmai multe subdomenii compatibile şi cu interior dijunct.

Un demers prealabil procesului de discretizare este alegerea sistemului global decoordonate (reper global) la care se raportează structura. Pe o reţea de discretizare pot fi definiteorice tipuri de elemente finite, cu condiţia ca ele să aproximeze cât mai corect structura reală. Seva urmări ca elementele să fie cât mai puţin distorsionate (triunghiuri echilaterale, pătrate, cuburietc.), figura r.26.

Figura r.26 Alegerea recomandată (a) respectiv nerecomandată (b) a elementului finit

Page 51: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 51/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 51 

Structura ,,discretă” este alcatuită din elemente de aceiaşi formă, dar de dimensiunidiferite, numite ,,elemente finite” legate între ele în puncte numite ,,noduri”. Nodurile sunt niştearticulaţii şi toate for ţele se aplică în nodurile elementelor, tabel r.3. În aceste articulaţii se pot

scrie doar două ecuaţii de echilibru ale vectorilor for ţă.

Tabel r.3 Modele de discretizare a structurilor înelemente finite legate prin noduri

Page 52: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 52/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 52 

Cu ajutorul programului de analiză a elementului finit calcularea modulilor de elasticitate(longitudinal, transversal, la forfecare), a coeficientilor lui Poisson a fost efecuată cu mare precizie, prin rezolvarea analitică şi grafică a principalelor caracteritstici mecanice al CPAF.

Proprietăţile materialului compozit au fost determinate cu ajutorul relaţiilor dinmicromecanica materialelor compozite armate cu fibre de sticlă  şi de carbon. Astfel au fostdeterminate:

  modulul de elasticitate longitudinal al CPAF de sticlă şi de carbon, E 1;

  modulul de elasticitate transversal al CPAF de sticlă şi de carbon, E 2;

  coeficienţii Poisson major şi minor în planul (1,2) ν 12 şi respectiv în planul (2,1) ν 21;

  modulul de elasticitate la forfecare al lamelei în planul (1,2) G12; 

  rezistenţa la tracţiune în direcţie longitudinală  RtL.

Analiza datelor se efecutează prin intermediul unui aşa numit ,,solver”, care poate fidefinit prin următoarele condiţii:

•  numărul maxim de necunoscute sau lăţimea maximă de bandă admisă,•  algoritmul şi viteza de lucru,•  modul şi principiul de utilizare a resurselor hard-soft ale sistemului pe care se

face analiza.

Prin prelucrarea datelor finale se obţin informaţii cu privire la studiul realizat într-un timpfoarte scurt, mai ales in condiţiile în care este folosit un procesator stabil şi de calitate. Această condiţie de folosire a unui procesor de calitate ofer ă capacitatea de a optimiza sau restudia

modelul analizat, in eventualitatea apariţiei unor erori cum printre care se enumer ă şi:•  noduri similare,•  nedefinirea densităţii materialului,•  rezemări necorespunzătoare, etc.

Cu ajutorul criteriului Druker-Prager s-a realizat analiza static neliniar ă elasto-plastică acilindrului din beton armat confinat cu materiale compozite polimerice armate cu fibre (CPAF)de sticlă si de carbon.

Dupa finalizarea analizei cu elemente finite, se verifică valabilitatea rezultatelor din punct de vedere al condiţiilor tehnice. În cazul în care rezultatele obţinute în urma aplicăriimetodei elementului finit nu sunt comparabile din punct de vedere al toleranţelor acceptate curezultatele experimentale ale modelului analizat, analiza elementului trebuie ref 

ăcut

ăpentru a

 putea depista eventualele erori.AEF (analiza cu element finit) a confirmat faptul că între rezultatele experimentale şi cele

obţinute pe cale analitică diferenţele sunt nesemnificative.

Lucrare de doctorat constituie un ansamblu de soluţii concrete în domeniul consolidăriielementelor structurale pe baza compozitelor polimerice cu proprietăţi superioare. Astfel încapitolul 12 intitulat ,,Concluzii generale. Contribu ţ ii  şi elemente originale ale lucr ării dedoctorat ” sunt cuprinse ideile esenţiale ale tezei.

Page 53: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 53/54

Sisteme de consolidare a construcț iilor  cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

 Rezumat  pg. 53 

Studiile şi cercetările din cadrul programului de doctorat sunt concretizate în următoarelecontribuţii şi elemente originale:

  Identificarea principalelor particularităţi ale materialelor compozite tradiţionale şimoderne utilizate în consolidarea structurilor.

  Identificarea principalelor categorii de matrici folosite în fabricarea materialelor compozite armate cu fibre.

  Influenţa principalelor categorii de matrici asupra caracteristicilor materialelor compozite.

  Evidenţierea principalelor procedee de obţinere şi noi tehnici alternative, economice, defabricare a materialelor compozite utilizabile la reabilitarea structurală  şi metodeleadecvate de aplicare a acestora.

  Evaluarea rezistenţelor mecanice şi a constantelor elastice necesare proiectării soluţiilor de consolidare cu materiale compozite armate cu fibre din punct de vedere al interacţiuniimaterialelor componente (micromecanica materialului compozit).

  Evidenţierea principalelor soluţii de consolidare folosind materialele compozite polimerice armate cu fibre aplicabile elementelor structurale din beton armat, metal, lemnsi zidărie.

  Identificarea produselor din materiale compozite polimerice armate cu fibre ce pot fiutilizate la reabilitarea structurilor inginereşti din materiale tradiţionale.

  Explicaţia efectului de strângere laterală a betonului comprimat (confinare) şi parametriicare-l influenţează.

  Stabilirea principalelor caracteristici mecanice a materialelor compozite folosite în cadrulexperimentului.

  Identificarea tensiunilor şi deformaţiilor specifice ale probelor de beton armat care au fostimbracate cu materiale compozite si compararea acestora cu probele de beton armat undenu au fost folosite materialele compozite. S-a demonstrat astfel pe cale experimentală efectul pozitiv al folosirii materialelor compozite în vederea îmbunătăţirii rezistenţei lacompresiune, a ductilităţii şi micşorarea deformaţiilor pe direcţie axială şi longitudinală.

  Verificarea rezultatelor obţinute pe cale experimentală folosing modelarea numerică aelementelor de beton armat utilizând M.E.F. (metoda elementului finit). Prin această metodă au fost confirmate cercetarile experimentale, metoda elementului finit devenindaproape o metodă standard de analiză  şi proiectare în ingineria construcţiilor  şi altedomenii.

Page 54: Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite

8/15/2019 Bahnariu Bogdan 'Sisteme de consolidare a construcțiilor cu materiale compozite'

http://slidepdf.com/reader/full/bahnariu-bogdan-sisteme-de-consolidare-a-construciilor-cu-materiale 54/54

Sisteme de consolidare a construc ţ iilor cu materiale compozite  \ÇzA UÉzwtÇ Ut{ÇtÜ|â  

BIBLIOGRAFIE SELECTIVA

1.  Alamoreanu E, Negrut C., Jiga G.( 1993). ,,Calculul structurilor din materiale

compozite”, Ed. Univ. „Politehnica” Bucureşti.2.  Amer, A., Arockiasamy, M. (1996). ,,Ultimate strength of eccentrically loaded concrete

column reinforced with CFRP bars”, Advanced composite materials in bridges andstructures, Quebec, Ed. El-Badry.

3.  Frangou, M., Pilakoutas, K., Dritsos, S. (1995). “Structural repair/strengthening of RC columns”, Construction and Building Materials.

4.  Halpin, C. J. (1992). ,, Primer and composites materials analysis”, Technomic PublishingCompany Inc., Lancaster.

5.  Hollaway, L. C., Leeming, M. B. (1999). ,,Strengthening of reinforced concrete structures”, Woodhead Publishing Limited, Cambridge England.

6.  Ieremia, M. (2004). ,, Analiza numerică neliniar ă a structurilor, vol. 1, Fundamente decalcul ”, Ed. Conspress Bucureşti.

7.  Mander, J.B., Priestley, M. J. N., Park, R. (1988b). “Observed stress-strain behavior confined concrete”, Journal of Structural Engineering, Vol.114, No.8.

8.  Meier, U. (1997). ,, Repair using advanced composites”, Composite Construction – 

Conventional and Innovative, Conference Report, Innsbruck, September.

9.  Mirmiran, A., Shahawy, M. (1997). ,, Behavior of concrete columns confined by fiber composites”, Journal of Structural Engineering.

10.  Nicula, I., Oneţ, T. (1982). ,, Beton armat ”, Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti.

11.  Nagy-György, T. (2005). ,, Încercări experimentale pe pere ţ i structurali din beton armat consolida ţ i cu compozite polimerice din fibr ă de carbon”, raport de cercetare realizat la

Universitatea Politehnica din Timişoara.12.  Oprişan, G. (2002). ,,Solu ţ ii moderne de consolidare a structurilor pentru construc ţ iiindustriale” , Teză de doctorat, U.T. Iaşi. 

13.  Piggot, M. R. (1980). ,, Load Bearing Fiber Composites”, Pergamon Press, London.

14.  Pilakoutas, K. He, J. H., Waldron P., (1997). ,,Strengthening of concrete beams withCFRP laminates”, Leeming M, B, & Toping B. H. V. Civil-Comp Press.

15.  Saafi M., Toutanji H.A., Li Z. (1999). ,, Behavior of Concrete Columns Confined with fiber reinforced polymer tubes”, ACI Materials Journal.

16.  Samaan, M., Mirmiran A., Shahawy, M. (1998). ,, Model of concrete confined by fiber composites”, ASCE J. of Struct. Engineering 123, No5.

17.  Secu, Al., Roşca, V., Ţăranu, N., Isopescu, D., Boazu, R., Groll, L. (1998). ,,Optimizarea

elementelor  şi structurilor din materiale compozite armate cu fibre”, U.T. Iaşi.18.  Sonobe ,Y., Fukuzama, H., Okamoto, T., Kani, N., Kimura, Kouzou, Kobazashi , K.,

Masuda, Y., Matsuzaki, Y., Tanigaki,, M., Teshigawara, M. (1997). ,, Design guideline of  FRP reinforced concrete building structures”, Journal of Composites for Construction.

19.  Stefanescu, F., Neagu, G., Mihai, Al.,(1996) ,, Materiale compozite”, Editura Didactică şiPedagogică, Bucuresti.

20.  Steiner, W. (1996). ,,Strengthening of structures with CFRP Strips”, Advanced compositematerials in bridges and structures, Ed. El-Badry.

21 Ţăranu N Entuc I Oprişan G Saftiuc C Isopescu D (2001) Soluţii de