Upload
alexandru-chis
View
163
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Materiale Compozite-Activitate de Cercetare
Activitate de cercetare TEMA Materiale compozite pentru reabilitarea construcțiilor
Masteranzi: Chis Alexandru Magurean Bogdan-Alexandru
Master ITS, an II
an universitar 2013-2014
CUPRINS Cap.1 Generalități
1.1 Definirea conceptului de material compozit
1.2 Clasificarea materialelor compozite
Cap.2 Diagnosticarea structurilor
2.1 Necesitatea reabilitărilor construcțiilor
2.2. Aparatura pentru diagnosticarea structurilor
2.2.1 Diagnosticarea cu ultrasunete
2.2.2 Determinarea rezistenței betonului prin metode mecanice
2.2.2.1 Metoda amprentei
2.2.2.2 Metoda reculului
2.2.3 Determinarea rezistenței betonului prin încercări distructive pe carote
Cap.3 Materiale compozite pentru reabilitarea structurală
3.1 Metode de reabilitate
3. 2 Produse compozite pentru reabilitarea structurală
3.2.1 Compozitele polimerice armate cu fibre de sticlă
3.2.2 Compozitele polimerice armate cu fibre de carbon
3.2.3. Compozite polimerice armate cu fibre aramidice
3.3 Particularitãţi ale reabilitãrii structurale cu materiale compozite
3.4 Avantajele și dezavantajele consolidărilor cu materiale compozite
3.5 Variante de consolidare a elementelor structurale utilizând materiale compozite
3.5.1 Consolidări cu lamele
3.5.2 Consolidări cu țesături
3.5.3 Consolidãri automate prin înfãşurarea filamentului
3.5.4 Consolidãri cu armãturi compozite
3.5.5 Consolidarea elementelor din beton armat
3.5.6 Consolidarea structurilor din zidãrie
3.5.7 Consolidarea elementelor din lemn
Cap.4 Studii de caz
4.1 Utilizarea materialelor compozite moderne la construcții industriale
4.2 Reabilitarea pereților de zidărie nearmată folosind materiale compozite
4.3 Reabilitarea infrastructurii folosind materiale compozite: Prezentare generalã si Aplicaţii
4.4 Reabilitarea seismicã a pereţilor din beton armat folosind fibre compozite
Concluzii
Bibliografie
Cap.1 Generalități 1.1 Definirea conceptului de material compozit Materialul compozit este un ansamblu de materiale distincte, care are caracteristici pe care nu le au
materialele constituente în parte.
Conform lui P. Mallick, ”un material compozit este o combinaţie între două sau mai multe materiale diferite
din punct de vedere chimic, cu o interfaţă între ele. Materialele constituente îşi menţin identitatea separată
(cel puţin la nivel macroscopic) în compozit, totuşi combinarea lor generează ansamblului proprietăţi şi
caracteristici diferite de cele ale materialelor componente în parte. Unul din materiale se numeşte matrice şi
este definit ca formând faza continuă. Celălalt element principal poartă numele de ranforsare (armatura) şi
se adaugă matricei pentru a-i îmbunătăţi sau modifica proprietăţile. Ranforsarea reprezintă faza discontinuă,
distribuită uniform în întregul volum al matricei.”
Rolul fibrelor este de a conferi ansamblului caracteristicile de rezistenţă la solicitări. În comparaţie cu
matricea, efortul care poate fi preluat este net superior, în timp ce alungirea corespunzătoare este redusă.
Matricea prezintă o alungire şi o rezilienţă la rupere mult mai mari, care asigură că fibrele se rup înainte ca
matricea să cedeze. Trebuie insa subliniat faptul cămaterialul compozit este un ansamblu unitar, în care
cele două faze acţionează împreună, aşa cum sugerează curba efort – alungire pentru compozit.
Sistemele de ranforsare pentru materiale compozite pot fi obţinute utilizând toate tehnologiile textile:
ţesere, tricotare, braiding, procese pentru materiale neţesute, asamblare prin coasere. La acestea se pot
adăuga şi procesele caracterizate de producerea ranforsării şi a materialului compozit în aceeaşi etapă,
cum sunt înfăşurarea filamentelor şi poltruderea. Criteriile utilizate în alegerea procesului tehnologic pentru
fabricarea ranforsării se referă la stabilitatea dimensională, la proprietăţile mecanice impuse, precum şi la
proprietăţile de drapaj / formabilitate ale sistemului de ranforsare.
Prin urmare, un material compozit este alcătuit din 3 elemente cheie : matricea (masa de bază) ,
ranforsantul (materialul de armare) și adaosuri tehnologice.
Fig 1. Fazele sistemului compozit
a.faza continuă (matricea) b.faza dispersă (armatura) c.interfața
Materialele compozite se pot clasifica în trei generații, în funcție de evoluția lor de-a lungul timpului, după
cum urmează:
prima generație include materiale care se foloseau până și în Antichitate – cărămizi armate cu paie,
săbii din straturi metalice, zidăria din piatră și mortar din var hidraulic, zidăria din cărămidă arsă și
mortar etc.
a doua generație se referă la betoanele armate dispers, materiale plastice armate cu fibre de sticlă,
bazându-se pe conceptele de matrice și ranforsant
pentru a treia generațiematricea si/sau ranforsantul sunt produse ale generației a doua.
1.2 Clasificarea materialelor compozite
Materialele compozite pot fi :
-armate cu fibre lungi – unidirecționale
- bidirecționale
- orientate aleator
scurte (whiskers)
-armate cu particule
-armate cu solzi (fulgi)
-stratificate (asociate) – de tip sandwich
- bimetale
- metale placate
- sticlă stratificată
-compozite umplute cu material secundar (spumate )
Principalele categorii de compozite armate cu fibre sunt următoarele :
1. Compozite cu matrice polimerică – de obicei sunt rășini termorigide (epoxidice, poliimide sau
poliesterice) sau termoplastice, armate cu fibre de sticlă, de carbon, de bor sau aramidice (Kevlar), cu
monocristale ceramice sau, mai recent, cu fibre metalice. Sunt folosite mai ales în aplicații care implică
temperaturi relativ joase de lucru (ajungând, în mod excepțional, pentru termoplastice fabricate prin injecție,
la nivelul maxim de 400 °C).
Dezavantajele ar fi rezistența mică la șoc mecanic, rezistență mecanică redusă la temperaturi înalte,
conductivitate termică redusă, coeficient mare de dilatare termică.Pentru a îmbunătăți rezistența la
temperaturi înalte se folosesc fenolii, pentru a mări tenacitatea de adaugă particule de cauciuc sau uretan,
pentru a obține o structură dură se amestecă cu amine aromatice și acizi anhidri.Pentru a crește rezistența
la șoc mecanic, încovoiere și la rupere se utilizează fibrele de carbon.
2. Compozite cu matrice metalică – cel mai frecvent se bazează pe aliaje de aluminiu, magneziu, titan sau
cupru, în care se introduc fibre de bor, de carbon (grafit) sau ceramice (de obicei de alumină sau carbură de
siliciu). Temperatura de lucru (uzual de cel mult 800 °C) a unui astfel de compozit este limitată de nivelul
punctului de înmuiere sau de topire care caracterizează materialul matricei. Dacă aplicația avută în vedere
implică temperaturi mari, atunci se recomandă folosirea ca matrice a unor aliaje pe bază de nichel sau a
unor superaliaje. Dezavantajul acestora este că au greutăți specifice mari, ducând la creșterea masivității
structurii finale.
3. Compozite cu matrice ceramică – au fost dezvoltate în mod special pentru aplicațiile cu temperaturi
foarte ridicate de lucru (peste 1000 °C); cele mai utilizate materiale de bază sunt carbura de siliciu (SiC),
alumina (Al2O3) și sticla, iar fibrele de armare uzuale sunt tot de natură ceramică (de obicei sub formă de
fibre discontinue, foarte scurte).
4. Compozite “carbon-carbon” – cu matrice de carbon sau de grafit și armare cu fibre sau țesături de fibre
de grafit; sunt foarte scumpe, dar și incomparabile cu alte materiale prin rezistența la temperaturi înalte (de
până la 3000 °C), cuplată cu densitatea mică și coeficient mic de dilatere termica. Cele mai răspândite sunt
compozitele armate cu fibre sunt fibra de carbon, fibra de sticla si Kevlar-ul.
Un alt criteriu este în funcție de tipul, geometria și orientarea fazei de ranforsare, conform figurii următoare:
Fig 2 – Clasificarea materialelor compozite
Cap.2 Diagnosticarea structurilor
2.1 Necesitatea reabilitărilor construcțiilor
Reabilitarea unei construcții se referă la readucerea în stare activă, prin refacerea anumitor funcțiuni ale
acesteia care au fost deteriorate în procesul de exploatare din diverse cauze.
Degradările care pot apărea în timp, ca urmare a fenomenului de îmbătrânire a materialelor, cât și de
efectele unor acțiuni extraordinare.Deci seismul, vântul, alunecările de teren, incendiile, inundațiile,
exploziile, agenții chimici și procesele tehnologice sunt numai o parte din factorii care pot produce avarii. O
altă cauză se referă la dinamica modificărilor funcționale.
În mod curent se întâlnesc degradări ale construcțiilor cauzate de apariția îmbătrânirii materialului prin
depășirea duratei de viață, apariția fenomenului de oboseală, curgere lentă, fluaj, încărcări alternante sau
din acțiunea unor agenți chimici.
Sunt numeroase cazurile când avariile construcțiilor sunt datorate degradării terenului de fundare prin
creșterea nivelului pânzelor freatice, infiltrația apelor pluviale și tehnologice sau infiltrația apelor ca urmare a
întreținerii defectuoase a instalațiilor de alimentare cu apă, de canalizare și de încălzire.
Nu sunt de neglijat nici greșelile de proiectare care pot impune procesul de reabilitare, cum ar fi situațiile
când inginerul proiectant acceptă sisteme structurale improprii, sau cazul în care beneficiarul schimbă
ulterior destinația construcției.
Foarte frecvente sunt și greșelile de execuție, când sunt utilizate materialele de calitate inferioară, nu se
respectă proiectul sau tehnologiile de punere în operă. Pot apărea deficiențe prin solicitarea elementelor
structurale înaintea atingerii parametrilor de rezistență ai materialelor sau prin efectuarea lucrărilor pe timp
friguros fără măsuri adecvate.
Indirect, construcțiile pot fi avariate și de o serie de factori externi cum ar fi : creșterea traficului din zonă,
realizarea unor construcții noi sau degradarea sistemelor de infrastructură, cum sunt canalizările .
În industrie sunt numeroase procese tehnologice cu degajări de substanțe chimice agresive care pot
accelera procesul de degradare, mai ales dacă umiditatea este excesivă și lipsesc sistemele de ventilare.
Uneori modificările tehnologice pot conduce la creșterea nivelului de agresivitate chimică sau la creșterea
nivelului vibrațiilor.Totodată sunt cunoscute numeroase cazuri de degradări provocate de avarierea utilajelor
și instalațiilor industriale.
Acțiunea seismică rămâne una dintre cele mai importante cauze generatoare de degradări ale construcțiilor,
cele mai vulnerabile fiind clădirile vechi, la care nu au fost luate măsuri specifice de protecție. Uneori
numărul mare de seisme înregistrate pe durata vieții uneo construcții duc la pierderea capacității portante ca
urmare a oboselii materialului.Dar cel mai grav este atunci când apar acțiuni seismice extraordinare,
nespecifice amplasamentului, care pot cauza distrugeri în masă ale fondului construit.
Reabilitarea structurală poate fi realizată prin :
-schimbarea destinației clădirii
-înlocuirea sau modificarea parțială a construcției
-refacerea structurală locală
-modificare structurală.
Reabilitarea structurală trebuie să parcurgă o serie de etape :
1.Expertizarea clădirii care constă în:
-relevarea stării sistemului structural
-diagnosticarea stării materialelor utilizate
-diagnosticarea experimentală
-diagnosticarea analitică a structurii
2.Stabilirea măsurilor de intervenție și proiectarea lor
3.Execuția reabilitării structurale (consolidării)
4.Diagnosticarea experimentală a sistemului reabilitat.
2.2. Aparatura pentru diagnosticarea structurilor
Stabilirea stării construcțiilor implică efectuarea unor determinări experimentale la trei niveluri, și anume:
-materialul de construcție
-elementul structural
-ansamblul construit
În construcții se utilizează două metode pentru determinarea caracteristicilor materialelor : metode
nedisctructive și metode distructive.In general, încercările experimentale pentru determinarea conportării
elementelor structurale și a ansamblului construit se realizează in situ.
2.2.1 Diagnosticarea cu ultrasunete
In interiorul unui solit, viteza de propagare a ultrasunetelor depinde de compactitate.Cu cât compactitatea
este mai mare, viteza medie de propagare se va apropia de valoarea corespunzătoare unui corp perfect
compact, iar cu cât volumul de goluri este mai mare, viteza scade.
Viteza de propagare a ultrasunetelor într-un solid perfect compact (fără goluri sau pori) este de aproximativ
5000 m/s.
Într-un element din beton, viteza de propagare longitudinală a ultrasunetelor se determină prin măsurarea
timpului parcurs de impulsul ultrasonic pe lungimea de propagare :
LdV
t
Având în vedere ca rezistența betonului este legată de compactitatea sa, viteza de propagare a
ultrasunetelor prin beton dă măsura rezistenței acestuia la compresiune.
Totodată, cu ajutorul ultrasunetelor se pot detecta și localiza unele defecte interne ale betonului-zone de
segregare, goluri etc.
Aparatele pentru determinarea vitezei de propagare a ultrasunetelor în beton sunt de mai multe tipuri, dar
principiul de funcționare este același.Un semnal ultrasonic cu frecvențe de 40-100 kHz este produs de un
generator de impulsuri.Semnalul este transmis unui emițător pus în contact cu elementul de
încercat.Emițătorul se pune în contact cu piesa din beton prin intermediul unui material de contact.Semnalul
ultrasonic este recepționat de un receptor și apoi vizualizat analogic sau numeric.
Fig 3 - Măsurarea rezistenței betonului pe baza metodei nedistructive cu ultrasunete
Viteza de propagare a undelor ultrasonice este influențată de mai mulți factori, și anume:
-dimensiunile elementrului de construcșie
-armarea elementului de construcție
-temperatura mediului înconjurător.
Considerând acești posibili factori pentru erori , pentru a determina rezistența betonului dintr-o construcție la
care viteza de propagare se măsoară în alte condiții decât cele ale unui element etalon, trebuie făcute
anumite corecții.
2.2.2 Determinarea rezistenței betonului prin metode mecanice
2.2.2.1Metoda amprentei
Metoda amprentei constă în lovirea cu o terminație sferică din oțel a suprafeței betonului și măsurarea
diametrului amprentei obținute.Rezistența betonului se stabileste pe baza unei legături empirice care există
intre diametrul amprentei și caracteristica mecanică.
2.2.2.2 Metoda reculului
Metoda reculului se bazează pe energia restituită în momentul impactului dintre două corpuri.Astfel se poate
aprecia rezistența betonului prin măsurarea reculului unui sistem mobil la impactul cu o suprafață de beton.
Aparatul cu care se efectuază această încercare se numește sclerometru.
Determinarea rezistenței betonului cu sclerometrul se bazează pe legătura care există între duritatea
superficială a betonului exprimată cu ajutorul indicelui de recul și rezistența sa la compresiune.
Exista o serie de zone în care se efectuează determinarea rezistențelor prin sclerometrare, zone ce vor
respecta următoarele condiții:
-suprafața de încercare să nu coincidă cu direcția de turnare a betonului sau cu fața opusă acesteia
-betonul din zona de încercare să fie cât mai reprezentati pentru întregul element, în ceea ce privește
omogenitatea și calitatea
-să cuprindă regiunile puternic solicitate precum porțiunile bănuite a fi cu rezistențe scăzute
-suprafețele betonului să fie perfect plane și netede
-suprafața unei zone de incercare să fie de maxim 400 cm2 și de minim 100 cm
2 -numărul punctelor de încercare necesar pentru stabilirea rezistențelor betonului într-o singură zonă trebuie
să corespună la cel puțin 5 măsurători corecte
-punctele de încercare se vor alege astfel încât să se evite suprafețele cu agregate mari, peste 7 mm și
găurile vizibile la suprafață
-sclerometrul trebuie sa fie menținut perfect perpendicular pe suprafața de încercat
-suprafața nu trebuie să fie umedă.
Fig. 4 – Sclerometrul cu recul
2.2.3 Determinarea rezistenței betonului prin încercări distructive pe carote
Locul extragerii carotelor din elementele de construcție se stabilește în funcție de gradul de avariere al
construcției și importanța ei, având în vedere :
- să nu intersecteye armături
-zonele de extracţie să fie reprezentative pentru elementul examinat
-extragerea carotelor din zona cu defecte locale poate fi utilizată numai la preciyarea caracteristicilor
defectului examinat
Diametrul d al carotei se apreciază considerând următoarea relaţie
dcarotă≥(3..4)dmaxim al agregatului
Înălţimea carotei va fi cuprinsă între următoarele limite
dcarotă≤hcarotă≤2 dcarotă
Golul produs prin forare se va umple cu un material adecvat pentru a reface capacitatea portantă a secţiunii
slăbite.
Se recomandă păstrarea epruvetelor de la tăiere până la încercare în apă la temperatura de 20-25oC , iar cu
cel puţin 24 de ore înainte de încercare carotele trebuie scoase din apă şi păstrate în aer la aceeaşi
temperatură, pentru condiţionare.
Rezistenţa obţinută la presă prin încercarea directă a unei carote nu reprezintă rezistenţa betonului la
compresiune , şi aceasta trebuie corectată ţinând seama de :
-diametrul carotei
-subţirimea carotei măsurată prin raportul hcarotă/ dcarotă
-straturile degradate de la extremităţi
-procedeul utilizat la realizarea planeităţii suprafeţelor.
Încercarea nedistructivă a carotelor este necesară pentru determinarea constantelor elastice ale betonului şi
verificarea sau determinarea corelaţiei între parametrii utilizaţi la încercările nedistructive.
Dimensiunile epruvetelor utiliyate pentru determianrea constrantelor elastodinamice prin metoda
nedistructivă a rezonanţei trebuie să îndeplinească condiţia
hcarotă≥4 dcarotă.
În cazul metodelor de rezonanţă longitudinală epruveta se fixează la mijlocul lungimii iar în cele două
extremităţi se dispune emiţătorul şi receptorul.
Modulul de elasticitate dinamic Ed al betonului se determină cu relaţia
2 24 ad L LE L f C
g
Unde
L lungimea epruvetei
Lf frecvenţa fundamentală longitudinală
a greutatea specifică a betonului
g acceleraţia gravitaţională
LC factorul de corecţie a lui Bancoft egal cu aproximativ 1 pentru dcarotă<0.4 hcarotă
Cap.3 Materiale compozite pentru reabilitarea structurală
3.1 Metode de reabilitate Există două metode de realizare a reabilitării :
armare exterioară : constă în lipirea la suprafaţa grinzilor din beton armat sau lemn a platbandelor
compozite, consolidarea stâlpilor sau confinarea acestora cu fâşii, consolidarea zidăriilor şi
planşeelor utilizând platbande
armare interioara : face referire la armăturile înglobate în beton, simple, pre şi post întinse
Pentru repararea şi respective consolidarea structurilor degradate se utilizează :
- forme structurale cu aplicaţii la grinzi şi stâlpi
- bare şi toroane din materiale compozite cu matrice polimerice armate cu fibre de înaltă rezistenţă
pentru armarea betonului
- sisteme compozite compuse, ţesături, benzi, membrane subţiri
3.2 Produse compozite pentru reabilitarea structurală La consolidarea structurilor ingineresti se folosesc în general platbande si membrane din CMP armate
unidirectional sau bidirectional.
Elementele se obtin prin procedeele specifice fabricarii produselor din materiale compozite cu materiale
polimerice: pultrudere, procesare cu vacuumare si prin contact.
Produsele din materialele compozite se pot grupa în :
prefabricate : sub formă de fâşii sau benzi, obţinute prin pultrudere, formare manual, laminare
continuă, lipite cu adezivi de elementele ce urmează a fi consolidate, profile prefabricate tip L cu
aripi egale, cu secţiune U, membrane sau cămăşuieli prefabricate
sisteme de formare manual la faţa locului :
o fascicule de fibre impregnate amplasate ori manual fie mecanic pe suprafaţa elementelor
care urmează a fi consolidate
o fascicule din fibre uscate care se aplică manual sau mecanic pe suprafaţa care urmează a fi
consolidată
o fâşii din fibre aranjate unidirecţional şi ţesături semiunidirecţionale; elementele structurale
pot fi parţial sau total acoperite; suprafaţa betonului se pregăteşte în prealabil aplicând un
chit pentru asigurarea planeităţii şi aderenţei stratului de adeziv la suprafaţa de beton.
Ţesătura din fibre preimpregnată cu răşină se aplică direct pe suprafaţa betonului şi apoi
impregnată cu răşină
o ţesături multidirecţionale, cu fibre dispuse pe mai multe direcţii, iar răşina se aplică în
abundenţă
o fâşii sau ţesături unidirecţionale preimpregnate cu răşină, în care fibrele au o singură direcţie
iar sistemele se pot aplica fără sau cu răşină adiţională.
3.2.1 Compozitele polimerice armate cu fibre de sticlă
Fibrele de sticlă sunt alcătuite în principiu amestecând nisip silicos, calcar, acid folic si alte ingrediente
minore.Amestecul este încălzit până se topeşte la aproximativ 1260°C. Sticla topită curge apoi prin nişte
găuri fine dintr-o plăcuţă de platină.Fâşiile de sticlă sunt apoi răcite şi adunate.Apoi sun t trase pentru a
creşte rezistenţa direcţională.Fibrele urmează a fi ţesute în diverse forme pentru a fi folosite în compozite.
(CPAFS) au proprietãţi mecanice moderate. In cazul armãrii cu fibre unidirectionale şi fracţiunea volumetricã
de fibrã Vf=0,65 , compozitele au modulul de elasticitate El= 45 Gpa şi rezistenţa la întindere longitudinalã
Rtl=1300 Mpa. In direcţia normalã pe fibre, adicã în direcţie transversalã modulul de elasticitate este Et= 4
Gpa iar rezistenţa la întindere Rtl= 50-100 Mpa. Compozitele armate cu ţesãturã din fibrã de sticlã au
fracţiunea volumetricã de fibrã aproximativ Vf=0,40, iar modulul de elasticitate la întindere corespunzãtor
acestui procent de armare, este El=Et=14 Gpa.
Fig. 5 Polimer armat cu fibre de sticlă
3.2.2 Compozitele polimerice armate cu fibre de carbon
(CPAFC) unidirecţionale cu matricea epoxidicã sau vinilestrica şi cu fracţiunea volumetricã Vf= 0,65-0,70 au
modulul de elasticitate la întindere Et=155-165 Gpa, rezistenţa la întindere în direcţia longitudinală Rtl=2500-
3000 Mpa şi alungirea specificã la rupere Eul=1,2-1,3 %. Prin pultrudere se obţin în prezent platbande şi
membrane cu caracteristici geometrice şi mecanice unifome.
Fig. 6 Polimer armat cu fibre de carbon
3.2.3. Compozite polimerice armate cu fibre aramidice
(CPAFA) unidirecţionale au densitate micã şi rezistenţã la întindere cuprinsã între 1200-1400 Mpa.
Rezistenţa la compresiune mult mai redusã ( 230 Mpa ) nu recomanda folosirea CPAFA la elementele
supuse la compresiune sau în zona comprimatã a elemnetelor încovoiate. Modulul de elasticitate al acestor
compozite în direcţie longitudinalã este El=75 Gpa iar în direcţie transversalã Et= 5 Gpa. Se apreciazã cã
proprietaţile mecanice ale CPAFA sunt cuprinse în intervalul limitat inferior de CPAFS şi superior de CPAFC.
Fibrele de înaltă rezistenţă şi polimer lipite pereţilor pot să îi întărească împotriva vântului şi încărcărilor
seismic.Sistemul utilizează ţesături din fibre de aramidă ca material de rezistenţă.Fibrele sunt aranjate pe
direcţie axială şi sunt caracterizate de rezistenţă ridicată, greutate mică, nu corodează şi sunt
neconductoare.
Fig. 7 Folie de polimer armat cu fibre de aramidă
3.3 Particularitãţi ale reabilitãrii structurale cu materiale compozite O comparaţie directã între soluţiile de consolidare în care se folosesc platbande din CMP şi platbande din
oţel conduce la urmatoarele observaţii:
A. Consolidarea cu platbande are avantajele:
1. Platbandele din CMP sunt mai puţin vulnerabile la acţiunea agresivã a agenţilor chimici, de
aceea costul întreţinerii dupã instalare este mult mai redus;
2. Platbandele compozite se pot proiecta şi realiza cu proprietãţi prestabilite pe baza alegerii
elemetelor sistemului multifazic, fracţiunilor volumetrice de fibrã şi matrice, orientãrii fibrelor şi
procedeului de fabricaţie
3. CMP sunt izolatoare electrice, nemagnetice şi neconductive termic
4. Platbandele şi membranele din CMP au greutate proprie redusã şi sunt uşor de transportat,
manipulat şi instalat, adãugând valori mici la greutatea proprie;
Elementele de consolidare din CMP se pot produce cu lungimi mari, fiind posibilã livrarea şi în
rulouri
5. Reabilitarea structuralã nu necesitã decât rareori şi pe durate minime întreruperea funcţionãrii
structurii aflate în procesul de consolidare
6. Costul total al aplicãrii la platbandele din oţel şi la cele compozite este aproape acelaşi, dar dacã
se considera întreruperile în funcţionare şi costurile de întreţinere, economiile în cazul folosirii
platbandelor compozite ajung pânã la 18-20%
7. Platbandele compozite sunt recomandate în mod special în cazul clorinãrii betonului
8. In toate situaţiile în care existã agenţi corozivi şi lungimile necesare ale platbandelor depãşesc
8m soluţiile cu platbande din compozite polimerice armate cu fibre sunt mai economice
B. Dezavantajele consolidãrii cu platbande din CMP:
Din experienţa existentã pânã în prezent la soluţiile de consolidare realizate se pot identifica urmatoarele
dezavantaje:
1. Consolidarea cu platbande din CMP este sensibilã la schimbãri bruşte ale secţiunii elementelor
consolidate- denivelãrile pot conduce la iniţierea unor forme de cedare cauzate de tensiunile
locale de întindere normalã pe platbande
2. Materialele se comportã liniar elastic pânã la rupere dar existã pericolul unor cedãri fragile
3. Fibrele, mai ales cele din carbon, sunt de 4-5 ori mai scumpe decat oţelul, dar manopera este
mult mai ieftina- diferenţa dintre costuri se reduce pe mãsurã ce creşte volumul de activitate şi
apar ofertanţi noi
4. Platbandele compozite sunt mai vulnerabile la deteriorari cauzate de corpuri dure, dar
deteriorãrile sunt localizate şi se pot repara uşor
3.4 Avantajele și dezavantajele consolidărilor cu materiale compozite Utilizarea materialelor compozite în efectuarea consolidărilor structurilor prezintă o serie de avantaje, și
anume :
- greutate mică (de până la 20 de ori mai mică decât a oțelului), scăzând cheltuielile de transport și instalare
- vin într-o gamă largă de soluții, dimensiuni
- au o rezistență ultimă la rupere ridicată ( peste de trei ori decât a oțelului
- rezistenţă mare la tracţiune (compozitul denumit Kevlar, polimer organic cu fibre de aramide, are o
rezistenţă la tracţiune de două ori mai mare decât a sticlei)
- coeficient de dilatare foarte mic în raport cu metalele
- rezistenţă la şoc ridicată
- durabilitate ridicată
- capacitate mare de amortizare a vibraţiilor
- beneficiază de o întreținere simplă
- posibilitate de precomprimare
- rezistenţă chimică şi rezistenţă mare la temperaturi ridicate (fibrele de Kevlar, teflon şi hyfil până la 500oC,
iar fibrele ceramice de tip SiC, Si3N4, şi Al2O3 între 1400oC şi 2000
oC).
Înainte de a opta pentru folosirea materialelor compozite trebuie să luăm în considerare dezavantajele lor :
- prețul este încă relativ ridicat
- trebuie luate măsuri supimentare de protecție împotriva șocului
- sensibilitate la radiații ultraviolete
- sensibilitatea rășinii la umiditate
- o durată scurtă de menţinere în stare lichidă după preparare
- conductivitate termică redusă,
- un coeficient mare de dilatare termică şi rezistenţă relativ mică la şoc mecanic.
3.5 Variante de consolidare a elementelor structurale utilizând materiale compozite În continuare vom prezenta o serie de metode uzuale de consolidare a grinzilor, stâlpilor, plăcilor degradate din forfecare, structurilor din zidărie, din lemn și coșuri industriale, utilizând materiale compozite. Pentru structurile din beton armat se folosesc materiale ce au matricea realizată din rășini epoxidice , poliesterice și vinilesterice în combinație cu fibre de carbon, sticlă și aramidice.
3.5.1 Consolidări cu lamele Lamelele utilizate sunt fabricate prin pultrudere, având un conținut de fibre de 60-70% și orientate după o
direcție, se fixează cu un adeziv pe suprafața elementelor deteriorate pentru a crește capacitatea portantă a
acestora la încovoiere și tăiere.
Lamelele se folosesc la suprafețe plane ca planșeele, grinzile și pereții.Acestea pot avea diferite lățimi,
lungimi, grosimi și dispun de o flexibilitate redusă.Pentru elementele solicitate la încovoiere, lamelele se pot
lipi simplu sau prin precomprimare.Grinzile din beton armat solicitate la forfecare se rigidizează prin lamele
în formă de L care vor avea ulterior rolul de etrieri.
Fig. 8 Consolidări cu lamele
3.5.2 Consolidări cu țesături
Acest tip de consolidare se utilizează pentru creșterea rezistenței elementelor la încovoiere, forță tăietoare,
impact și explozii, la elemente circulare, rectangulare sau cuburi.Țesăturile se aplică manual, folosind fibre
lipite pe suprafața pregătită a elementului consolidat cu ajutorul unor rășini. Țesăturile se realizează din fibre
de carbon, de sticlă, de aramidă ori din fibre hibride, orientate dupa o direcție, două sau mai multe.
Există două tipuri de țesături : uscate și umede.Procedeul cu țesături uscate presupune ca instalarea să se
facă direct în rășina care a fost aplicată uniform pe suprafața de consolidat. Țesăturile umede presupun
impregnarea țesăturilor cu rășină și aplicarea lor pe elementul pregătit în prealabil.
Există o serie de scheme de înfășurare pentru consolidarea prin tăiere: înfășurare completă (imposibil de
realizat la grinzi datorită planșeelor) și folosită de regulă la stâlpi,înfășurarea pe 3 fețe (sau în U) sau lipirea
pe două fețe a elementului.
Fig. 9 Consolidări cu țesături
3.5.3 Consolidãri automate prin înfãşurarea filamentului
Consolidarea automatã prin înfãşurarea filamentului este o metodã care se aplicã la consolidarea
stâlpilor din beton armat, cu ajutorul unor echipamente automatizate de înfãşurare a fibrelor, care îmbracã
elementul. Echipamentul poate modifica conţinutul de fibre, unghiul de înfãşurare şi numãrul de straturi
aplicate. Pentru polimerizarea rãşinii, suprafata este supusã unui tratament termic de încãlzire. In urma
acestui procedeu, suprafaţa devine un strat rezistent şi puternic, cu o grosime de 5 ori mai micã şi de 12 ori
mai uşor decât o cãmãşuire de oţel. Se utilizeazã preponderent fibrele de carbon.
3.5.4 Consolidãri cu armãturi compozite
Armãturile compozite se utilizeazã în construcţii, atât la armarea betonului, cât şi la consolidãri
exterioare, datoritã avantajelor pe care le au: rezistenţã mare la coroziune, rezistenţã mare la întindere,
greutate micã ( cu 25% mai micã decât a oţelului).
In funcţie de aceste avantaje, domeniile de utilizare sunt: poduri, infrastructura drumurilor,
construcţii maritime (solicitate puternic la coroziune); medicinã, telecomunicaţii, încãperi cu aparaturã,
structuri ale cãilor ferate cu pernã magneticã ( nemagnetazibilitate); cablurile podurilor suspendate, elemente
precomprimate ( eforturi mari); consolidarea structurilor existente.
Etapele unei consolidãri presupun tãierea unui şliţ pe suprafaţa elementului de consolidat, umplerea
acestuia cu raşinã, aşezarea armãturii în acesta, îndepãrtarea surplusului şi nivelarea.
Consolidarea cu armãturi compozite se poate aplica la elemetele încovoiate, tãiate, la elemente din
beton, lemn, zidãrie şi cãrãmidã.
3.5.5 Consolidarea elementelor din beton armat
Consolidarea elementelor din beton armat trebuie sã respecte conceptul general al armãrii exterioare; se
realizeazã prin lipirea de platbande din CPAF pe suprafaţa de beton în zonele în care se doreşte o creştere
a capacitaţii portante astfel încât sã se obţinã un mecanism de cedare convenabil.
Consolidarea unei grinzi din beton armat solicitatã la încovoiere cuprinde urmãtoarele etape:
- alegerea unui compozit cu modul de elasticitate suficient de mare astfel încât sã se poatã folosi platbande
subţiri cu proprietãţi stabile în timp;
- pentru a ajunge la un spor de capacitate portantã dorit, se determinã grosimea secţiunii transversale a
platbandelor;
- gradul de consolidare, egal cu raportul dintre momentul capabil al elementului consolidat si cel ulterior
consolidãrii, trebuie sã fie de maxim 2,0;
- verificarea posibilitãţilor de cedare prematurã prin mecanisme de desprindere a platbandelor;
- respectarea cu stricteţe a tuturor operaţiilor;
In figura 10 este prezentatã consolidarea grinzilor din beton armat cu platbande compozite:
a) Grindã din beton armat
b) Platbandã compozitã
c) Şurub de ancoraj
d) Jug metalic de strângere
e) Traversã de strângere
f) Adeziv
g) Cupon încălzit
Fig 10. Consolidarea grinzilor din beton armat cu platbande compozite
Consolidarea pentru majorarea capacitãţii portante la forfecare este determinatã de urmãtorii factori:
- rigiditatea stratificatului compozit
- modul de dispunere a materialelor compozite şi orientarea fibrelor
- rezistenţele mecanice ale betonului
- calitatea adezivului sau a rãşinii utilizate
S-a ajuns la concluzia potrivit cãreia mecanismul de cedare se poate realiza prin rupere la tracţiune a
elementului compozit ( datoritã concentrãrii tensiunilor) sau desprinderea compozitului de pe suprafaţa
betonului.
Figura 11 prezintă soluţii de consolidare a grinzilor la forţa tãietoare, folosind CPAF:
a) Membranã continuã cu fibre normale pe axa grinzii
b) Armare cu fâşii verticale
c) Armare cu fâşii înclinate
d) e) f) armare cu membrane cu fibrele în diverse direcţii
h) h,i,j – conlucrarea beton compozit pe secţiunea transversalã
1- beton armat
2- CPAF
3- Bolţ
Figura 11 Soluţii de consolidare a grinzilor la forţa tãietoare
Consolidarea stâlpilor din beton armat utilizand CPAF se poate face la partea superioarã, inferioarã
sau pe toatã înãlţimea acestora. Aderenţa dintre stâlp şi materialul de consolidare se face cu o rãşina
epoxidică. Utilizând CPAF la consolidarea stâlpilor se suplimenteazã armãtura transversalã şi longitudinalã
se majoreazã rezistenţa şi rigiditatea acestora, fãrã a necesita costuri mari de manoperă şi transport, iar
execuţia se realizeazã în timp scurt.
Soluţii de consolidare a stâlpilor
- confinarea stâlpilor din beton armat folosind ţesãturi din fibre de carbon
- consolidarea stâlpilor din beton armat folosind benzi din CPAF de carbon sau kevlar ( lipite cu adezivi, la
distanţe calculate în prealabil)
- Confinarea stâlpilor din beton armat folosind membrane din CPAF
- Confinarea stâlpilor din beton armat folosind fascicule din CPAF (toroane sau fascicule de carbon sau
kevlar pretensionate)
- Confinarea stâlpilor din beton armat folosind met. aut. (, fibrã de sticlã, carbon sau kevlar sunt impregnate
sau nu cu rãşina epoxidicã şi bobinate sub un anumit unghi în jurul stâlpului)
- consolidarea pe toata înãlţimea stâlpului cu un anumit numãr variabil de straturi de CPAF
Fretele circulare sau etrierii din oţel determinã o stare de tensiune triaxiala care majoreazã rezistenţa
betonului de aproximativ1,6 pana la 4,0 ori faţã de rezistenţa la compresiune monoaxială. Confinarea
lateralã se realizeazã cu armãturi longitudinale ( etrieri rectangulari şi circulari, spirale, agrafe, frete
circulare), cu cãmãşuiri folosind platbande metalice sudate, materiale compozite cu matrice polimerice
armate cu fibre( faşii, membrane subţiri, ţesãturi). Confinarea laterala are rolul de a majora rezistenţa şi
ductilitatea betonului la compresiune, dar şi de a împiedica flambajul armãturii longitudinale.
3.5.6 Consolidarea structurilor din zidãrie
Consolidarea structurilor din zidãrie este mai eficienta prin utilizarea fâşiilor compozite înguste, orientate
dupa direcţia tensiunilor normale. In figura FIG 12 sunt prezentate câteva soluţii de consolidare a zidurilor
de cãrãmidã.
Zona A,B - fâşii lipite pentru creşterea capacitãţii portante la încovoiere şi forfecare
Zona C - fâşii (tendoane) nelipite, dispuse pe contur pentru confinarea zidãriei.
Fig 12. Consolidarea structurilor de zidărie
O atenţie mãritã trebuie asiguratã ancorãrii armãturii compozite la capete, prin lungimi de ancorare suficient
de mari. Tiranţii din materiale compozite polimerice armate cu fibre se folosesc la consolidarea
monumentelor istorice de zidãrie.
3.5.7 Consolidarea elementelor din lemn
Consolidarea elementelor din lemn folosind CPAF este o idee nouã adusã în domeniul construcţiilor.
Consolidarea grinzilor de lemn se bazeazã pe acelaşi principiu precum grinzile de beton armat. Pentru a
consolida stâlpii se presupune o prima evaluare din punct de vedere economic deoarece este mai eficient a
consolida elementul cu CPAF sau a îl înlocui cu altul tot din lemn. In cazul secţiunilor rectangulare,
înlãturarea regiunilor afectate se face cu un fierastrãu electric , acestea înlocuindu-se cu o bucata de lemn
sãnãtoasã din aceeaşi esenţã sau de esenţã mai tare. Pentru confinare se pot folosi ţesãturi din fibrã de
sticlã sau fibre de carbon preimpregnate cu rãşini epoxidice sau fâşii din CPAFC.
Cap.4 Studii de caz
4.1 Utilizarea materialelor compozite moderne la construcții industriale
(Studiu realizat la Facultatea de Construcții Civile, Universitatea Tehnică Gh. Asachi, Iași) Compozitele polimerice armate cu fibre sunt recomandate pentru reabilitarea structurală pentru că dispun de o greutate specifică mică, sunt rezistente la coroziune și pot fi croite sub diverse forme.Prin urmare, acestea se pot dispune ușor pe suprafața elementelor din materiale tradiționale, necesitând mai puțină forță de muncă și nu modifică încărcările elementelor structurale. Caracteristicile de rezistență ale acestor materiale au fost testate la Iași, în cadrul unul program experimental, unde toate elementele de rezistență ale unei hale industriale au fost analizate și supuse soluțiilor de consolidare.
Fig 13. Hală industrială supusă soluțiilor de reabilitare folosind compozite polimerice armate cu fibre 1.fâșii bidirecționale 7.fâșii continue 2. fâșii unirecționale 8. fâșii înclinate 3.benzi 9.înveliri în formă de U 4.confinare cu țesături 10.soluție pentru grinda principală transversală 5.confinare combinata de benzi și țesături 11.confinarea plăcii 6.soluții pentru grinzi si membrane de beton armat 12.compozite pentru elementele de acoperiș
Procedeu de fabricație Zone de utilizare în c-ții industriale Profile pultruse structurale din polimer armat cu
fibre Sisteme structurale: cadre, grinzi, armări interioare
pentru elemente de beton și lemn,elemente
pretensionate de beton, creșterea rezistenței
elementelor din materiale tradiționale (beton, zidărie,
lemn, metal)
Profile pultruse nestructurale din polimer armat
cu fibre Uși și ferestre industriale, sisteme de ventilare
Filament Rezervoare, țevi, stâlpi cu secțiune circulară
Așezare manuală prin spray-iere Forme complexe de acoperiș, podele industriale
Laminate continue Anvelopa clădirii-acoperiș și pereți
Prin injectare Medii supuse agenților chimici
Tehnologia de spray-ere Podele industriale(stratul de uzură), unde se
folosesc fibre scurte ca cele de carbon și sticlă
Tab.1 Domenii de utilizare a compozitelor polimerice
4.2 Reabilitarea pereților de zidărie nearmată folosind materiale
compozite (Studiu realizat la Swiss Federal Institute of Technology at Lausanne,Elveția) Clădirile din zidărie nearmată sunt foarte comune în rândul construcțiilor.Majoritatea dintre acestea nu au fost proiectate să îndeplinească cerințe seismice.Totuși, cutremurele ne-au demonstrat ca acest gen de structuri sunt vulnerabile și deci este necesară o strategie de reabilitare. Aproximativ 96% din clădirile din zidărie nearmată din California necesită reabilitare, ducând la o cheltuială de peste 4 miliarde de dolari.Un studiu recent în zona Basel,Elveția arată că intre 45 și 80% dintre clădirile ZNA ar suporta degradări severe ori distrugere în timpul unui cutremur moderat. Colegii din Elveția au întreprins un program care să surprindă eficacitatea materialelor compozite aplicate pereților de zidările nearmată, scara 1:2. Specimenele testate au avut geometrii diferite : pereti zvelți si pereți cu înălțimi mici.S-au folosit 2 tipuri de mortar, mortar slab (M2.5) și mortar rezistent (M9).Pentru upgradarea sistemelor se utilizează diverse tipuri de polimeri armați cu fibre în mai multe configurații.
Fig 14. Geometria probelor
Denumire comercială
Tip fbră Greutate (g/m2) ft [MPa] E [GPa] ε [%]
Sika Warp-400A 0/90
aramidă 205 2880 100 2.8
Sika Warp-300G 0/90
sticlă 145 2400 70 3.0
MeC Grid G4000 sticlă 139 3450 72 4.0 Sika CarboDur
S512 carbon 93 2800 165 1.7
Sika CarboDur T1.214
carbon 26 2400 135 1.6
Tab 2. Caracteristicile compozitelor utilizate
Probele au fost testate cu un simulator uni-axial de seism la Institutul Federal Elvețian de Tehnologie la
Zurich.O probă de test a fost construită pe o fundație de beton.După 7 zile s-a fixat o grindă la partea
superioară a peretelui, utilizând mortar puternic (M20). Pentru a simula încărcarea gravitațională de
aproximativ 30kN s-au folosit 2 bare pretensionate externe, încărcare ce se adaugă celor 12kN din greutate
proprie a elementelor de metal, grinzii armate de beton și panoului de zidărie.
Fig 15.Probele zvelte
Deplasările impuse s-au bazat pe accelerația sintetică prevăzută de Eurocod 8 pentru sol de tip A și
accelerație de vârf de 1.6m/s2.Probele au fost supuse unei accelerații de intensitate crescătoare (10%) până
la cedare.
Fig. 16 Pereți de înălțime mică
Rezultate experimentale
Toate materialele adăugate au mărit rezistența laterală de până la 1.5..2.9 ori.
Au fost observate diferite moduri de cedare.Probele zvelte întărite pe toată fața au dezvoltat un mod de
rupere în partea de jos a zidăriei și fibrelor.Pentru probele de înălțime mică, rezistența laterală când au fst
consolidate pe toata fața, a fost mai mare decât capacitatea mașinii de testare, prin urmare la sfârșitul
testării nu erau semne importante de cedare.
Probele consolidate în diagonală (X) nu au avut succesul predecesoarelor lor, prezentând fisuri în rosturi de
mortar datorită forței tăietoare.
Fig 17. Moduri de cedare (a)L2-GRID-G-F, (b)L1-WRAP-G-F, (c)L1-WRAP-G-X, (d)S1-WRAP-G-F,
(e)S2-WRAP-A-F, (f)S1-LAMI-C-X
În condițiile de testare, consolidarea pe o pare a dat rezultate bune.Mici asimetrii s-au înregistrat în cazul
pereților de înălțime mică.
La unele specimene s-a observat desprinderea fibrelor/rețelor sub forma unor pete albe.Această desprindere
a apărut pentri diferite nivele de încărcare laterală, între 50% și 80% din rezistența ultimă.
Țesătura a oprit molozul să cadă de pe perete după cedare, prevenind astfel posibila rănire a ocupanților
vecinătății peretelui în ipostaza unui cutremur real.
4.3 Reabilitarea infrastructurii folosind materiale compozite: Prezentare
generalã si Aplicaţii
(Yousef A. Al-Salloum si Tarek H. Almusallam
Conferenţiari profesori, Departamentul Inginerie Civilã, Universitatea King Saud,
P.O. Box 800, Riyafh 11421, Arabia Sauditã)
Volumul de infrastructurã care trebuie modernizat, consolidat sau/şi reparat creşte în întreaga lume.
Metodele de reabilitare au de-a face cu provocãri din partea materialelor noi şi metode care oferã
comoditate în aplicaţii şi mai puţine grade în constrângerile financiare ale beneficiarul. Noile progrese ale
fibrei de polimer armat compozit (FPA), aduce atât de multe avantaje peste oţel şi alte materiale
convenţionale şi au furnizat inginerilor constructori stimuli de ocolire a dificultaţilor care se întâmpinau în
folosirea materialelor tradiţionale din cadrul procesului de reabilitare. Deşi aplicabilitatea acestor materiale şi
metode noi sunt verificate de mai bine de 10 ani în aplicaţii pe şantier şi foarte multe probe şi verificãri în
laboratoare, mulţi ingineri, beneficiari, arhitecţi şi contractori au încã ezitãri în a se folosi în totalitate de
avantajele acestor materiale compozite. Multe din aceste ezitãri sunt datorate lipsei de informare şi
îndrumare de cãtre specialişti pe parcursul unei reabilitãri, lipsei de înţelegere deplinã a performanţei
structurale a structurii compozite sub acţiunea încãrcãrilor de lungã şi scurtã duratã. De asemenea existã
contraargumentul cã aceste materiale costã de 5-10 ori mai mult decât oţelul. Costul total real cu materiale
compozite în general este mult mai mic deci mai economic decât oţelul. Acest argument din urmã se
datoreazã faptului cã în procesul de reabilitare a unei construcţii, materialele costã doar o fracţiune din costul
total, restul însemnând manoperã, transport şi mentenanţã. Acest articol ne furnizeaza o prezentare
generalã despre proprietãţile inginereşti al FPA-ului, material compozit pentru reabilitãri. De asemenea
prezintã informaţii de cercetare şi dezvoltare folosite în zona Arabiei Saudite despre folosirea materialelor
compozite moderne pentru reabilitãri de componente structurale.
Articolul ne explicã necesitatea reabilitãrii structurilor, din ce în ce mai mult; urmând apoi
prezentarea de proceduri convenţionale precum cãmãşuirea unui element structural vechi, injectarea cu
beton, curãţarea şi adãugarea de beton nou etc.; reabilitarea folosind plãci de oţel, pe o faţã sau pe mai
multe feţe ale stâlpului sau a grinzii. In cele ce urmeaza ne sunt prezentate caracteristicile fibrei de polimer
armat (FPA) urmând apoi exemple de reabilitãri cu FPA. Câteva nume care îşi prezintã aplicaţiile şi
cercetãrile cu aceste materiale sunt: Meier, Saadatmanesh, Triantafillou si Pelvris, Spadea, Berset, Al-
Sulaimani, Sharif, Sato, Bazaa, Nanni, Alsayed. Avem prezentat în continuare reabilitarea cu FPA a stâlpilor
şi grinzilor din beton armat cât şi a pereţilor din zidãrie cu FPA laminate care transforma ansamblul de
cãrãmizi din perete într-un tot unitar iar rezultatele dupã reabilitare fiind consistent semnificative.
Compozitele din FPA laminat mai au aplicaţii şi în instalaţii cum de altfel ne este prezentat în finalul
articolului.
Concluzii:
Compozitele din FPA au fost introduse recent în comunitatea ingineriei civile. Existã trei tipuri
generale de materiale compozite care sunt comercializate: Fibrele de sticlã, fibrele de carbon şi compozitele
din aramidã. Aceste materiale sunt durabile, au viaţã lungã şi o rezistenţã superioarã anti-coroziune şi anti
atacurilor chimice. Raportul rezistenţã-greutate este unul foarte ridicat. Compozitele sunt uşor de manevrat
pe şantiere şi suficient de pliabile pentru a configura orice forma de element reabilitat. Sunt adaptabile la
aproape orice formã geometricã din construcţii. In plus, luând în considerare faptul cãmanopera consolidarii
infrastructurilor, costa cu mult mai mult decât materialele obişnuite, cam cu 80% mai mult; la materialele
compozite manopera se reduce substanţial. Pentru acestea se crede cu tãrie ca pot fi obţinute economii
importante prin utilizarea cu succes a noilor metode de reabilitare şi consolidare.
4.4 Reabilitarea seismicã a pereţilor din beton armat folosind fibre
compozite (A. Ghobarah si A.A. Khalil)
Pereţii structurali din beton armat sunt un sistem eficient de rezistenţã la încãrcãri laterale. Sub
acţiunea seismicã, este de aşteptat ca peretele sã prezinte un comportament ductil şi sã disipe energia din
încovoiere prin intermediul unor balamale de plastic poziţionate în partea de jos a peretelui. Cedarea
prematurã a pereţilor proiectaţi conform normativelor a fost observatã în urma recentelor seisme produse.
Astfel în acest articol se va prezenta efectuarea unui experiment pentru a investiga scheme potenţiale de
reabilitare pentru rezistenţã mãritã şi ductilitatea pereţilor. Inovaţia realizãrii unui astfel de test/experiment
este acela ca avem posibilitatea sã controlam raportul dintre încarcarea axialã, momentul încovoietor şi forţa
tãietoare. S-a efectuat acest test conform unei acţiuni seismice care s-ar transmite asupra acestuia. S-a
fãcut testul pe 3 pereţi. Unul normal iar celelalte doua modele folosind scheme cu foi din fibre armate
bidirecţional respectiv ancorate. Rezultatele au arãtat cã în primul caz acesta a cedat rapid dar celelalte
douã cazuri, rebilitate cu materiale compozite, au avut rezultate foarte bune, perete nefiind afectat şi
deteriorat.
Crearea unor teste în laboratoare specializate pentru încercarea pereţilor sub diferite forme de
reabilitare cu materiale compozite permite observarea şi controlarea acţiunilor asupra acestuia în timpul unui
cutremur. Cele douã cazuri reabilitate ale pereţilor cu încarcari laterale folosind foi din fibre de carbon
armate şi ancoraje metalice sau au dovedit eficacitatea acestora în cazul unui acţiunii seismice. Cedarea
sau fisurarea peretelui nu mai are loc datoritã faptului cã fibrele de carbon au fost poziţionate la un unghi de
45 grade astfel contracarând fisurile din diagonale. Aceasta protejare a peretelui a împiedicat şi întârziat ca
betonul sã fisureze chiar şi la valori de încãrcare foarte ridicate şi a permis astfel betonului sã aiba
propritãţile dorite.
Concluzii
Materialele compozite au devenit în ultimii ani din ce in ce mai populare , producția mondială
dublându-se la fiecare 5 ani.
Lucrarea de față a avut ca scop familiarizarea cititorului cu conceptul de material compozit și
modalitățile de utilizare a acestuia în momentul de față.
Caracteristicile mecanice , chimice și fizice fac din materialele compozite o soluție viabilă pentru a fi
utilizate în reabilitare construcțiilor.
În urma studiului se pot trage următoarele concluzii :
O mare parte din clădirile existente necesită întrețineri suplimentare și reabilitări, fiind în pericol de
cedare în ipoteza unui viitor cutremur (spre exemplu multe clădiri din București, peste 90% din
cladirile din zidărie nearmată din California și peste 60% din clădirile zonei Basel-Elveția)
Materialele compozite vin într-o gamă largă de soluții și dimensiuni : compozite polimerice armate cu
fibră de sticlă, armate cu fibre aramidice, armate cu fibre de carbon, prefabricate ori sisteme formate
la fața locului
Au o durabilitate ridicată
Au o rezistență ultimă la rupere ridicată (până de 3 ori rezistența oțelului)
Rezistență la șoc ridicată
Oferă o siguranță mai mare în exploatare ( pe lângă creșterea capacității portante a elementului pe
care se aplică, țesăturile pot opri molozul să cadă de pe perete în cazul cedării, prevenind posibila
rănire a ocupanților)
Rezistență la agenți agresivi de orice tip și capacitate ridicată de amortizare a vibrațiilor , rezistență
mare la temperaturi ridicate (de aceea sunt utilizați în mediile chimice industriale, la coșurile de fum ,
pardoseli indistriale , rezervoare și țevi)
Desigur, toate aceste avantaje trebuie cântărite având în vedere că momentan, prețul pentru
materialele compozite este destul de ridicat (de 5-10 ori mai scump decât oțelul)
Bibliografie
1. Banu M. - Tehnologia Materialelor Compozite – Curs Anul IV MF 2007-2008
2. Budescu M, Ciongradi P, Taranu N, Gavrilas I, Ciupala M, Lungu I – Reabilitarea Constructiilor –
Editura Vesper, 2001
3. ElGawady M.A., Lestuzzi P, Badoux M – Rehabilitation of Unreinforced Brick Masonry Walls Using
Composites – Swiss Federal Institute of Technology of Lausanne EPFL, Switzerland
4. Lupescu M - Fibre de Armare pentru Materialele Compozite, Editura Tehnica, 2004
5. Ghobarah A., Khalil A.A. - Seismic Rehabilitation Of Reinforced Concrete Walls Using Fibre
Composites, 13th World Conference on Earthquake Engineering Vancouver, B.C., CanadaAugust
1-6, 2004Paper No. 3316
6. Manea Daniela –Materiale compozite-Editura U.T. PRES, 2003
7. Oprisan G, Taranu N, Munteanu V, Entuc I – Application of modern polymeric composite material in
industrial construction – Buletinul Institutului Politehnic din Iasi publicat de Universitatea Tehnica
“Gheorghe Asachi” din Iasi, Tomul LVI (LX), Fasc 3, 2010 Sectia Constructii, Arhitectura
8. Yousef A. Al-Salloum, Tarek H. Almusallam - Rehabilitation of the Infrastructure Using
Composite Materials: Overview and Applications, J. King Saud Univ., Vol. 0, Eng. Sci (2),
pp. 000-000, (A.H. 1423/2002)