ÎMBINĂRI ADEZIVE PENTRU ELEMENTE Dragos - Rezumat...ÎMBINĂRI ADEZIVE PENTRU ELEMENTE PULTRUDATE DIN COMPOZITE POLIMERICE ARMATE CU FIBRE ii 5.5 Concluzii 26 Capitolul 6 Principii

UNIVERSITATEA TEHNICĂ „GHEORGHE ASACHI” DIN

IAȘI

FACULTATEA DE CONSTRUCȚII ȘI INSTALAȚII

ÎMBINĂRI ADEZIVE PENTRU ELEMENTE

PULTRUDATE DIN COMPOZITE

POLIMERICE ARMATE CU FIBRE

– REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT –

Doctorand:

Ing. Dragoș Ungureanu

Conducător de doctorat:

Prof. univ. dr. ing. dr. H.C. Nicolae Țăranu

IAȘI – 2018

ÎMBINĂRI ADEZIVE PENTRU ELEMENTE PULTRUDATE DIN

COMPOZITE POLIMERICE ARMATE CU FIBRE

i

CUPRINS

Capitolul 1 Introducere 1

1.1 Generalități 1

1.2 Motivația și obiectivele cercetării 1

1.3 Conținutul tezei 2

Capitolul 2 Stadiul actual al cercetării în domeniul îmbinărilor adezive pentru

elemente compozite

4

2.1 Introducere 4

2.2 Aplicații ale îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din CPAF 4

2.3 Stadiul actual al cercetării în domeniul îmbinărilor adezive pentru elemente

compozite

8

2.3.1 Generalități 8

Capitolul 3 Materiale compozite polimerice armate cu fibre 12

3.1 Introducere 12

3.2 Tipuri de fibre 14

3.2.1 Fibre de sticlă 15

3.2.2 Fibre de carbon 15

3.2.3 Fibre aramidice 16

3.3 Tipuri de matrice polimerice 16

3.3.1 Rășini epoxidice 16

3.3.2 Rășini poliesterice 17

3.3.3 Rășini vinilesterice 17

3.3.4 Rășini termoplastice 17

Capitolul 4 Adezivi pentru îmbinarea elementelor 18

4.1 Introducere 18

4.2 Clasificarea adezivilor 18

4.2.1 Clasificare în funcție de compoziția chimică 19

4.2.2 Clasificare în funcție de natura adezivului 19

Capitolul 5 Rezistența de aderență 20

5.1 Introducere 20

5.2 Teorii de aderență 20

5.2.1 Teoria conlucrării mecanice 20

5.2.2 Teoria atracției electrostatice 20

5.2.3 Teoria adsorbției 20

5.2.4 Teoria legăturilor chimice 20

5.2.5 Teoria difuziei moleculare 20

5.4 Studiul microscopic al suprafețelor elementelor CPAF 22

5.4.1 Descrierea studiului experimental 23

5.4.2 Gradul de omogenitate a suprafețelor elementelor CPAF 24

5.4.3 Porozitatea elementelor CPAF 24



ii

5.5 Concluzii 26

Capitolul 6 Principii de proiectare a îmbinărilor realizate cu adezivi 27

6.1 Introducere 27

6.3 Analiza stării de tensiuni din îmbinările adezive 27

6.4 Studiul analitic al stării de tensiuni din îmbinările adezive 28

6.4.1 Modelul Volkersen 28

6.4.2 Modelul Goland - Reisner 28

6.4.3 Modelul Hart - Smith 28

6.5 Analiza pe cale numerică a stării de tensiuni din îmbinările adezive 29

6.6 Calculul îmbinărilor adezive pe baza modelelor analitice și numerice și a

programelor experimentale

30

6.6.1 Proiectarea îmbinărilor realizate prin suprapunere simplă 30

6.6.2 Proiectarea îmbinărilor în straturi sau cu eclise duble 31

6.7 Studiu comparativ între metodele analitice și metodele numerice aplicate în

vederea obținerii răspunsului structural al îmbinărilor adezive

32

6.7.1 Caracteristicile geometrice ale îmbinărilor analizate 32

6.7.2 Studiul distribuției tensiunilor pe cale analitică 34

6.7.3 Analiza numerică bazată pe metoda elementului finit 35

6.7.4 Rezultate 36

6.8 Optimizarea parametrilor constructivi ai îmbinărilor adezive pentru

elemente pultrudate din CPAF

39

6.8.1 Caracteristicile geometrice ale îmbinărilor analizate 39

6.8.2 Conceperea modelelor numerice 40

6.8.3 Rezultate 40

6.9 Concluzii 41

Capitolul 7 Cercetări experimentale privind eficiența structurală a îmbinărilor

adezive pentru elemente pultrudate

43

7.1 Generalități 43

7.4 Program experimental pentru investigarea îmbinărilor adezive dintre

elemente CPAF

43

7.4.1 Introducere 43

7.4.2 Descrierea epruvetelor fabricate pentru programul experimental 44

7.4.3 Asamblarea epruvetelor 48

7.4.4 Instrumentarea epruvetelor 57

7.4.5 Descrierea metodologiei de testare 58

Capitolul 8 Rezultate ale programului experimental privind eficiența structurală a

îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate

59

8.1 Introducere 59

8.2 Investigarea modurilor specifice de cedare în raport cu forțele capabile

ultime dezvoltate de îmbinări

59

8.2.1 Cedarea prin desprinderea și ruperea fibrelor 65

8.2.2 Cedarea prin cumul de moduri specifice 66



iii

8.2.2.1 Combinație între modul dominant (desprinderea și ruperea fibrelor) și

modul secundar – desprinderea la nivelul interfeței

66


modul secundar – cedare coezivă

67

8.3 Trasarea curbelor forță - deplasare 68

8.4 Trasarea curbelor tensiuni tangențiale – deformații specifice 69

8.5 Variația deformațiilor specifice în lungul zonei de îmbinare 75

8.6 Trasarea curbelor tensiuni tangențiale – lunecare 79

8.7 Concluzii 85

Capitolul 9 Modelare numerică a comportării îmbinărilor adezive pe baza metodei

cu elemente finite

88

9.1 Introducere 88

9.2 Modelarea și analiza numerică a îmbinărilor adezive pentru elemente

pultrudate din compozite polimerice armate cu fibre de sticlă (CPAFS)

88

9.2.1 Conceperea modelelor numerice 88

9.2.2 Rezultatele modelării numerice 90

9.3 Concluzii 100

Capitolul 10 Concluzii generale, contribuții personale și valorificarea rezultatelor 101

10.1 Concluzii generale 101

10.2 Contribuții personale 110

10.3 Valorificarea rezultatelor 111

Bibliografie generală 115



1

Capitolul 1

INTRODUCERE

1.1 Generalități

În ultimele decenii sectorul construcțiilor a dezvoltat un spectru larg de aplicații ale

materialelor compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) în domeniul ingineriei civile. În marea

lor majoritate, aceste aplicații constau în diferite sisteme de consolidare a elementelor structurale,

bazate pe utilizarea unor materiale și produse compozite cu proprietăți fizice și mecanice

superioare materialelor clasice. Eficiența metodelor de consolidare cu materiale CPAF a fost

studiată de numeroase echipe de cercetare prin programe experimentale. Astfel, pe baza

rezultatelor obținute, au fost fundamentate modele teoretice de calcul și s-au definit

particularitățile fiecărui sistem, necesare pentru implementarea metodelor de analiză numerică.

Ca urmare a succesului acestor studii, tendința firească a echipelor de cercetare a fost să

testeze aplicabilitatea materialelor compozite pentru fabricarea unor noi elemente structurale

pentru construcții. Astfel, atenția a fost captată de produsele pultrudate din CPAF, ca urmare a

proprietăților deosebite pe care acestea le prezintă (raport favorabil rezistență – greutate, rezistență

ridicată la coroziune, transparență electromagnetică, ș.a.).

1.2 Motivația și obiectivele cercetării

Tematica generală a tezei de doctorat se referă la studiul conlucrării dintre elementele

pultrudate din compozite polimerice armate cu fibre de sticlă (CPAFS), utilizate în cadrul

îmbinărilor adezive cu rol structural. Studiile relativ limitate din literatura de specialitate, care fac

referire la această tematică, au condus la elaborarea și realizarea unui program de cercetare ce

poate fi clasificat pe trei paliere: analitic (teoretic), numeric și experimental.

Principalele obiective urmărite în cadrul programului doctoral au fost:

• Realizarea unei sinteze bibliografice cuprinzătoare care prezintă stadiul actual al

cunoașterii în domeniul îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din CPAF, prin

raportarea la aplicațiile existente din domeniul ingineriei civile și la rezultatele promovate

de diferite echipe de cercetare;

• Prezentarea principalelor tipuri de materiale CPAF și de adezivi structurali existente pe

piața construcțiilor, precum și posibilele configurații ale îmbinărilor adezive;



2

• Prezentarea teoriilor de aderență aplicabile produselor compozite și caracterizarea

parametrilor definitorii ai acestora prin studiul microscopic al unora dintre cele mai

utilizate elemente din CPAF;

• Identificarea modelelor analitice de calcul pe baza cărora se pot evalua parametrii cheie

ai conlucrării;

• Definirea și caracterizarea parametrilor specifici pentru analiza pe cale numerică a

îmbinărilor adezive;

• Prezentarea unor principii de proiectare cu grad mare de aplicare;

• Studiul comparativ între metodele analitice și metodele numerice aplicate în vederea

obținerii răspunsului structural al îmbinărilor adezive;

• Optimizarea parametrilor constructivi ai îmbinărilor adezive prin șanfrenarea

extremităților stratului de adeziv. Studiu numeric comparativ pe diverse configurații;

• Studiul microscopic al metodelor de tratare a suprafețelor elementelor din CPAFS;

• Conceperea și realizarea unui program experimental pe baza căruia s-a studiat influența

proprietăților fizice și mecanice ale produselor CPAFS și ale adezivilor asupra

parametrilor de conlucrare;

• Validarea rezultatelor experimentale prin intermediul analizelor numerice bazate pe

metoda elementelor finite.

1.3 Conținutul tezei

Teza de doctorat este structurată pe zece capitole, după cum urmează:

Capitolul 1 – Introducere, definește motivația și prezintă premisele ce stau la baza

programului de cercetare. De asemenea, este descris succint conținutul fiecărui capitol.

Capitolul 2 – Stadiul actual al cercetării în domeniul îmbinărilor adezive pentru elemente

compozite, este divizat în două secțiuni. În prima parte se prezintă aplicațiile efective, realizate la

nivel mondial, iar în cea de a doua parte, prin studierea aproape exhaustivă a literaturii de

specialitate, s-au selectat și prezentat cele mai importante studii, în raport cu tipul materialelor

CPAF și adezivilor.

Capitolul 3 – Materiale compozite polimerice armate cu fibre, prezintă cele mai utilizate

tipuri de materiale CPAF. Se identifică și se descriu fazele constituente, elementele componente

(fibre, matrice, adaosuri) și caracteristicile fizice și mecanice ale acestora.

Capitolul 4 – Adezivi pentru îmbinarea elementelor, identifică și caracterizează principalele

tipuri de adezivi și realizează clasificarea acestora în funcție de structură, de compoziția chimică,

de comportarea mecanică și de compatibilitatea cu materialele CPAF.

Capitolul 5 – Rezistența de aderență, descrie teoriile de aderență, prin raportarea la tipul și

natura legăturilor fizice, chimice și mecanice ce se formează la interfața compozit - adeziv.



3

Capitolul 6 – Principii de proiectare a îmbinărilor realizate cu adezivi, prezintă metodele

analitice și numerice de evaluare a parametrilor de conlucrare. În încheierea capitolului, se

realizează două studii comparative. Primul studiu face referire la similaritatea rezultatelor obținute

pe cale analitică și numerică pentru două tipologii de îmbinare (îmbinarea prin suprapunere simplă

și îmbinarea cu aderenți rigizi), iar cel de al doilea la optimizarea parametrilor constructivi ai

îmbinărilor adezive prin șanfrenarea extremităților stratului de adeziv.

Capitolul 7 – Cercetări experimentale privind eficiența structurală a îmbinărilor adezive

pentru elemente pultrudate, constă în descrierea programului experimental dezvoltat în scopul

caracterizării particularităților de conlucrare dintre elementele CPAFS și adezivi. În acest sens, în

prima parte se prezintă succint metodele de investigare experimentală dezvoltate de diferite echipe

de cercetare, iar în cea de-a doua parte se descriu materialele utilizate pentru realizarea epruvetelor

și modalitățile de instrumentare a acestora, în vederea monitorizării pe parcursul testării. Tot în

cadrul acestui capitol, se realizează un studiu microscopic pentru determinarea parametrilor

procesului de tratare a suprafețelor elementelor CPAFS utilizate în cadrul experimentului.

Capitolul 8 – Rezultate ale programului experimental privind eficiența structurală a

îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate, prezintă și analizează rezultatele obținute pe cale

experimentală. Astfel, pentru fiecare epruvetă ce a făcut obiectul programului experimental:

• se descrie modul specific de cedare și se analizează microscopic suprafața de cedare;

• se evaluează forța capabilă ultimă, lunecarea maximă și deformația specifică ultimă;

• se trasează graficele încărcare – deplasare, tensiuni tangențiale – deformații specifice și

tensiuni tangențiale – lunecare;

• se urmărește variația deformațiilor specifice pe zona de îmbinare la diferite trepte de

încărcare.

Capitolul 9 – Modelare numerică a comportării îmbinărilor adezive pe baza metodei cu

elemente finite, prezintă rezultatele analizelor numerice efectuate pentru îmbinările ce au făcut

obiectul programului experimental. În finalul capitolului, se realizează o analiză comparativă a

rezultatelor în raport cu datele obținute pe cale experimentală.

Capitolul 10 – Concluzii generale, contribuții personale și valorificarea rezultatelor,

încheie teza de doctorat prin sintetizarea concluziilor generale și prezentarea contribuțiilor

personale ale autorului și modul în care acestea au fost valorificate.



4

Capitolul 2

STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRII ÎN DOMENIUL

ÎMBINĂRILOR ADEZIVE PENTRU ELEMENTE

COMPOZITE

Introducere

Utilizarea eficientă a elementelor portante realizate din materiale compozite polimerice

armate cu fibre (CPAF) este condiționată de proiectarea și realizarea corectă a îmbinărilor. Studiile

realizate în ultimul deceniu privind îmbinările adezive ale materialelor compozite au demonstrat

că, prin prisma calităților deosebite pe care acestea le posedă, îmbinările mecanice pot fi înlocuite

cu succes cu soluții bazate pe utilizarea adezivilor structurali sau cu îmbinări hibride adeziv-nituri

sau adeziv-șuruburi.

În urma consultării literaturii de specialitate, în prima parte a acestui capitol se prezintă

principalele construcții cu elemente compozite cu îmbinări adezive, iar în cea de-a doua parte se

descriu succint rezultatele relevante promovate de diverse echipe de cercetare, implicate în

caracterizarea răspunsului structural al îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din CPAF.

2.2 Aplicații ale îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din

CPAF

Realizarea îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din CPAF reprezintă cea mai

recentă arie de cercetare și dezvoltare a industriei adezivilor și materialelor compozite. Prima

structură de rezistență a unei construcții realizată integral din elemente CPAF a fost ”The

Eyecatcher”, în anul 1999. Această structură este compusă din trei cadre trapezoidale realizate din

elemente compozite polimerice armate cu fibre de sticlă (CPAFS). Unele elemente constructive

ale cadrelor au fost îmbinate utilizându-se un adeziv structural epoxidic bi-component, iar pentru

restul elementelor s-au utilizat îmbinări mecanice, în vederea dezasamblării și relocării

construcției.



5

Figura 2.1 ”The Eyecatcher” building (https://fiberline.com/eyecatcher-building)

Cele mai numeroase aplicații ale îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din CPAF

se regăsesc în sectorul infrastructurii, cu precădere la poduri și la elementele structurale

componente ale acestora, și sunt localizate în Danemarca, Germania, Marea Britanie, Olanda,

Portugalia și Spania (Firth și Cooper, 2002; Farhey, 2005; Allampalli, 2006; Son et al, 2013; Li et

al, 2002).

Primul pod construit integral din materiale compozite pultrudate armate cu fibre de sticlă

(CPAFS) a fost realizat în anul 1997 în Danemarca de către compania Fiberline (Fig. 2.2). Podul

suspendat Kolding reunește 12 tipuri diferite de profile structurale Fiberline, îmbinate cu șuruburi

și adezivi și 8 cabluri de susținere din CPAFS.

Podul Nørre Aaby din Danemarca este realizat integral din materiale CPAF, îmbinate

mecanic și cu adezivi (pentru elementele componente ale tablierului) (Fig. 2.2). Podul este realizat

de către compania Fiberline și a fost dat în folosință în anul 2007 (https://fiberline.com/).

Podul Svendborg din Danemarca are lungimea de 40 m și lățimea de 3,2 m, fiind construit

integral din materiale CPAFS îmbinate mecanic și hibrid (mecanic și adeziv) (Fig. 2.2). Datorită

tehnologiilor de prefabricare și montaj rapid dezvoltate de către compania Fiberline, podul a fost

instalat în două ore, fără a fi necesară oprirea traficului (https://fiberline.com/).

T ablierul podului Karrebæksminde din Danemarca este realizat din profile CPAFS la

montajul cărora s-au utilizat și adezivi (Fig. 2.2). Această lucrare a fost realizată în anul 2011 și

reprezintă primul pod rutier basculant cu tablier din materiale CPAFS la nivel mondial (Sørensen,

2012).

Tablierul podului Esbjerg din Danemarca este realizat din profile compozite structurale

Fiberline. Pentru această lucrare s-au utilizat îmbinări adezive, atât pentru elementele componente

ale tablierului, cât și pentru prinderea tablierului de grinzile din oțel (Ascione et al, 2016).

Podul rutier Klipphausen din Dresden, Germania este compus din două secțiuni realizate din

profile Fiberline, îmbinate cu adezivi (Fig. 2.2). Podul a fost construit în anul 2003 și face parte

din strategia autorităților germane de înlocuire a podurilor din materiale tradiționale localizate în

zonele cu potențial de inundare (Biseke, 2005; Siwowski et al, 2018).



6

Podul Friedberg reprezintă una din cele mai avansate lucrări din domeniul materialelor

compozite, realizate de către compania Fiberline în parteneriat cu firma Middelfart (Fig. 2.2).

Tablierul podului este compus din profile Fiberline ASSET (advanced structural systems for

tomorrows infrastructure) îmbinate cu adezivi și protejate prin acoperire cu un strat subțire de

beton polimeric cu rezistență ridicată la condiții agresive de mediu.

Podul Reinbek din Hamburg, Germania, are o structură mixtă compusă din beton armat

(pile), oțel (grinzi) și CPAFS (tablier) (Fig. 2.2). Lungimea totală a podului este de 100 m, fiind

acoperită prin conectarea mai multor elemente modulare de tablier (Trumpf, 2010).

Podul suspendat Halgover din Cornwall, Marea Britanie are o deschidere de 47 m și

reprezintă una din cele mai lungi structuri curbe din materiale CPAF din Europa. Îmbinările cu rol

structural au fost realizate cu adezivi, fiind satisfăcute în acest mod, atât cerințele de ordin

arhitectural, cât și cele impuse de condițiile de mediu (Hollaway, 2010).

Podul basculant Bonds Mill Road din Gloucestershire, Marea Britanie, traversează Canalul

Stroudwater Navigation, fiind dat în folosință în anul 1994. Podul este construit din 10 elemente

din CPAF de formă cubică, îmbinate cu adezivi, ce acoperă o deschidere de 8,5 m și o lățime de

4,25 m (Head, 1994).

Podul West Mill din Oxfordshire, Marea Britanie are deschiderea de 10 m și lățimea de 6,8

m (Fig. 2.2). Grinzile și tablierul podului sunt realizate din elemente pultrudate din CPAFS. Pentru

respectarea cerințelor de rigiditate au fost atașate cu adezivi lamele din CPAFC de grinzile podului

(Zhang și Canning, 2009).

În anul 2008, Agenția de drumuri din Maria Britanie a finalizat construcția unui pod rutier

peste autostrada M6, fabricat din profile compozite ASSETS (Fig. 2.3). Proiectarea a fost realizată

de compania Mouchel Group, specializată în structuri din materiale CPAF. Pentru îmbinări s-au

utilizat atât adezivi, cât și elemente mecanice de fixare (Canning, 2008).

O altă realizare notabilă în domeniul materialelor compozite și a îmbinărilor adezive este

reprezentată de podul cu structură hibridă oțel-CPAFS de pe autostrada A27 din Utrecht, Olanda.

Proiectarea, construcția și montajul podului au fost realizate de compania FiberCore Europe.

Pentru toate îmbinările (oțel – compozit și compozit – compozit) s-au folosit elemente mecanice

de fixare și adezivi (Ascione, 2016).

Podul Saint Sebastiaans din Delft, Olanda, este realizat de către compania Royal

HaskoningDHV și are o structură mixtă oțel-CPAFS. Profilele CPAFS au fost fabricate prin

vacuumare, iar îmbinarea lor este realizată prin metode mecanice și adezive. Podul are deschiderea

de 34 m, lățimea de 12 m și este destinat utilizării de către autovehicule și tramvaie (Ascione,

2016).



7

Figura 2.2 Poduri din materiale CPAF (https://fiberline.com/)

Figura 2.3 Pod rutier peste autostrada M6, fabricat din profile compozite ASSETS

(https://fiberline.com/)



8

Una din cele mai recente investiții realizate de autoritățile din Rotterdam, Olanda a constat

într-o suită de 62 de poduri din CPAF cu lungimi totale variind de la 6,6 m la 17,3 m și lățimi de

1,5 m până la 4,5 m. Aceste poduri au fost realizate și montate în parcurile din Rotterdam de

compania FiberCore Europe. Pentru fabricarea profilelor compozite s-a utilizat tehnologia

VARTM, iar pentru conectarea acestora s-au realizat atât îmbinări mecanice, cât și adezive.

Podul Mateus din centrul orașului Viseu reprezintă una din primele aplicații ale materialelor

CPAF și a îmbinărilor adezive în domeniul infrastructurii realizate în Portugalia. Podul are

deschiderea de 13,3 m, lățimea de 2 m și este realizat din grinzi de oțel și profile pultrudate,

multicelulare din CPAFS (Sa et al, 2017a, b).

Podul Lleida din Spania are o structură în arc cu deschiderea de 38 m și lățimea de 3 m.

Grinzile din componența arcului sunt realizate din profile CPAFS cu secțiune pătrată, îmbinate cu

adeziv epoxidic bi-component (Fig. 2.4). Podul este realizat integral din materiale CPAF și

reprezintă o realizare de referință în domeniu, fiind remarcat prin numeroase calități: durată redusă

de fabricare (3 luni), montaj rapid (3 ore) și cost total redus (320000 €) (Sobrino et al, 2002;

Russell, 2005).

Figura 2.4 Podul Lleida din Spania (https://fiberline.com/)

2.3 Stadiul actual al cercetării în domeniul îmbinărilor adezive pentru

elemente compozite

2.3.1 Generalități

Consolidarea elementelor structurale realizate din materiale compozite și dezvoltarea

îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din CPAF reprezintă cea mai recentă arie de

cercetare și dezvoltare din domeniul adezivilor și materialelor compozite. Astfel, în literatura de

specialitate se regăsesc studii ce pot fi clasificate în funcție de următoarele direcții de cercetare:

• Influența parametrilor geometrici asupra modurilor de cedare caracteristice (Taib, 2006);

• Îmbunătățirea rezistenței la oboseală pentru diferite configurații de îmbinare și tipuri de

solicitare (Roohollah, 2015);

• Inițierea și propagarea fisurilor pentru modurile de cedare specifice îmbinărilor adezive

(Zhang, 2010);

• Influența caracteristicilor elastice ale adezivului și ale aderenților asupra răspunsului

structural al îmbinării (Reis, 2005);



9

• Evaluarea modurilor specifice de cedare și răspunsului structural în raport cu parametrii

variabili de îmbinare (tipul și grosimea adezivului, lungimea de conlucrare) (Lee, 2009);

• Influența tratamentelor de suprafață asupra răspunsului structural (Palmieri et al, 2013).

În continuare sunt prezentate studiile reprezentative cu privire la îmbunătățirea modului de

comportare al îmbinărilor adezive pentru elemente din CPAF, din literatura de specialitate:

Hart-Smith (1973a, b) a dezvoltat modele analitice de calcul pentru îmbinările realizate prin

suprapunere simplă și dublă, pe baza unor programe experimentale ce au vizat aprofundarea

cercetărilor începute de Volkersen (1938), Goland și Reisner (1944). Pe baza rezultatelor

experimentale, autorul a propus o formă analitică de calcul extinsă, ce permite selectarea

aderenților realizați din materiale diferite, precum și utilizarea adezivilor având comportare

neliniară și deformații specifice mari.

Brison și Grant (1986) au studiat influența caracteristicilor mecanice ale adezivilor asupra

distribuției tensiunilor tangențiale pe aria de conlucrare. În acest sens, autorii au dezvoltat diferite

programe experimentale pentru diverse configurații geometrice ale îmbinărilor, cu scopul de a

induce îmbătrânirea adezivilor. Epruvetele obținute astfel, au fost testate prin solicitare la tracțiune

longitudinală până la cedare. Pe baza rezultatelor obținute au fost propuse noi tipologii de

îmbinare, pentru care cedarea are loc printr-un singur mod caracteristic, iar răspunsul structural

poate fi evaluat prin determinarea unei singure componente (dominante) a stării de tensiuni, în

raport cu timpul.

Reis și colaboratorii săi (2005) au efectuat studii experimentale în vederea stabilirii lungimii

optime de conlucrare pentru îmbinările adezive realizate prin suprapunere simplă pentru elemente

compozite obținute prin impregnare. În acest sens, au fost confecționate epruvete din țesături

Twintex T PP și fibre de sticlă, înglobate în matrice polimerică și îmbinate cu adeziv cianoacrilat

produs de firma Bostika. S-au testat prin solicitare la întindere, în regim static, epruvete cu 4

lungimi de conlucrare diferite (15, 30, 45 și 60 mm), concluzionându-se că, pentru configurațiile

adoptate, lungimea stratului de adeziv de 30 mm oferă o distribuție optimă a tensiunilor tangențiale

și normale.

Kelly (Kelly, 2005; Kelly, 2006) a studiat compatibilitatea a două tipuri de adezivi

(poliuretanic și epoxidic) cu elementele mecanice de fixare, în vederea realizării îmbinărilor

hibride pentru elemente CPAF. Pentru aderenți, s-au utilizat produse compozite realizate din rășini

epoxidice și fibre de carbon, dispuse pe două modele de orientare a straturilor [0/45/90/-45] (un

strat) și [0/45/90/-45] (2 straturi) cu grosimi totale de 1,6; respectiv 3,2 mm. Rezultatele

experimentale au demonstrat că rezistența la întindere pentru configurațiile testate poate crește cu

procente cuprinse între 11 % și 22 %, prin utilizarea elementelor mecanice de fixare pentru

securizarea îmbinărilor adezive.

Taib și colaboratorii săi (2006) au studiat influența parametrilor geometrici și condițiilor de

mediu asupra răspunsului structural a patru tipologii specifice de îmbinări adezive (îmbinări prin



10

suprapunere simplă și dublă, îmbinarea în L și îmbinarea prin aliniere). Pe baza rezultatelor

numerice și experimentale, autorii au concluzionat că rezistența mecanică a îmbinării adezive este

influențată în mod direct de ductilitatea adezivului și de fasonarea extremităților stratului de

adeziv.

Khalili și colaboratorii săi (2008) au studiat diferite metode de îmbunătățire a capacității

portante a îmbinărilor adezive pentru profile CPAFS, prin armarea adezivului. Astfel, s-au introdus

in compoziția adezivului, în procente diferite, fibre de sticlă tocate, unidirecționale, sau

transformate în praf. Rezultatele cele mai bune au fost înregistrate pentru cazul adezivului armat

cu fibre unidirecționale în fracțiune volumetrică de 30 %, forța ultimă fiind cu 125 % mai mare

comparativ cu cea dezvoltată de către îmbinările cu adezivi nearmați.

Lee și colaboratorii săi (2009) au dezvoltat programe experimentale ce au vizat

caracterizarea răspunsului structural pentru diferite configurații ale îmbinările adezive realizate

prin suprapunere simplă și dublă. Prin evaluarea și compararea modurilor specifice de cedare, a

valorilor maxime și a distribuțiilor tensiunilor tangențiale și normale, autorii au propus configurații

ideale pentru îmbinările adezive (grosimea ideală a stratului de adeziv fiind de 0,2 – 0,5 mm).

Aceste configurații nu pot fi utilizate în aplicațiile uzuale de șantier, ca urmare a condițiilor

riguroase de fabricație.

Beylergil și colaboratorii săi (2011) au realizat studii experimentale cu privire la

îmbunătățirea capacității portante la întindere a îmbinărilor adezive cu suprapunere simplă, prin

înglobarea unor tije confecționate din fibre de sticlă, în interiorul unor găuri realizate prin aderenți

și securizarea acestora cu adezivi. Epruvetele au fost confecționate din materiale compozite

obținute prin impregnarea fibrelor de sticlă cu rășini epoxidice și adezivi pe bază de rășină EL-

2210. Rezultatele experimentale au indicat că prin introducerea tijelor, se reduc considerabil

valorile ultime ale tensiunilor normale, iar forța ultimă înregistrată pentru îmbinările cu pini din

fibre este cu până la 80 % mai mare, comparativ cu cea înregistrată pentru îmbinările adezive

simple.

Palmieri și colaboratorii săi (2013) au investigat diferite tehnici laser de tratament de

suprafață aplicate aderenților realizați din CPAFC. În acest sens, au fost pregătite trei serii de

epruvete, după cum urmează. Epruvetele din prima serie nu au fost fasonate prin metode laser,

având suprafețele pre-tratate în vederea aplicării adezivilor. Pentru epruvetele din cea de a doua

serie s-au utilizat ablații laser după un tipar de suprafață prestabilit. Epruvetele din ultima serie au

fost, de asemenea, tratate prin ablație laser, dar au trecut și printr-un proces de îmbătrânire, realizat

prin utilizarea unor compuși higroscopici și depozitarea acestora în desicatoare. În urma studierii

epruvetelor, autorii au concluzionat că tratarea suprafețelor elementelor din CPAFC prin ablație

laser permite obținerea unor caracteristici (rugozitate, porozitate și energie de suprafață) superioare

celor dezvoltate de elementele cu suprafețele pre-tratate de către producător.



11

Valee și colaboratorii săi (2013) au realizat studii comparative, numerice și experimentale,

pe trei metode de îmbinare: mecanică, adezivă și hibridă. Pentru confecționarea epruvetelor, s-au

utilizat elemente CPAFS, adeziv epoxidic Sika Force7851 și șuruburi metalice M12. Grosimea

stratului de adeziv a fost de 1 mm, lungimea de suprapunere a fost de 100 mm, iar pentru îmbinările

mecanice s-a folosit dispunerea șuruburilor în pătrat, cu raportul distanță marginală – diametru

gaură de 2,5. Pe baza rezultatelor obținute, s-a observat o creștere de 120 % a capacității portante

a îmbinărilor adezive comparativ cu cea înregistrată pentru îmbinările mecanice cu parametri

geometrici similari. În plus, rezultatele obținute pentru îmbinările hibrid au fost superioare celor

obținute pentru îmbinările mecanice și adezive, înregistrându-se îmbunătățiri a capacității portante

de 125 %, respectiv 5 %.

Girolamo și colaboratorii săi (2015) au efectuat studii numerice și experimentale pentru

caracterizarea răspunsului structural a îmbinărilor în trepte pentru elemente CPAF. Rezultatele

obținute pe baza programului experimental au reprodus fidel pe cele obținute prin intermediul

analizelor numerice. De altfel, autorii au concluzionat că studiul numeric pe baza metodei

elementelor finite poate fi aplicat la scară largă acestor tipuri de configurații a îmbinărilor adezive,

doar dacă se cunosc particularitățile modului dominant de cedare.

Ascione și colaboratorii săi (2017) au efectuat studii numerice și experimentale pentru

utilizarea îmbinărilor adezive la structuri în cadre pe CPAFS. Autorii au propus două configurații

de îmbinare adezivă grindă – stâlp, similare celor realizate cu elemente mecanice de fixare. Grinda

și stâlpul au fost realizate din profile CPAFS tip I, cu secțiune transversală de 200 x 100 x 10 mm.

Îmbinarea elementelor s-a realizat cu ajutorul unor colțari de fixare dispuși la extradosul grinzilor,

pe suprafața cărora s-a aplicat un strat de adeziv epoxidic Sikadur 30. Pentru patru din cele opt

probe, s-au dispus suplimentar plăcuțe încleiate cu adezivi în zona inimii stâlpului, pentru

rigidizarea îmbinărilor. Încărcarea s-a realizat în regim static, pe capătul liber al grinzii. Cedarea

epruvetelor s-a produs prin cumulul mai multor moduri caracteristice: coeziv și prin desprinderea

la nivelul interfeței adeziv – stâlp (cazul îmbinărilor rigidizate cu plăcuțe) sau prin delaminarea

profilului compozit la nivelul stâlpului, urmată de desprinderea și ruperea fibrelor din straturile

exterioare. Rezultatele obținute certifică îmbinările adezive ca alternativă viabilă la cele mecanice,

diferențele înregistrate pentru configurațiile rigidizate fiind similare celor obținute în studii

anterioare, efectuate de autori pentru îmbinări cu șuruburi.



12

Capitolul 3

MATERIALE COMPOZITE POLIMERICE ARMATE CU

FIBRE

3.1 Introducere

În ansamblu, un material compozit este obținut prin asocierea a două sau mai multe materiale

componente cu structuri chimice distincte și interfață de separare clară; materialul rezultat are

proprietăți ce nu pot fi îndeplinite de oricare din elementele componente în mod individual (Daniel

și Ishai, 2006). Astfel, materialele compozite pot fi incluse în categoria materialelor multifazice,

fiind alcătuite din:

• faza continuă, denumită și matrice,

• faza discontinuă, alcătuită din elementele de armare,

• interfața dintre matrice și armătură.

Cele trei faze sunt prezentate în figura 3.1.

Figura 3.1 Structura și fazele materialelor compozite

Materialele compozite pot fi clasificate după criterii multiple, însă definitoriu este cel ce le

împarte în funcție de tipul matricei și al armăturilor (Fig. 3.2).



13

Figura 3.2 Criterii de clasificare a materialelor compozite în funcție de tipul matricei și al armăturilor

(după Miracle și Donaldson, 2001; Tăranu et al, 2013)

În domeniul ingineriei civile se utilizează, de regulă, materiale compozite cu matrice

polimerică și armături dispuse continuu sau discontinuu, uni sau multidirecțional.

Un alt criteriu de clasificare a materialelor compozite este cel în raport cu sistemul de armare

și poate fi structurat pe patru paliere, după cum urmează (Fig.3.3):

• Compozite armate cu fibre;

• Stratificate din lamele compozite;

• Compozite armate cu foițe sau solzi;

• Compozite armate cu particule.

a) compozite armate cu fibre, b) stratificate din lamele compozite, c) compozite armate cu foițe sau

solzi, d) compozite armate cu particule

Figura 3.3 Sistemul de armare a materialelor compozite (după Țăranu et al, 2013)

În cadrul aplicațiilor cu rol structural, cele mai utilizate materiale compozite sunt cele armate

cu fibre și, în unele cazuri, cele stratificate. Posibilitățile de distribuire a fibrelor în structura

materialelor compozite sunt ilustrate în figura 3.4.



14

a) fibre continue dispuse unidirecțional, b) fibre continue dispuse bidirecțional, c) fibre continue dispuse

multidirecțional, d) fibre discontinue dispuse aleatoriu, e) fibre discontinue dispuse orientat

Figura 3.4 Tipuri de dispunere a fibrelor (după Țăranu et al, 2013)

Principalele avantaje ale materialelor compozite sunt (Țăranu et al, 2013):

• Rezistența specifică ridicată;

• Stabilitate dimensională;

• Posibilitatea de dirijare a proprietăților prin controlul anizotropiei;

• Rezistența la oboseală;

• Rezistența la coroziune;

• Neutralitatea magnetică;

• Formabilitatea;

• Transparența;

• Conductibilitatea electrică.

După cum se poate observa, materialele CPAF prezintă o serie variată de avantaje ce le

recomandă ca alternativă viabilă la materialele tradiționale de construcție. Cu toate acestea,

utilizarea materialelor CPAF în domeniul ingineriei civile, este în unele cazuri obstrucționată de

anumite dezavantaje, după cum urmează (Campbell, 2010):

• Cost ridicat;

• Risc de delaminare;

• Fragilitate;

• Sensibilitate la efectul radiațiilor ultra-violete (UV).

3.2 Tipuri de fibre

Pentru aplicațiile din domeniul ingineriei civile, se utilizează, cu precădere, materiale

compozite polimerice armate cu fibre de sticlă (CPAFS), de carbon (CPAFC) și aramidice

(CPAFA) (Wallenberg et al, 2001; Walsh, 2001; Chang, 2001).



15

3.2.1 Fibre de sticlă

În aplicațiile din domeniul ingineriei civile, materialele compozite sunt armate, în cele mai

multe cazuri, cu fibre de sticlă tip E și S. Caracteristicile fizice și chimice ale acestor tipuri de fibre

sunt prezentate în tabelul 3.4 (Țăranu et al, 2013), iar formele sub care se produc și comercializează

sunt ilustrate în figura 3.5.

Figura 3.6 Tipuri de fibre de sticlă: a) rovinguri, b) țesături, c) microfibre

Tabelul 3.4 Fibre de sticlă tip E și S - Proprietățile fizice și mecanice (Țăranu et al, 2013)

Tipul

fibrei

Densitate

[kg/m3]

Coeficient de

dilatare termică

[10-6/C]

Coeficientul lui

Poisson

Modulul de

elasticitate long.

[GPa]

Rezistența la

tracțiune [MPa]

Deformația ultimă

de rupere [%]

E 2500 5 0,22 72,4 3450 2,4

S 2500 2,9 0,22 85,5 4580 3,3

3.2.2 Fibre de carbon

Pe piața construcțiilor se regăsește o gamă largă de produse CPAFC, utilizate în cadrul

sistemelor de consolidare a elementelor realizate din materiale tradiționale. Fibrele de carbon

utilizate pentru ranforsarea acestor materiale compozite au modulul de elasticitate ridicat (200 GPa

– 1500 GPa), coeficient de dilatare termic mic și raport mare rezistență – densitate. Proprietățile

fizice și mecanice ale fibrelor de carbon sunt prezentate în tabelul 3.5.

Tabelul 3.5 Fibre de carbon - Proprietățile fizice și mecanice (Lupășteanu, 2016)

Tipul

fibrei

Densitate

[kg/m3]

Coeficient de

dilatare termică

[10-6/C]

Coeficientul lui

Poisson

Modulul de

elasticitate long.

[GPa]

Rezistența la

tracțiune [MPa]

Deformația

ultimă de rupere

[%]

Carbon

cu

rezistență

mare

1750 -0,2 ÷ -0,6 0,2 240 2800 1,1

Carbon

cu modul

ridicat

1950 -0,6 ÷ -1,3 0,2 380 2100 0,5

Formele de comercializare includ țesăturile bi și multidirecționale (cazul materialelor

compozite realizate prin impregnare in situ) și lamele de grosimi și forme variabile (Fig. 3.7).



16

Figura 3.7 Fibre de carbon: a) țesături, b) înglobate în lamele

3.2.3 Fibre aramidice

Fibrele aramidice sunt fibre organice, poliamidice aromatice, cu densitate redusă și rezistență

mare. Astfel, dintre toate fibrele utilizate la armarea materialelor compozite, fibrele aramidice au

cel mai mare raport dintre rezistența la tracțiune și densitate (Mallick, 2008). Fibrele aramidice

sunt comercializate sub formă de rovinguri, microfibre și țesături (Fig. 3.8).

Figura 3.8 Fibre aramidice: a) rovinguri, b) microfibre, c) țesături

3.3 Tipuri de matrice polimerice

Matricele polimerice se utilizează extensiv în domeniul materialelor compozite, ocupând în

prezent un procent de aproximativ 75% din piața de profil. Acest fapt se datorează, în principal,

proprietăților fizico-chimice ce asigură compatibilitatea cu majoritatea tipurilor de fibre și costului

relativ mic de fabricare. Matricele polimerice pot fi clasificate pe două paliere, în raport cu

comportarea la temperatură: termorigide și termoplastice.

În continuare, sunt prezentate principalele tipuri de matrici polimerice termorigide și

termoplastice utilizate la fabricarea materialelor compozite.

3.3.1 Rășini epoxidice

Rășinile epoxidice sunt folosite, în cele mai multe cazuri, în combinație cu armături continue

și lungi, și reprezintă cele mai utilizate tipuri de rășini polimerice termorigide. Variația

caracteristicilor fizice și mecanice ale rășinilor polimerice epoxidice este prezentată în tabelul 3.6.



17

Tabelul 3.6 Caracteristici fizico-mecanice ale matricelor epoxidice (Lupășteanu, 2016)

Densitate

[kg/m3]

Temperatura

de utilizare

[0C]

Contracții

la întărire

[%]

Coeficientul

lui Poisson

Modulul de

elasticitate

[GPa]

Rezistența

la întindere

[MPa]

1200 – 1300 ≤150 1 – 5 0,2 – 0,33 2,5 – 4 50 – 125

3.3.2 Rășini poliesterice

Rășinile poliesterice au la bază o componentă diacidă saturată (acizi organici) și un acid

saturat. Astfel, diversitatea componenților de bază și raporturile cantitative dintre aceștia

determină producerea unui spectru larg de rășini poliesterice, cu varietate largă de proprietăți

fizice, chimice și mecanice (Bunsell și Reinard, 2005; Mallick, 2008; Țăranu, 2011). În funcție de

domeniul de utilizare a materialului compozit și de cerințele impuse, se pot selecta următoarele

tipuri de rășini poliesterice:

• Rășinile clorice - se folosesc în condiții de temperaturi înalte și prezintă rezistența ridicată

la acțiunea peroxizilor, acizilor și solvenților;

• Rășinile fenolice – se folosesc în medii alcaline, puternic agresive și cu temperaturi

ridicate (1200C);

• Rășinile isoftalice – sunt rezistente la apă, substanțe alcaline și benzenuri. Temperatura

exterioară maximă este limitată la 800C.

3.3.3 Rășini vinilesterice

Comparativ cu rășinile epoxidice sau poliesterice, rășinile vinilesterice au legăturile dintre

catene de densitate mai redusă, însă prezintă cea mai ridicată compatibilitate cu fibrele de sticlă.

Caracteristicile fizico-mecanice ale rășinilor vinilesterice sunt influențate de natura materialelor

de bază și a celor de umplutură (Mallick, 2008; Țăranu, 2011).

3.3.4 Rășini termoplastice

Utilizarea matricelor termoplastice în domeniul ingineriei civile este destul de limitată, în

principal datorită compatibilității reduse cu tipurile de, a proceselor de fabricare cu grad înalt de

dificultate și a valorilor împrăștiate ale deformațiilor specifice la rupere (între 30 și 100%) (Bunsell

și Reinard, 2005). Cele mai des folosite rășini termoplastice sunt: poliesteri ai acizilor cetonic

(PEEK), sulfurile de polifenilen (PPS), polisulfatice (PSUL).



18

Capitolul 4

ADEZIVI PENTRU ÎMBINAREA ELEMENTELOR

4.1 Introducere

De-a lungul timpului au fost formulate numeroase definiții ale adezivului, ce urmăreau fie

caracterizarea materialului din punct de vedere chimic, fie descrierea funcțiunilor pe care acesta le

îndeplinește în cadrul unei îmbinări. Pentru aplicațiile din ingineria civilă, adezivul poate fi definit

ca un material de legătură care, prin aplicarea pe suprafețele unor elemente, permite realizarea

îmbinării acestora, prin dezvoltarea proceselor de adeziune.

4.2 Clasificarea adezivilor

Adezivi utilizați pentru îmbinarea elementelor de construcție pot fi clasificați după criterii

multiple (Fig. 4.1), însă definitoriu este cel ce îi împarte în funcție de caracterul structural sau

nestructural al ansamblului rezultat.

Figura 4.1 Criterii de clasificare ale adezivilor

În secțiunile următoare se prezintă principalele particularități ale adezivilor, raportate la

nivelele de clasificare.



19

4.2.1 Clasificare în funcție de compoziția chimică

Conform lui Ebnesajjad (2008), din punct de vedere al structurii chimice, majoritatea

adezivilor structurali au la bază una dintre cele 5 compoziții descrise în tabelul 4.2.

Tabelul 4.2 Tipuri de adezivi structurali în funcție de compoziția chimică (după Ebnesajjad, 2008)

Epoxidici Acrilici Cianoacrilați Poliuretanici Siliconici

Substraturi

compatibile

materiale

tradiționale și

compozite

materiale

compozite și

metalice

materiale

compozite și

cauciuc (suprafețe

plane, neporoase)

materiale

tradiționale

sticlă și materiale

compozite

Condiții de

întărire

durată mare,

temperaturi de 20-

25 0C

durată medie,

temperaturi de 20-

25 0C

durată scurtă,

umiditate

controlată

durată variabilă,

temperaturi de 20-

25 0C

durată medie,

umiditate

controlată

Formă de

produs

mono sau bi-

componentă

mono sau bi-

componentă mono-componentă bi-componentă mono-componentă

Rezistența

la impact slabă bună slabă ridicată bună

Rezistență

la

umiditate

ridicată bună slabă medie ridicată

Rezistență

la solvenți ridicată bună bună bună bună

Cost scăzut moderat ridicat moderat moderat

4.2.2 Clasificare în funcție de natura adezivului

Un alt criteriu de clasificare a adezivilor este cel în raport cu originea acestora și poate fi

structurat pe două paliere: adezivi naturali și adezivi sintetici. Cei de origine naturală prezintă o

serie de avantaje notabile (preț redus, sunt ecologici și biodegradabili), însă nu au aplicabilitate în

cazul îmbinărilor cu rol structural. Adezivii sintetici se pot clasifica în 2 categorii principale:

termoplastici și termorigizi.

Adezivii termorigizi sunt infuzibili și insolubili după întărire. Adezivii termoplastici sunt

sensibili la încălzire, fuzibili, solubili și au de regulă o capacitate portantă semnificativ mai redusă

decât cea a adezivilor termorigizi. Cei mai utilizați adezivi termorigizi sunt: adezivii epoxidici,

poliuretanici și fenolici, iar din categoria celor mai uzuali adezivi termoplastici fac parte: adezivii

acrilici și adezivii termoplastici (Mays și Hutchinson, 1992; Oltean, 2011).



20

Capitolul 5

REZISTENȚA DE ADERENȚĂ

5.1 Introducere

Îmbinarea cu adezivi a elementelor compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) se bazează

pe adeziunea dintre un solid (aderentul) și un lichid (adezivul) și se poate explica prin apariția și

dezvoltarea fenomenului de aderență ce se manifestă la nivel molecular. Acest fenomen înglobează

totalitatea mecanismelor de legătură care generează contactul și cuplarea atomilor de suprafață ai

elementelor constituente ale îmbinării.

În cazul aplicațiilor în care conlucrarea are o funcție critică, interfețele dintre elementele

CPAF și adeziv pot suferi modificări în vederea creșterii rezistenței de aderență. Modalitățile de

tratare a suprafețelor elementelor compozite sunt stabilite în urma identificării

mecanismului/mecanismelor de aderență ce se formează după aplicarea adezivului.

5.2 Teorii de aderență

Teoriile de aderență utilizate la evaluarea mecanismelor de legătură specifice îmbinărilor

adezive pentru elemente CPAF sunt prezentate în tabelul 5.1 (Ebnesajjad și Landrock, 2009).

Tabelul 5.1 Principalele teorii de aderență (după Ebnesajjad și Landrock, 2009)

Tradiționale Recente Scara la care se raportează

➢ Conlucrare mecanică

➢ Atracție electrostatică

➢ Adsorbție

➢ Difuzie moleculară

➢ Conlucrare mecanică

➢ Atracție electrostatică

➢ Difuzie moleculară

➢ Conlucrare termodinamică

➢ Legături chimice

➢ Straturi de interfață slabe

➢ Microscopică

➢ Macroscopică

➢ Moleculară

➢ Moleculară

➢ Atomică

➢ Moleculară

5.2.1 Teoria conlucrării mecanice

Teoria conlucrării mecanice presupune că la baza aderenței stă capacitatea de cuplare a

adezivului cu neregularitățile de pe suprafața elementelor compozite (Fig. 5.1) (Packham, 2003).



21

Prin dislocarea aerului blocat în cavitățile de pe suprafața materialelor CPAF, adezivul creează

puncte de ancoraj, ce îmbunătățesc semnificativ rezistența îmbinării.

Figura 5.1 Mecanismul conlucrării mecanice

5.2.2 Teoria atracției electrostatice

Legăturile fizice formate la interfața adeziv – aderent se bazează pe două teorii de aderență,

cea a atracției electrostatice și cea a adsorbției. Teoria atracției electrostatice a fost postulată de

către Deryaguin și colaboratorii săi (Deryaguin et al, 1978, 1987), care au concluzionat că

rezistența unei îmbinări adezive depinde de densitatea sarcinilor electrice de semne contrare

existente la nivelul interfețelor (Fig. 5.2).

Figura 5.2 Teoria electrostatică (după Baldan, 2004)

5.2.3 Teoria adsorbției

Teoria se bazează pe faptul că moleculele aflate la nivelul interfeței lichid - gaz sunt în

dezechilibru de forțe, datorită intensităților diferite ale forțelor de coeziune aferente celor două

stări. Fenomenul fizic de atracție a moleculelor unui material la nivelul interfeței cu alt material,

ca urmare a dezechilibrul forțelor de coeziune, poartă numele de adsorbție (Groll și Țăranu, 2003).

În cazul materialelor CPAF îmbinate adeziv, procesul prin care se stabilește contactul între

suprafețele adezivului și cele ale aderenților se numește udare sau umectare. Umectarea

suprafețelor elementelor CPAF este posibilă doar dacă tensiunea superficială a adezivului este mai

mică decât tensiunea superficială critică a aderenților.

Unul din parametrii definitorii, ce caracterizează gradul de umectare al unui material este

unghiul de contact sau de udare Ɵ, stabilit între o picătura de adeziv (sau lichid de control) și

suprafața materialului. Potrivit lui Habernicht (2009), rezultate satisfăcătoare se obțin dacă unghiul

Ɵ este menținut sub 30º. În figura 5.3 sunt prezentate diferite cazuri de umectare, specifice

elementelor CPAF.



22

Figura 5.3 Unghiul de contact Ɵ pentru diferite cazuri de umectare (după Oltean, 2011)

5.2.4 Teoria legăturilor chimice

Mecanismul chimic este specific îmbinărilor adezive pentru elemente CPAF, adeziunea

chimică fiind bazată pe compatibilitatea grupărilor chimice ale suporților și ale adezivului. Această

teorie a fost postulată de către Bilkerman (1968) și presupune existența a patru tipuri de

interacțiuni: legături covalente, legături ale hidrogenului, legături inițiate de forțele Lifshitz-van

der Waals și legături ale acizilor.

5.2.5 Teoria difuziei moleculare

Principiul difuziei a fost postulat de către Voyutskii și colaboratorii săi (1963) ce au presupus

că rezistența unei îmbinări adezive depinde de gradul de difuzie al moleculelor elementelor

constituente ale sistemului. Fazele procesului de difuzie sunt ilustrate în figura 5.4 (Fourche,

1995).

Figura 5.4 Mecanismul difuziei (după Fourche, 1995)

a – inter-difuzia moleculelor adezivului, b – inter-difuzia moleculelor substraturilor

5.3 Studiul microscopic al suprafețelor elementelor CPAF

În vederea descrierii caracteristicilor de suprafață ale elementelor CPAF ce influențează în

mod direct fenomenul de aderență, s-a realizat un studiu microscopic pe 6 epruvete diferite (Fig.

5.5). Primele trei probe constau în elemente compozite polimerice armate cu fibre de sticlă

(CPAFS), pe când ultimele trei probe au fost confecționate din materiale compozite polimerice

armate cu fibre de carbon (CPAFC).



23

Figura 5.5 Epruvete: а) G1; b) G2; c) G3; d) C1; e) C2; f) C3

Fiecare epruvetă a fost debitată utilizând o mașină de tăiat de mare viteză (10000 RPM)

echipată cu disc ranforsat de carbon. Dimensiunea plană a probelor este de 30 mm x 30 mm. Pentru

identificarea facilă a probelor și apelarea lor în secțiunea referitoare la interpretarea rezultatelor,

fiecărei probe i s-a atribuit un cod specific. Descrierea probelor și codurile specifice de identificare

sunt prezentate în tabelul 5.2 (Fiberline design manual, 2012; Lamele Sika CarboDur – Fișa

tehnică de produs, 2008; Sika CarboShear L – Product Data Sheet, 2014; Mapei Carboplate – Fișa

tehnică de produs, 2008).

Tabel 5.2 Descrierea probelor

(Fiberline design manual, 2012; Lamele Sika CarboDur – Fișa tehnică de produs, 2008;

Sika CarboShear L – Product Data Sheet, 2014;

Mapei Carboplate – Fișa tehnică de produs, 2008)

Probă Cod Dimensiuni [mm]

Profil compozit plat Fiberline G1 30x30

Profil compozit plat Fiberline cu model

de suprafață G2 30x30

CPAFS realizat prin procedeu manual G3 30x30

Sika CarboDur S512 CPAFC C1 30x30

Sika CarboShear L 4/20/50 CPAFC C2 30x30

Mapei Carboplate E170 CPAFC C3 30x30

5.3.1 Descrierea studiului experimental

Pentru studiul parametrilor ce caracterizează suprafața elementelor CPAF s-a utilizat un

microscop inversat XJP-6A, echipat cu o cameră foto de tip DV-2C. Imaginile captate de către

camera microscopului au fost investigate utilizând programul de analiză metalografică Material

Plus Image Software. Premergător analizei microscopice, probele au fost debitate la dimensiunea

nominală și curățate cu solvenți.



24

5.3.2 Gradul de omogenitate a suprafețelor elementelor CPAF

Gradul de omogenitate a elementelor CPAF poate fi caracterizat de către numărul și

dimensiunea medie a micro-fisurilor prezente la suprafața acestora. De asemenea, în cazul utilizării

tratamentelor de suprafață, numărul și dimensiunea micro-fisurilor pot oferi informații relevante

cu privire la gradul de abraziune (Ungureanu et al, 2017). Se consideră că suprafețele elementelor

CPAF utilizate în acest studiu sunt omogene, deoarece atât numărul, cât și dimensiunea medie a

micro-fisurilor sunt reduse (Tabelul 5.3). Imaginile surprinse de către camera microscopului,

pentru fiecare epruvetă în parte, sunt prezentate în figura 5.6.

Figura 5.6 Micro-fisuri localizate la suprafața probelor (100x):

а) G1; b) G2; c) G3; d) C1; e) C2; f) C3

Tabelul 5.3 Dimensiunile nominale ale micro-fisurilor în µm

Micro-fisuri L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7

Epruvete

G1 817,066 766,44 433,197 722,348 982,665 977,464 1021,598

G2 173,764 131,579 192,123 181,598 153,198 184,886 574,028

G3 81,579 94,773 52,697 68,472 92,143 480,802 1021,91

C1 460,955 44,113 38,316 47,66 46,854 201,449 1750,065

C2 121,053 119,15 136,842 126,316 155,285 113,92 31,579

C3 844,753 847,385 855,267 828,952 676,316 681,579 602,632

5.3.3 Porozitatea elementelor CPAF

În vederea stabilirii valorii porozităților epruvetelor, în fiecare câmp de procesare, s-a utilizat

metoda prin analogie cu scara de intensități alb - negru (punct luminos - punct întunecat). Imaginile

captate de către camera microscopului prezintă zone luminoase, precum și zone întunecate.

Trecerea de la o zonă la alta se realizează cu un anumit gradient specific. Luând în calcul tipul de

lentilă folosită, intensitatea sursei de lumină și distanța de focalizare, programul Material Plus,

permite stabilirea unei scări alb - negru corespunzătoare profilului topografic al probei. Pentru

fiecare zonă ce prezintă elemente comune ca dimensiuni se atribuie o culoare, reliefându-se astfel

principalele câmpuri de procesare ale probei. După cum se poate observa din figura 5.10, trecerea



25

dintre regiuni se realizează cu un gradient redus în cazul probelor G1, G3 și C1, pe când în cazul

probelor G2, C2 și C3, trecerea este mult mai pronunțată, fapt datorat prezenței modelelor de

suprafață. Regiunile specifice, identificate pentru fiecare probă, sunt prezentate în figura 5.7.

Pentru fiecare epruvetă a fost determinat gradul de porozitate al fiecărei regiuni caracteristice

(câmp de procesare), (Tabelul 5.4). În acest sens, au fost atribuite fiecărei probe un număr de 10

puncte specifice de măsurătoare. Punctele de măsurătoare sunt localizate în centrul geometric al

regiunilor, precum și în imediata apropriere a zonelor de trecere dintre regiuni (Fig. 5.8).

Particulele ce sunt în contact cu punctul de măsurare au fost caracterizate prin monitorizarea

parametrilor privind: rotunjimea, volumul și diametrul. S-au înregistrat deviații nesemnificative

față de geometria sferică (maxim 0,009531 mm deviație în diametru și înălțime pentru proba C3).

Distribuția rugozităților medii pe suprafețele probelor sunt prezentate grafic în figura 5.9.

Figura 5.7 Imagini procesate ale epruvetelor, corespunzător gradelor de porozitate și rugozitate:

а) G1; b) G2; c) G3; d) C1; e) C2; f) C3

Tabelul 5.4 Porozitatea probelor [%]

Câmp F1 F2 F3 F4

Probă

G1 47.7 76.14 93.37 ---

G2 30.57 84.6 99.54 ---

G3 27.82 55.94 80.18 ---

C1 7.93 37.15 77.37 95.76

C2 14.02 57.84 98.72 ---

C3 71.86 --- --- ---



26

Figura 5.8 Regiunile specifice corespunzătoare valorilor maxime ale porozității și rugozității. Localizarea

punctelor de măsurătoare. а) G1; b) G2; c) G3; d) C1; e) C2; f) C3

Figura 5.9 Distribuția rugozității medii pe lungimea probelor:

а) G1; b) G2; c) G3; d) C1; e) C2; f) C3

5.4 Concluzii

Rezultatele obținute în urma studiilor microscopice și grafice prezentate în acest capitol, au

oferit date utilizate atât în studiile numerice privind optimizarea configurațiilor îmbinărilor adezive

(Capitolul 6), cât și în stabilirea unor metode optime de tratare a elementelor CPAF utilizate în

cadrul programului experimental (Capitolele 7 și 8). Astfel, pornind de la rugozitatea medie și

porozitatea determinată în cadrul acestui studiu, s-au efectuat diferite metode de tratare mecanică

a suprafețelor până la atingerea unor caracteristici optime pentru dezvoltarea fenomenului de

adeziune. De asemenea, valoarea rugozității medii a profilelor Fiberline (G1) a fost atribuită

factorului de penetrare a adezivului, pentru analiza numerică cu element finit a îmbinărilor.



27

Capitolul 6

PRINCIPII DE PROIECTARE A ÎMBINĂRILOR

REALIZATE CU ADEZIVI

6.1 Introducere

Conlucrarea dintre materialele compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) și cele

tradiționale (zidărie, beton, lemn, oțel, ș.a.) are un impact major asupra performanțelor îmbinărilor

adezive, atât în cazul aplicațiilor cu rol structural, cât și în cazul soluțiilor de consolidare.

Numeroase studii au fost efectuate în vederea fundamentării unor principii de proiectare, prin

intermediul cărora, să se obțină valori cu grad sporit de acuratețe și aplicabilitate pentru parametrii

definitorii ce caracterizează comportarea regiunilor de interfață dintre materialele compozite. Deși

metodele utilizate în elaborarea acestor principii de proiectare prezintă un grad mare de

variabilitate, în ansamblu, se bazează pe rezultate experimentale, pe analize numerice extinse, pe

extrapolări ale teoriei clasice de mecanica ruperii și pe metode combinate (utilizate în cazul

îmbinărilor adezive cu configurații geometrice complexe).

6.2 Analiza stărilor de tensiuni din îmbinările adezive

În îmbinărilor adezive, tensiunile principale ce se dezvoltă de-a lungul stratului de adeziv

sunt tensiunile tangențiale și tensiunile normale (de cojire) (Fig. 6.3).

Figura 6.3 Dezvoltarea tensiunilor tangențiale și normale (de cojire) în îmbinările adezive pentru

elemente pultrudate din CPAF



28

6.3 Studiul analitic al stării de tensiuni din îmbinările adezive

Modelele analitice de calcul descriu comportarea și relațiile care se stabilesc între tensiunile

tangențiale și tensiunile de cojire dintre două elemente, atașate prin intermediul unui adeziv (Stein

et al, 2016a; Abdi et al, 2016; Stein et al, 2016b).

6.3.1 Modelul Volkersen

Primul model teoretic de calcul al îmbinărilor realizate prin suprapunere simplă îi este

atribuit lui Volkersen, (Volkersen 1938; Cognard, 2006; Rodriguez et al, 2012; Ozera și Oz, 2012).

Acest model este numit și model de forfecare pură, “shear lag model”, deoarece se consideră că

adezivul este solicitat numai la forfecare.

6.3.2 Modelul Goland - Reisner

Aprofundarea studiului inițiat de către Volkersen a fost realizată de Goland și Reisner prin

analiza deformațiilor rezultate din încovoierea aderenților și a deformațiilor transversale ale

adezivului, ca rezultat al tensiunilor din îmbinare (Goland și Reisner, 1944). Modelul inițial

Goland - Reisner a fost destinat analizei tensiunilor tangențiale și a tensiunilor de cojire pentru

îmbinările adezive dintre elemente realizate din materiale izotrope.

6.3.3 Modelele Hart - Smith

Modelele Hart - Smith sunt destinate analizei stării de tensiuni din îmbinările realizate prin

suprapunere simplă și dublă, între diferite tipuri de aderenți. Răspunsul structural al îmbinării este

evaluat prin corelarea stării de tensiuni - deformații specifice cu unul din cele trei modele

caracteristice (Fig. 6.4). Se consideră astfel că, aria totală delimitată de către curba tensiuni -

deformații specifice, obținută pe baza modelului Hart - Smith este egală cu cea corespondentă

stării reale de tensiuni - deformații specifice a adezivului (Figura 6.4).

Figura 6.4 Curbele tensiuni - deformații specifice pentru modelul analitic Hart – Smith

(după Hollaway, 1990)



29

6.4 Analiza pe cale numerică a stării de tensiuni din îmbinările

adezive

Principalul avantaj al analizei numerice bazate pe metoda elementului finit constă în

posibilitatea obținerii răspunsului structural pentru orice tip de configurație geometrică a

îmbinărilor adezive și orice tip de materiale constituente (Barbero, 2014). Spre deosebire de

modelele analitice, analizele numerice folosesc în general un model tridimensional ce ține cont de

următoarele aspecte:

• Tipurile de încărcări la care este solicitată îmbinarea;

• Condițiile de rezemare;

• Posibilitatea apariției deplasărilor mari;

• Neconcordanțele de rigiditate între elementele constituente ale îmbinării;

• Magnitudinea tuturor eforturilor rezultate în îmbinare;

• Alte caracteristici ce țin de comportarea de ansamblu a îmbinării.

Calculul îmbinărilor adezive bazat pe metoda elementului finit poate fi structurat pe trei

nivele și anume: date de intrare, modelul de element finit, date de ieșire / analiza datelor.

Primul nivel este definit de trei sub-nivele independente: proprietățile materialelor, modelul

geometric tridimensional încărcări și condiții de rezemare. În cazul în care se obțin date

neconcludente sau date contrare celor obținute pe cale experimentală, se va proceda după

următoarea schemă (Fig. 6.5):

Figura 6.5 Schemă logică de procesare a datelor, specifică analizelor numerice bazate pe metoda

elementului finit



30

6.5 Calculul îmbinărilor adezive pe baza modelelor analitice și

numerice și a programelor experimentale

Există patru proceduri ce pot fi aplicate în proiectarea unei îmbinări adezive pentru elemente

CPAF, și anume:

• Procedura simplificată;

• Procedura bazată pe încercări;

• Modelarea și analiza numerică bazată pe metoda elementului finit;

• Procedura extinsă (riguroasă).

În procedura simplificată se folosesc bazele de date experimentale existente, în scopul

determinării unor caracteristici geometrice și mecanice, aplicabile în faza preliminară de proiectare

a oricărui tip de îmbinare adezivă. Procedura prin încercări poate fi utilizată în cazul unui număr

restrâns de configurații ale îmbinărilor adezive, pentru care se cunosc proprietățile fizice și

mecanice ale elementelor constituente. Pe de altă parte, procedura extinsă (bazată pe programe

experimentale) și metodele bazate pe analiza cu element finit pot fi aplicate în majoritatea

tipologiilor de îmbinări adezive ale elementelor CPAF.

6.5.1 Proiectarea îmbinărilor realizate prin suprapunere simplă

Dacă aderenții sunt de același tip, variația tensiunii tangențiale poate fi aproximată utilizând

ecuația 6.1 (cu notațiile din Fig. 6.6).

−++= )1(

4

3tan)31(

8k

t

xck

t

l

bl

P (6.1)

Unde:

• t reprezintă grosimea aderenților; b este lățimea aderenților; k este un coeficient ce

ține cont de deplasarea aderenților;

• 1/2

8 a

a

tG

E t

=

;

• Ga este modulul de elasticitate la forfecare al adezivului; E este modulul de

elasticitate (axial) al aderenților; ta reprezintă grosimea adezivului.

Figura 6.6 Notații pentru îmbinarea prin suprapunere simplă



31

În cazul în care se utilizează adezivi aplicați în strat subțire (sub 1 mm) și aderenți rigizi,

efectul adițional al momentului încovoietor poate fi neglijat (Ecuația 6.2).

+

−−=

)2/cos(

)sin(

)2/sin(

)cos(

2 2211

1122

cl

cx

cl

cx

b

pc

tEtE

tEtE

(6.2)

Unde:

• l este lungimea de conlucrare; E1, E2 sunt modulii de elasticitate ai aderenților; t1, t2

reprezintă grosimile aderenților;

•

2/1

2211

112

+=

tEtEt

G

a

ac

6.5.2 Proiectarea îmbinărilor în straturi sau cu eclise duble

În cazul îmbinărilor în straturi, tensiunea tangențială maximă se calculează utilizând ecuația

6.3 (cu notațiile din Fig. 6.7):

+=

)cos(

)sin(

)sin(

)cos(

4max

c

c

c

cP fk

(6.3)

Unde:

• Pk este forța caracteristică pe unitate de lungime; Ω are valoarea cea mai mare dintre:

(1-Ψ)/(1+Ψ) și (Ψ-1)/(1+Ψ);

• 0 0

;2

i iE t

E t =

•

2/1

2211

212

+=

tEtEt

G

a

a

• 2

lc

=

.

Figura 6.7 Notații pentru îmbinarea prin suprapunere dublă



32

6.6 Studiu comparativ între metodele analitice și metodele numerice

aplicate în vederea obținerii răspunsului structural al îmbinărilor adezive

Configurațiile propuse pentru acest studiu includ: îmbinarea realizată prin suprapunere

simplă (SLJ – single lap joint) și îmbinarea cu aderenți rigizi (TAJ – thick adherents joint). Ambele

configurații sunt realizate utilizând profile compozite polimerice armate cu fibre de sticlă (CPAFS)

Fiberline (Fiberline, 2012) și adeziv structural epoxidic bi-component Sikadur30 (Fișa tehnică de

produs, Sikadur30, 2014). Profilele compozite Fiberline sunt realizate prin procesul de pultrudere

și utilizează fibre de sticlă și rășină poliesterică izoftalică. Proprietățile fizice și mecanice ale

profilelor, respectiv a adezivului sunt prezentate în tabelele 6.1 – 6.3.

Tabelul 6.1 Profile compozite plate – Caracteristici elastice (Fiberline, 2012)

Tip

Modul de

elasticitate

longitudinal (valoare medie)

[N/mm2]

Modul de

elasticitate

transversal (valoare medie)

[N/mm2]

Modul de

elasticitate la

forfecare (valoare medie)

[N/mm2]

Coeficientul

lui Poisson,

0°-90°

Coeficientul lui

Poisson,

90°-0°

Profil

plat

Fiberline

23000 8500 3000 0,23 0,09

Tabelul 6.2 Profile compozite plate – Rezistențe mecanice (Fiberline, 2012)

Tip

Rezistență la

tracțiune, 0°

[N/mm2]

Rezistență la

tracțiune, 90°

[N/mm2]

Rezistență la

compresiune, 0°

[N/mm2]

Rezistență la

compresiune, 90° [N/mm2]

Profil

plat

Fiberline

240 50 240 70

Tabelul 6.3 Adezivi (Fișă tehnică de produs Sikadur 30, 2014)

Tip

adeziv

Densitate

[kg/l]

(amestec)

Rezistență la

compresiune,

fc,adh

[N/mm2]

(7 zile, +100)

Rezistență la

tracțiune, ft,adh

[N/mm2]

(7 zile, 150C)

Modul de

elasticitate,

Eadh

(static)

[N/mm2]

Deformație

specifică la

rupere,

εu,adh

Sikadur

30 1,65 70-80 25-28 12800 1%

6.6.1 Caracteristicile geometrice ale îmbinărilor analizate

Caracteristicile geometrice ale îmbinărilor adezive constituie un factor determinant, atât în

cadrul studiului pe cale analitică, cât și pentru analizele numerice bazate pe metoda elementului

finit. Din acest motiv, pentru acest studiu de caz, se propune un spectru larg de configurații

geometrice, compuse din combinații între lungimea de conlucrare (70 mm, 100 mm, 150 mm) și

grosimea stratului de adeziv (1 mm, 2 mm, 3 mm). Pentru a fi identificate cu ușurință, fiecărui

model i se atribuie un cod nominal de identificare (Tabelul 6.4). Pentru analiza numerică, s-au



33

utilizat puncte specifice de măsurare și monitorizare a tensiunilor și deformațiilor specifice,

localizate la nivelul interfeței superioare adeziv – aderent. Fiecărui model i s-au atribuit trei serii

de puncte de monitorizare, după cum urmează: două serii localizate în zona capetelor libere a

lungimii de conlucrare și o serie localizată în zona de mijloc a îmbinării (Fig. 6.8). Pentru

reprezentarea grafică a distribuției tensiunilor, de-a lungul stratului de adeziv, s-au utilizat punctele

M1 – M6, rezultate din media aritmetică a fiecărui set de trei puncte consecutive, dispuse

transversal la nivelul interfeței.

Figura 6.8 Modele geometrice: a) Îmbinarea realizată prin suprapunere simplă b) Îmbinarea cu aderenți

rigizi - dimensiuni în mm (figurile nu respectă scara)

Pentru fiecare model, distanța dintre două puncte consecutive de monitorizare este constantă

(10 mm). Astfel, 24 de puncte specifice de monitorizare au fost utilizate pentru modelele S1-1(2,

3); T1-1(2, 3), 33 de puncte specifice de monitorizare pentru modelele S2-1(2, 3); T2-1(2, 3),

respectiv 48 de puncte specifice de monitorizare pentru modelele S3-1(2, 3); T3-1(2, 3).

Tabelul 6.4 Caracteristicile geometrice ale modelelor

Model Tip Lungimea de

conlucrare

[mm]

Grosimea stratului de

adeziv

[mm]

S1-1(2, 3) SLJ 70 1, 2, 3

S2-1(2, 3) SLJ 100 1, 2, 3

S3-1(2, 3) SLJ 150 1, 2, 3

T1-1(2, 3) SLJ 70 1, 2, 3

T2-1(2, 3) SLJ 100 1, 2, 3

T3-1(2, 3) SLJ 150 1, 2, 3

a) b)



34

6.6.2 Studiul distribuției tensiunilor pe cale analitică

Analiza modelelor pe cale analitică a fost realizată utilizând modelul teoretic Goland -

Reisner (Oplinger, 1994; Wu et al, 1997; Groll și Țăranu, 2003; Luo și Tong, 2007) pentru

îmbinarea realizată prin simplă suprapunere, respectiv modelul teoretic dezvoltat în concordanță

cu standardul D3165 pentru îmbinarea cu aderenți rigizi (Yang et al, 2003; ASTM D3165, 2014).

Modelul analitic Goland - Reisner permite analiza distribuției tensiunilor tangențiale și

normale dezvoltate de îmbinările realizate prin suprapunere simplă. Pentru analiza tensiunilor

tangențiale, dezvoltate în stratul de adeziv, se utilizează ecuația 6.4.

( )a

aultim

Et

tGk 831

80 +

(6.4)

Unde:

t

dP fk = ;

)sinh()cosh(22)cos()sinh(

)sinh()cosh(

2121

12

cuLucuLu

Lucuk

+= ;

21 22 uu = ;

Etu

)1(3

2

1 22 −= ;

Pk – Forța pe unitate de lungime [N/m]; υ – Coeficientul lui Poisson pentru adeziv; Ga –

Modulul de elasticitate la forfecare al adezivului [MPa]; E – Modulul de elasticitate al aderenților

[MPa]; 2

Lc = [mm]; L – lungimea de conlucrare [mm]; ta – grosimea stratului de adeziv [mm]; t –

grosimea aderenților [mm]; γf – deformația specifică ultimă a adezivului.

În cazul modelului analitic bazat pe specificațiile standardului ASTM D3165, se consideră

că aderenții au o comportare liniar elastică, iar stratul de adeziv lucrează în domeniul elasto –

plastic, respectând criteriul von Mises (Yang et al, 2003; ASTM D3165, 2014). În acest sens,

pentru fiecare model s-au localizat trei zone de interes, după cum urmează:

• Aria de conlucrare – zonă cu comportare plastică;

• Două zone adiacente ariei de conlucrare cu comportament elastic.

Răspunsul structural al îmbinărilor adezive cu aderenți rigizi, specific zonei plastice, poate

fi caracterizat utilizând ecuația 6.5:

zxx

E

+−

−+ )1(

)1)(1(; (6.5)



35

( )zxy

E

+

−+

)21)(1(;

zxz

E

)1(

)21)(1(−+

−+ ;

3

yield

pxz

=

Unde:

E – Modulul de elasticitate al adezivului [MPa]; υ – Coeficientul lui Poisson pentru adeziv;

σ – tensiunile din stratul de adeziv [MPa]; σyield – limita de curgere a adezivului [MPa];

ε – deformații specifice pentru adeziv [mm/mm].

6.6.3 Analiza numerică bazată pe metoda elementului finit

Analiza numerică a modelelor a fost realizată utilizând programul de calcul cu element finit

Ansys Workbench (ANSYS Workbench user’s guide, 2009). Modelele tridimensionale atribuite

îmbinărilor realizate prin suprapunere simplă sunt compuse din trei forme primare, pe când cele

atribuite îmbinărilor cu aderenți rigizi constau în șapte forme primare. Fiecărei forme geometrice

primare i-au fost definiți parametrii de conectivitate corespunzători tipului de îmbinare ales.

Modelele tridimensionale finale au fost discretizate utilizând elemente finite triunghiulare, cu

dimensiuni de 0,2 - 1 mm pentru stratul de adeziv, respectiv elemente finite dreptunghiulare, cu

dimensiunea maximă de 2 mm, pentru aderenți.

Pentru zona de conlucrare s-a utilizat o discretizare fină. Nivelul de îndesire al discretizării

a fost setat la 0.1, însemnând limitarea dimensiunii maxime a elementului finit la 0,1 mm. S-au

utilizat de asemenea, zone tampon dispuse între regiunile cu elemente de discretizare de

dimensiuni diferite. În acest mod, trecerea dintre regiuni se realizează cu un gradient redus și se

evită riscul apariției punctelor de discontinuitate între elementele discretizării. Profilele compozite

Fiberline au fost definite ca materiale ortotrop, iar adezivul a fost modelat ca material izotrop,

ambele materiale având comportare liniar elastică.

În urma studiului microscopic, prezentat în capitolul precedent, s-au determinat

caracteristicile suprafețelor profilelor Fiberline, utilizate în cadrul analizei numerice a îmbinărilor.

Se evidențiază astfel următoarele aspecte urmărite pe parcursul realizării modelelor numerice:

• Regiunea de contact selectată – bonded contact;

• Parametrul definitoriu al punctelor de ancoraj – pure penalty formulation;

• Determinarea punctelor de contact în profunzimea profilelor – nodal points where

the normal axis is perpendicular to the plane of the contact surface;

• Factorul de penetrare al adezivului – Penetration factor – 0,0943 mm.



36

6.6.4 Rezultate

Atât rezultatele obținute pe cale analitică, cât și cele generate de analiza numerică

demonstrează că stratul de adeziv este solicitat predominant la forfecare în cazul ambelor tipologii

de îmbinări. Cu toate acestea, se pot observa concentrări semnificative de tensiuni localizate în

zona de capăt a stratului de adeziv pentru modelele corespunzătoare seriei S1 (modelele cu

lungimea de conlucrare de 70 mm), (Fig. 6.7b). În cazul modelelor TAJ și SLJ având lungimea de

conlucrare de 100 mm, respectiv 150 mm, influența tensiunilor normale asupra răspunsului

structural al îmbinării este neglijabil. Din acest motiv, în acest studiu se prezintă grafic și se

analizează doar distribuțiile tensiunilor tangențiale. Distribuțiile tensiunilor tangențiale în lungul

stratului de adeziv pentru îmbinările prin suprapunere simplă sunt reprezentate grafic în figurile

6.11 – 6.13. Reprezentările grafice surprind atât valorile obținute pe cale numerică pentru punctele

de monitorizare, cât și cele obținute pe cale analitică. Distribuțiile tensiunilor tangențiale, a

tensiunilor normale și a tensiunilor von Misses pentru modelul S1-1 încărcat cu o forță de 1000 N

sunt prezentate în figura 6.9. Compararea valorilor tensiunilor tangențiale, obținute pe cale

analitică și numerică este prezentată în figurile 6.10a și b.

Figura 6.9 Harta distribuției tensiunilor a) tangențiale; b) de cojire, c) von Mises în stratul de adeziv

pentru modelul S1-1 [MPa]

Figura 6.10 Distribuția tensiunilor tangențiale în stratului de adeziv pentru modelul S1-1 obținută:

a) pe cale analitică; b) pe baza analizei numerice



37

Figura 6.11 Distribuția tensiunilor tangențiale în stratului de adeziv pentru:

a) S1-1; b) S1-2; c) S1-3


a) S2-1; b) S2-2; c) S2-3


a) S3-1; b) S3-2; c) S3-3

Valorile ultime ale tensiunilor normale, înregistrate în cazul configurațiilor TAJ, sunt mai

mici în comparație cu cele înregistrate pentru configurațiile SLJ. Această diminuare este

înregistrată pentru toate seriile analizate, incluzând și modelele cu lungimea de conlucrare de 70

mm. Distribuțiile tensiunilor tangențiale, tensiunilor normale și a tensiunilor von Misses pentru

modelul T1-1 încărcat cu o forță de 1000 N sunt prezentate în figura 6.14.

Figura 6.14 Harta tensiunilor în stratul de adeziv a) tangențiale; b) de cojire c) von Misses pentru

îmbinarea cu aderenți rigizi T1-1 [MPa]



38

Distribuțiile tuturor componentelor stării de tensiuni pentru modelul T1-1, evaluate atât pe

cale analitică, cât și numerică sunt prezentate în figura 6.15. Comparația dintre distribuțiile

tensiunilor tangențiale și normale evaluate prin intermediul metodelor analitice și numerice este

prezentată în figura 6.16. Distribuțiile tensiunilor tangențiale de-a lungul stratului de adeziv pentru

modelele TAJ, evaluate atât pe cale analitică, cât și pe cale numerică sunt reprezentate grafic în

figurile 6.17 – 6.18.

Figura 6.15 Distribuția tensiunilor în stratul de adeziv pentru modelul T1-1 obținută:

a) pe cale analitică; b) pe baza analizei numerice

Figura 6.16 Comparație între rezultatele analitice și cele numerice - Distribuția tensiunilor în lungul

zonei de îmbinare pentru modelul T1-1 a) tensiuni tangențiale; b) tensiuni de cojire

Figura 6.17 Distribuției tensiunilor tangențiale în stratul de adeziv conform analizei numerice (ANSYS):

a) T1-1(2, 3); b) T2-1(2,3); c) T3-1(2, 3)

Figura 6.18 Distribuția tensiunilor tangențiale în stratul de adeziv conform modelul analitic:

a) T1-1(2, 3); b) T2-1(2,3); c) T3-1(2, 3)



39

6.7 Optimizarea parametrilor constructivi ai îmbinărilor adezive

pentru elemente pultrudate din CPAF

Cea mai utilizată configurație în cazul îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din

CPAF este cea prin suprapunere simplă. Acest tip de îmbinare se remarcă prin ușurința în execuție

și prin existența unui domeniu larg de aplicabilitate. Distribuția tensiunilor în cazul îmbinărilor

prin suprapunere simplă este influențată de două aspecte specifice. Primul face referire la grosimea

aderenților și a stratului de adeziv, aspect ce determină mărimea tensiunilor normale (de cojire),

iar cel de al doilea aspect vizează variația tensiunilor și concentrarea acestora în zona de capăt a

lungimii de conlucrare.

În vederea determinării regiunilor susceptibile apariției concentratorilor de tensiuni și pentru

diminuarea ordinului de mărime a acestora, se prezintă rezultatele unui studiu numeric realizat

prin intermediul programului de analiză numerică Ansys Worckbench (ANSYS Workbench user’s

guide, 2009). Pentru analiza numerică s-au utilizat îmbinări compuse din elemente CPAFS și

adeziv structural epoxidic, bi-component. Caracteristicile fizice și mecanice ale materialelor

coincid cu cele ale elementelor compozite structurale, plate, realizate de către Fiberline (Fiberline

design manual, 2012), respectiv a adezivului epoxidic bi-component Sikadur30 (Sikadur30 – Fișa

tehnică de produs, 2014), și au fost prezentate pe larg în studiul precedent (secțiunea 6.7).

6.7.1 Caracteristicile geometrice ale îmbinărilor studiate

Pentru studiul numeric s-au utilizat îmbinări adezive realizate prin suprapunere simplă. În

scopul comparării rezultatelor se propune o configurație de referință. Dimensiunile acestei

configurații sunt: 2 mm grosimea stratului de adeziv (ta), 6 mm grosimea substraturilor (ts), 170

mm lungime totală, 25 mm lățimea profilelor compozite și 70 mm lungimea de conlucrare. De

asemenea, pentru a fi cu ușurință identificate și apelate în compararea rezultatelor, fiecărei

configurații utilizate i s-a atribuit un cod specific (Tabel 6.5). Caracteristicile geometrice ale

îmbinărilor studiate sunt prezentate în figura 6.19.

Figura 6.19 Caracteristicile geometrice ale modelelor (dimensiuni în mm)



40

Tabelul 6.5 Notații modele geometrice

Cod Descriere

NSP Geometrie de referință

SP15 15° canelură triangulară



6.7.2 Conceperea modelelor numerice

Pentru determinarea răspunsului structural al îmbinărilor testate la tracțiune, s-a utilizat

programul Ansys Worckbench (ANSYS Workbench user’s guide, 2009). Profilele compozite plate

Fiberline au fost modelate ca materiale ortotrope, ce au o comportare liniar - elastică, iar adezivul

ca material liniar - elastic, izotrop (Ungureanu et al, 2017). Fiecare model tridimensional este

compus din trei corpuri geometrice paralelipipedice. Fiecărei forme elementare, i s-au atribuit

parametrii specifici de formă și conectivitate pentru a corespunde modelului real. Modelele

geometrice finale au fost discretizate utilizând elemente finite dreptunghiulare pentru profilele

CPAFS, respectiv elemente finite triunghiulare pentru stratul de adeziv. Două nivele de îndesire a

discretizării au fost atribuite modelelor tridimensionale. Primul nivel corespunde stratului de

adeziv și constă în utilizarea elementelor finite având dimensiunea maximă de 1 mm, iar cel de-al

doilea nivel corespunde muchiilor stratului de adeziv și zonei de canelură și constă în utilizarea

elementelor finite cu dimensiunea maximă de 0,1 mm. S-a urmărit utilizarea unei zone tampon,

denumită ”smooth transition region”, pentru trecerea dintre diferite elemente și regiuni ale

discretizării. Modelele au fost încărcate prin aplicarea a două forțe de întindere de 5 kN, dispuse

simetric la cele două capete. Caracteristicile constructive ale modelelor tridimensionale și

condițiile de încărcare sunt prezentate în figurile 6.20 și 6.21.

Figura 6.20 Discretizarea modelelor tridimensionale

Figura 6.21 Condiții de încărcare

6.7.3 Rezultate

Analiza numerică a urmărit în primă fază distribuția tensiunilor pentru îmbinarea cu

caracteristicile geometrice de referință (muchia adezivului nefasonată). Scopul acestui studiu a

constat în obținerea unor valori de raportare pentru îmbinările optimizate (îmbinările ce prezintă

canelură). Rezultatele analizei arată că, atât distribuția tensiunilor tangențiale, cât și distribuția

tensiunilor normale, de-a lungul stratului de adeziv sunt simetrice față de mijlocul lungimii de

conlucrare și prezintă valori maxime în zona de capăt a acesteia. Cu toate acestea, distribuția

tensiunilor pe grosimea stratului de adeziv prezintă neregularități, valorile obținute nefiind astfel



41

potrivite spre a fi utilizate ca elemente de referință. Din acest motiv, s-au utilizat doar valorile

tensiunilor obținute la nivelul superior al interfeței adeziv - aderent. Diagramele distribuției

tensiunilor tangențiale sunt prezentate în figurile 6.22 - 6.29. Comparația rezultatelor este

reprezentată grafic în figurile 6.30 și 6.31.

Figura 6.22 Modelul NSP – Tensiuni tangențiale [MPa] Figura 6.23 Modelul NSP – Tensiuni normale [MPa]

Figura 6.24 Modelul SP 45 – Tensiuni tangențiale [MPa] Figura 6.25 Modelul SP 45 – Tensiuni normale [MPa]



Figura 6.30 Distribuția tensiunilor tangențiale Figura 6.31 Distribuția tensiunilor normale

6.8 Concluzii

Studiile efectuate în vederea elaborării unor modele analitice de calcul a îmbinărilor adezive

pentru elemente pultrudate din CPAFS prezintă un fundament comun deoarece, se bazează pe

extrapolarea modelelor teoretice dezvoltate pentru interfețe compozit – material tradițional (beton,

lemn, oțel, zidărie, ș.a.), prin utilizarea rezultatelor unor programe experimentale proprii. Din

punct de vedere cronologic, se observă că modelele teoretice pentru interfețele compozit –



42

compozit, s-au perfecționat în timp, astfel ca, pentru anumite configurații, este posibilă evaluarea

tuturor componentelor stării de tensiuni și deformații specifice prin intermediul unui singur model

analitic. Cu toate acestea, nu există încă un model analitic care să acopere toată paleta de produse

CPAF și adezivi și cu ajutorul căruia să se poată evalua răspunsul structural complet.

Pentru verificarea preciziei modelelor analitice în evaluarea acestor parametri, s-a efectuat

un studiu comparativ cu modelele numerice (secțiunea 6.7). Pe baza acestui studiu, se pot face

următoarele aprecieri:

• Spre deosebire de modelele analitice de calcul, analizele numerice permit modelarea și

evaluarea unui număr de parametri auxiliari cum ar fi: adâncimea de penetrare a adezivului,

rugozitatea medie și gradul de porozitate a elementului CPAF, caracteristici geometrice

particulare (canelură și șanfrenare), ș.a.;

• Pentru modelele analizate, rezultatele obținute pe baza modelării numerice sunt cu până la

30% mai mari comparativ cu cele obținute prin aplicarea modelului teoretic Goland -

Reisner, respectiv modelului teoretic dezvoltat în concordanță cu standardul D3165. În

această categorie sunt incluse tensiunile tangențiale, de cojire și von Misses;

• Spre deosebire de modelele analitice dezvoltate pentru îmbinările prin suprapunere simplă

și dublă (Volkersen, Hart–Smith, Goland - Reisner), modelul teoretic bazat pe specificațiile

standardului D3165 permite evaluarea răspunsului structural complet a îmbinărilor adezive

cu aderenți rigizi;

• În marea lor majoritate, modelele analitice sunt dezvoltate considerând că îmbinările adezive

dezvoltă un singur mecanism specific de cedare, de tip coeziv.

În cadrul studiului prezentat în secțiunea 6.8 au fost analizate configurații geometrice

obținute prin introducerea a 3 caneluri diferite (15°, 30° și 45°). Prin compararea rezultatelor

obținute pentru aceste modele cu cele determinate pentru configurația de referință (îmbinarea prin

suprapunere simplă cu unghiul de intrare de 90°), se pot formula următoarele concluzii:

• Fasonarea muchiilor adezivului prin introducerea canelurilor duce la o diminuare a valorilor

ultime ale tensiunilor tangențiale cu 3% pentru unghiul de intrare de 45°, 15% pentru unghiul

de intrare de 30°, respectiv 20% pentru unghiul de intrare de 15°;

• Procentul de diminuare a valorilor ultime a tensiunilor normale este unul redus. S-au

înregistrat diminuări a tensiunilor normale de 4,3%, respectiv 5% pentru modelele SP30 și

SP15;

• În cazul modelului SP15, se observă o schimbare în alura graficului, valorile ultime ale

tensiunilor normale fiind situate în vecinătatea zonei de capăt a lungimii de conlucrare.

Reducerea procentuală a acestora este de aproximativ 6,5%.



43

Capitolul 7

CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND EFICIENȚA

STRUCTURALĂ A ÎMBINĂRILOR ADEZIVE PENTRU

ELEMENTE PULTRUDATE

7.1 Generalități

Comparativ cu domeniul consolidării elementelor din materiale tradiționale cu materiale

compozite, domeniul îmbinărilor adezive pentru elementele portante din compozite polimerice

este încă insuficient studiat. Principala lacună este dată de lipsa unor normative naționale/

internaționale, care să asigure un set de modele analitice accesibile și general acceptate spre a fi

utilizate în faza de proiectare a îmbinărilor. De asemenea, se remarcă necesitatea elaborării unor

ghiduri de aplicare practică a tehnicilor și metodelor existente pentru realizarea îmbinărilor adezive

cu rol structural pentru materialele compozite polimerice. Elaborarea unui normativ sau a unui

ghid de bune practici reprezintă un proces complex, bazat pe concordanța dintre rezultate obținute

pe cale analitică, numerică și experimentală. Prin intermediul acestor studii se urmărește enunțarea

și descrierea unor metode, tehnici și principii de proiectare cu grad sporit de aplicabilitate.

În continuare se prezintă metodologiile de investigare experimentală folosite cel mai

frecvent la studiul îmbinărilor adezive și pe baza cărora s-au obținut rezultate semnificative.

7.2 Program experimental pentru investigarea îmbinărilor adezive

dintre elemente CPAF

7.2.1 Introducere

Programul experimental descris în cadrul acestei lucrări a avut ca prim obiectiv identificarea

și descrierea caracteristicilor ce definesc conlucrarea dintre elementele CPAF îmbinate cu adezivi.

Astfel, proiectarea și elaborarea etapelor programului au urmărit realizarea unei corelări între

rezultatele existente în literatură și cele obținute pe baza testelor realizate. În acest mod, s-au creat

premisele elaborării unui set de principii de proiectare cu grad sporit de aplicabilitate. Totodată, în

urma programului experimental au fost identificate tehnicile și metodele optime de realizare a

îmbinărilor adezive.



44

7.2.2 Descrierea epruvetelor fabricate pentru programul experimental

Metodologia selectată în cadrul programului experimental în vederea studiului parametrilor

de conlucrare dintre elementele CPAF îmbinate cu adezivi a constat în forfecarea stratului de

adeziv prin solicitarea la întindere a două tipologii distincte de îmbinare: îmbinarea prin

suprapunere simplă (SLJ – single lap joint) și îmbinarea cu aderenți rigizi (TAJ – thick adherends

joint). Selectarea acestei metodologii a avut la bază următoarele considerente:

• Asamblare epruvetelor este accesibilă și facilă, fiind realizată cu echipamente uzuale;

• Înregistrarea parametrilor caracteristici ce fac obiectul studiului este posibilă prin

instrumentarea celor două tipuri de epruvete cu minimum de resurse;

• Tipologiile de îmbinare selectate prezintă un plan comun de încărcare și cedare, fapt ce

facilitează monitorizarea deformațiilor specifice dezvoltate în zona de conlucrare;

• Ambele configurații sunt compatibile cu mașinile de testare și cu sistemul de achiziție a

datelor disponibile în Laboratorul de Materiale Compozite al Facultății de Construcții și

Instalații din Iași;

• Analiza modurilor de cedare este accesibilă și poate fi realizată utilizând microscopul

inversat XJP-6A cu cameră foto DV-2C aflat în dotarea laboratorului.

Epruvetele au fost realizate utilizând profile compozite plate armate cu fibre de sticlă și două

tipuri de adezivi cu proprietăți mecanice diferite. Criteriile care au stat la baza selectării profilelor

compozite plate Fiberline au vizat abordarea unor elemente structurale cu un spectru larg de

aplicabilitate datorat în principal rezistențelor mecanice superioare. Profilele compozite plate

Fiberline sunt realizate prin pultrudere, din rășină poliesterică izoftalică și fibre de sticlă. Formarea

prin pultrudere reprezintă un procedeu mecanizat (automat) de fabricare a produselor compozite

polimerice, ce permite obținerea unor caracteristici mecanice superioare pe direcție longitudinală

sau pe direcție transversală, în funcție de cerințele impuse. În cazul profilelor compozite plate

Fiberline, direcția principală după care sunt dispuse fibrele este cea longitudinală (Fig. 7.2).

Profilele au însă, în componența lor și țesături din fibre de sticlă dispuse spre exterior, ce contribuie

la formarea un strat adițional prin care se asigură protecția în timpul stocării și manipulării.

Proprietățile fizice și mecanice ale pofilelor utilizate în cadrul experimentul sunt prezentate în

tabelele 7.1 – 7.3.

Tabelul 7.1 Profile compozite plate – Proprietăți fizice (Fiberline, 2012)

Tip

Lățime,

bGFRP

[mm]

Grosime,

TGFRP

[mm]

Secțiune,

AGFRP

[mm2]

Densitate

[kg/m3]

Temperatura de

operare

[°C]

Volumul

fibrelor

[%]

Profil

plat

Fiberline

100 6 600 1650 -20...+80 ~ 60



45

Figura 7.2 Proprietăți mecanice ale profilelor Fiberline după direcțiile principale

Tabelul 7.3 Profile compozite plate – Rezistențe mecanice (Fiberline, 2012)

Tip

Rezistență la

tracțiune, 0°

[N/mm2]

Rezistență la

tracțiune, 90°

[N/mm2]

Rezistență la

compresiune, 0°

[N/mm2]

Rezistență la

compresiune, 90° [N/mm2]

Profil

plat

Fiberline

240 50 240 70

Pentru atașarea profilelor compozite polimerice armate cu fibre de sticlă (CPAFS) au fost

utilizați adezivi structurali ce fac parte din gama producătorului Sika. În acest sens au fost selectate

două tipuri de adezivi bicomponenți, tixotropici și fără solvenți, bazați pe o combinație de rășini

epoxidice și materiale speciale de umplere. Principalul parametru de diferențiere dintre cei doi

adezivi (Sikadur 30 și Sikadur 330) este dat de modulul de elasticitate, de aproximativ trei ori mai

mare în cazul celui de-al doilea. Pentru fiecare tipologie de îmbinare s-au realizat încleieri cu

ambele tipuri de adezivi, în trei grosimi diferite (1 mm, 2 mm și 3 mm). Proprietățile fizice și

mecanice ale celor două tipuri de adezivi sunt prezentate în tabelul 7.4.

Tabelul 7.4 Adezivi (Fișă tehnică de produs Sikadur 30, Sikadur 330)

Tip

adeziv

Densitate

[kg/l]

(amestec)

Rezistență la

compresiune,

fc,adh

[N/mm2]

(7 zile, +100)

Rezistență la

tracțiune, ft,adh

[N/mm2]

(7 zile, 150C)

Modul de

elasticitate,

Eadh

(static)

[N/mm2]

Deformație

spec. la

rupere,

εu,adh

Sikadur

30 1,65 70-80 25-28 12800 1%

Sikadur

330 1,30 30 33,8 4500 0,9%

Pentru fiecare configurație (SLJ și TAJ) s-au utilizat 3 parametri variabili: tipul de adeziv

(Sikadur 30, Sikadur 330), grosimea stratului de adeziv (1, 2 și 3 mm) și lungimea de conlucrare

(70, 100 și 150 mm), rezultând astfel un număr total de 30 de epruvete. În funcție de tipul îmbinării,



46

probele au fost divizate în două serii. Astfel, seriile S1 - S5 corespund îmbinărilor prin suprapunere

simplă, iar seria S6 corespunde îmbinărilor cu aderenți rigizi. Caracteristicile geometrice pentru

fiecare serie în parte sunt reprezentate grafic în figurile 7.3 și 7.4. Probele din seriile S3 - S4 au fost

pregătite utilizând aceeași configurație geometrică ca și în cazul probelor din seriilor S1 - S2,

parametrul de diferențiere fiind dat în acest caz de tipul de adeziv epoxidic: Sikadur 30 pentru

seriile S1 - S3, respectiv Sikadur 330 pentru seriile S3 - S4. Prin testarea la tracțiune longitudinală a

probelor cu caracteristici geometrice similare, dar încleiate cu adezivi diferiți, s-a vizat

evidențierea influenței caracteristicilor elastice și rezistențelor mecanice ale adezivului asupra

răspunsului structural al îmbinării. Caracteristicile probelor ce fac obiectul programului

experimental sunt prezentate în tabelele 7.5 și 7.6. În funcție de parametrii variabili, fiecărei

epruvete îi este atribuit un cod caracteristic de identificare (Tabelele 7.5 – 7.6). Termenii

constituenți ai codului au următoarele semnificații:

• Tipologia îmbinării (S – SLJ, T – TAJ);

• Lungimea de conlucrare în mm (70 / 100 / 150);

• Grosimea stratului de adeziv, în milimetri (1 / 2 / 3);

• Tipul de adeziv Sikadur (30 / 330);

• Distincție între epruvetele cu parametri identici (i / ii).

Figura 7.3 Configurația epruvetelor din seriile S1-S5 Figura 7.4 Configurația epruvetelor din seria S6



47

Tabelul 7.5 Detalierea probelor

Rez

iste

nță

tra

cțiu

ne

ad

eziv

, f t

,adh

[N/m

m2]

25

-28

25

-28

25

-28

25

-28

25

-28

25

-28

25

-28

25

-28

25

-28

25

-28

25

-28

34

34

34

34

34

34

34

Mo

du

l d

e

ela

stic

ita

te

ad

eziv

, E

adh

[N/m

m2]

12

800

12

800

12

800

12

800

12

800

12

800

12

800

12

800

12

800

12

800

12

800

45

00

45

00

45

00

45

00

45

00

45

00

45

00

Mo

du

l d

e

ela

stic

ita

te

CP

AF

S,

EC

PA

FG

[N/m

m2]

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

Lu

ng

ime

de

sup

rap

.

[mm

]

70

70

70

70

70

70

1

00

10

0

10

0

10

0

10

0

70

70

70

70

70

70

10

0

Gro

sim

e

ad

eziv

[mm

]

1

1

2

2

3

3

1

1

2

2

3

3

1

2

2

3

3

1

Tip

ad

eziv

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Tip

îmb

ina

re

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

Ser

ie /

Nu

me

pro

bă

S-7

0-1

-30

(i)

S-7

0-1

-30

(ii

)

S-7

0-2

-30

(i)

S-7

0-2

-30

(ii

)

S-7

0-3

-30

(i)

S-7

0-3

-30

(ii

)

S-1

00

-1-3

0 (

i)

S-1

00

-1-3

0 (

ii)

S-1

00

-2-3

0 (

i)

S-1

00

-2-3

0 (

ii)

S-1

00

-3-3

0 (

i)

S-7

0-1

-33

0 (

i) (

i)

S-7

0-1

-33

0 (

ii)

S-7

0-2

-33

0 (

i)

S-7

0-2

-33

0 (

ii)

S-7

0-3

-33

0 (

i)

S-7

0-3

-33

0 (

ii)

S-1

00

-1-3

30 (

i)

S1

S1

S1

S1

S1

S1

S2

S2

S2

S2

S2

S3

S3

S3

S3

S3

S3

S4



48

Tabelul 7.6 Detalierea probelor R

ezis

ten

ță

tra

cțiu

ne

ad

eziv

, f t

,adh

[N/m

m2]

34

34

34

34

34

34

34

25

-28

25

-28

34

25

-28

34

Mo

du

l d

e

ela

stic

ita

te

ad

eziv

, E

adh

[N/m

m2]

45

00

45

00

45

00

45

00

45

00

45

00

45

00

12

800

12

800

45

00

12

800

45

00

Mo

du

l d

e

ela

stic

ita

te

CP

AF

S,

EC

PA

FG

[N/m

m2]

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

23

000

Lu

ng

ime

de

sup

rap

.

[mm

]

10

0

10

0

10

0

10

0

10

0

15

0

15

0

10

0

10

0

10

0

10

0

10

0

Gro

sim

e

ad

eziv

[mm

]

1

2

2

3

3

2

2

1

1

1

2

2

Tip

ad

eziv

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a33

0

Sik

a30

Sik

a30

Sik

a33

0

Sik

a30

Sik

a33

0

Tip

îmb

ina

re

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

SL

J

TA

J

TA

J

TA

J

TA

J

TA

J

Ser

ie /

Nu

me

pro

bă

S-1

00

-1-3

30

(ii

)

S-1

00

-2-3

30

(i)

S-1

00

-2-3

30

(ii

)

S-1

00

-3-3

30

(i)

S-1

00

-3-3

30

(ii

)

S-1

50

-2-3

30

(i)

S-1

50

-2-3

30

(ii

)

T-1

00-1

-30

(i)

T-1

00-1

-30

(ii

)

T-1

00-1

-33

0 (

i)

T-1

00-2

-30

(i)

T-1

00-2

-33

0 (

i)

S4

S4

S4

S4

S4

S4

S4

S4

S4

S4

S4

S4

7.2.3 Asamblarea epruvetelor

Profilele CPAFS utilizate la asamblarea probelor au fost fasonate prin debitare dintr-o placă

de 6 mm grosime și cu dimensiuni de 0,1 x 7 m2, folosind o mașină universală de tăiat echipată cu

disc diamantat (Fig. 7.5). Neconformitățile apărute în timpul procesului de tăiere s-au rectificat

utilizând o mașină specială de retezat echipată cu disc de carbon ranforsat.



49

Figura 7.5 Debitarea profilelor CPAFS

După fasonarea tuturor profilelor CPAFS necesare asamblării probelor, prima etapă a fost

cea de tratare și pregătire a suprafețelor de conlucrare în vederea creșterii capacității de aderență.

Tehnologia de pregătire a suprafețelor a fost selectată în urma analizei microscopice a probelor

tratate prin diferite metode. În acest sens au fost pregătite probe tratate prin șlefuire mecanică (prin

translare sau rotire a periilor), șlefuire manuală (cu benzi abrazive de granulație 100, 200 și 300)

și combinații de șlefuiri mecanice și manuale. În cadrul studiului microscopic s-au urmărit

variațiile a patru parametri definitorii pentru caracterizarea mecanismului de conlucrare mecanică

dintre aderenți și adeziv, și anume: dimensiunea microfisurilor prezente la suprafață (Fig. 7.7 a, b,

c), porozitatea (Fig. 7.8 a, b, c), omogenitatea suprafeței și rugozitatea (Fig. 7.9 a, b, c). Analiza

microscopică a fost efectuată utilizând un microscop inversat XJP-6A dotat cu cameră foto DV-

2C (Fig. 7.6), iar procesarea imaginilor captate a fost realizată utilizând programul de analiză

grafică Material Plus Image Software.

Figura 7.6 Microscop inversat XJP-6A dotat cu cameră foto DV-2C

Figura 7.7 Microfisuri prezente la suprafața elementelor CPAFS: a) probă prelucrată prin șlefuire

manuală, b) probă prelucrată prin șlefuire mecanică și manuală, c) probă prelucrată prin șlefuire mecanică

pe două direcții



50

Figura 7.8 Relevarea câmpurilor de prelucrare: a) probă prelucrată prin șlefuire manuală, b) probă

prelucrată prin șlefuire mecanică și manuală, c) probă prelucrată prin șlefuire mecanică pe două direcții

Prelucrarea prin șlefuire manuală nu asigură eliminarea în totalitate a lacului protector de la

suprafața elementului CPAFS și, prin urmare, nu se modifică în mod substanțial rugozitatea medie

a probei (Fig. 7.8 a și 7.9 a). Deoarece profilul topografic al probei rămâne neschimbat, se

concluzionează că această metodă de prelucrare nu aduce un aport favorabil la dezvoltarea

mecanismului de întrepătrundere și, implicit la creșterea forțelor de adeziune.

În cazul probei prelucrate exclusiv prin șlefuire mecanică, se pot observa două câmpuri

principale de prelucrare (regiunile de culoare galbenă și albastră, Fig. 7.8 c) și un câmp prelucrat

insuficient (regiunea de culoare verde, Fig. 7.8 c). Diferențele mari înregistrate în cazul

parametrilor de porozitate și rugozitate pentru cele 3 câmpuri demonstrează că această metodă nu

asigură obținerea unei suprafețe de conlucrare cu caracteristici unitare.

Din cele trei metode de tratare a suprafeței, prelucrarea prin combinații de șlefuiri mecanice

și manuale asigură cel mai mare grad de omogenitate, fapt probat de distribuția uniformă a

câmpurilor de prelucrare și de porozitatea ridicată a probei (Fig. 7.8 b, Fig. 7,9 b). După cum se

poate observa în figura 7.8 b, la suprafața probei au fost identificate 6 câmpuri de procesare cu

caracteristici geometrice similare. Diferența în arie dintre două câmpuri învecinate este mai mică

de 20 %, fapt ce conduce la concluzia că poate fi utilizat un factor comun de penetrare al adezivului

pentru toată suprafața elementului (ariile 1 și 5 nu sunt luate în considerare, deoarece reprezintă

sub 8 % din aria totală, Tabelul 7.7). Factorul de penetrare al adezivului are valoarea egală cu

rugozitatea medie a probei determinată pe cale experimentală și este utilizat în cadrul analizelor

numerice la definirea suprafețelor de contact. Dimensiunile micro-fisurilor prezente la suprafața

probei sunt reduse și, prin urmare, nu pot influența în mod semnificativ dezvoltarea forțelor de

adeziune (Tabelul 7.8).



51

Figura 7.9 Omogenitatea suprafeței și rugozitatea – reliefarea câmpurilor supra-procesate: a) probă

prelucrată prin șlefuire manuală, b) probă prelucrată prin șlefuire mecanică și manuală, c) probă

prelucrată prin șlefuire mecanică pe două direcții

Tabelul 7.7 Ariile ocupate de cele 6 câmpuri de procesare identificate la suprafața probei

Aria A1 A2 A3 A4 A5 A6

[μm2] 183614,958 433220,222 1072465,374 952603,878 265207,756 416987,535

[%] 5,524 13,033 32,263 28,657 7,978 12,544

Tabelul 7.8 Dimensiunile micro-fisurilor prezente la suprafața probei

Microfisuri L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9

Dimensiuni

[μm] 1726,01 1594,94 289,47 240,51 1401,48 1481,25 1139,62 727,42 527,4

Prin suprapunerea imaginii captate de către camera microscopului (Fig. 7.7 b) cu imaginea

procesată (Fig. 7.8 b), programul de analiză grafică Material Plus Image Software realizează în

mod automat două scări metrice echivalente pentru măsurători în planul probei și pentru

măsurători pe adâncimea acesteia. Fiecărei unități de măsură îi corespunde o schimbare în

intensitatea luminoasă a imaginii originale (Fig. 7.7), respectiv o schimbare în tonalitatea culorii

complementare a imaginii procesate (Fig. 7.8). Pe baza scărilor echivalente, pentru fiecare din cele

6 câmpuri de procesare s-au identificat forma geometrică a particulelor de suprafață, circularitatea

și raportul dimensional. În acest sens, au fost atribuite 6 puncte de identificare și măsurare a

particulelor, situate în centrul geometric al fiecărei regiuni caracteristice (Fig. 7.10, Tabel 7.9).

Deoarece locația inițială a punctelor 5 și 6 corespunde regiunilor supra-procesate ce nu sunt

favorabile pentru măsurători (zonele colorate cu roșu), au fost permutate în imediata vecinătate a

acestora. Analizând datele obținute pentru cele 6 câmpuri de procesare, se observă că particulele



52

de suprafață au un raport dimensional aproximativ unitar, forma geometrică a acestora fiind

apropiată de forma sferică (0,018539 mm deviație maximă pentru diametru și înălțime). Astfel,

prin determinarea secțiunii transversale a particulei sferice, se poate estima adâncimea cavităților

prezente la suprafața probei, respectiv rugozitatea probei.

Tabelul 7.9 Dimensiunea particulelor

Figura 7.10 Locația punctelor pentru măsurători

În urma rezultatelor obținute pe baza studiului microscopic și grafic s-a selectat metoda

bazată pe combinații între șlefuirea mecanică și șlefuirea manuală. De asemenea, s-au stabilit tipul

și parametrii definitorii ai suprafeței de contact dintre elementele sistemului, utilizați în cadrul

analizelor numerice. Suprafața de contact selectată este de tip bonded contact with pure penalty

formulation fiind definită de 2 parametri caracteristici, numărul punctelor de contact (ales în

funcție de porozitatea probei în câmpul principal de prelucrare) și factorul de penetrare al

adezivului (valoarea medie a diametrelor particulelor de suprafață – 0.0943 mm, Tabelul 7.9).

Procesul de tratare a suprafețelor profilelor CPAFS s-a efectuat în laborator, utilizându-se

echipament specific de protecție. Prima etapă a constat în suflarea cu aer comprimat a profilelor

în vederea îndepărtării reziduurilor grosiere rezultate în urma debitării și fasonării. Întrucât

particulele fine nu au putut fi îndepărtate în totalitate prin suflare, suprafețele profilelor CPAFS au

fost curățate și cu solvenți (acetonă). Cea de a doua etapă a constat în îmbunătățirea rugozității

prin șlefuire mecanică și manuală. Șlefuirea mecanică a fost realizată cu perii rotative de sârmă, la

turații de 400-600 RPM (Fig. 7.11), iar uniformizarea suprafeței și implicit asigurarea unei

porozități constante a fost realizată prin șlefuire manuală cu benzi abrazive fine (circa 20-30 de

treceri), (Fig. 7.12).

În vederea limitării riscului de contaminare a suprafețelor elementelor CPAFS și pentru

obținerea unor caracteristici similare celor identificate prin intermediul studiului microscopic,

după finalizarea întregului proces de tratare a suprafețelor, profilele compozite au fost curățate cu

solvenți, înfășurare în folii termo-contractibile de poliofină și depozitate într-o încăpere ermetică.

Punct 1 2 3 4 5 6

Circularitate 55,839 48,5 38,675 37,3 50,538 43,069

Raport dimensional 1 1,867 1 1 1,494 1

Diametrul cercului

[µm]

121,160 58,506 94,113 114,727 81,450 95,969

Volumul sferei

[µm]3

134406,517 15133,450 62992,78 114115,214 40833,542 66794,562



53

Figura 7.11 Îmbunătățirea rugozității prin șlefuire mecanică: a) mișcare de translație, b) mișcare de

rotație

Figura 7.12 a) Îmbunătățirea rugozității prin șlefuire manuală, b) Curățarea suprafeței cu solvenți

Adezivii utilizați în cadrul programului experimental sunt de tip tixotropic, bi-

component, fiind alcătuiți dintr-o rășină și un întăritor. Rapoartele de amestecare a

componentelor este diferit, și anume: 3 la 1 în cazul adezivului Sikadur 30, repectiv 4 la 1 în

cazul adezivului Sikadur 330. Prepararea adezivilor s-a realizat în condiții de laborator și a

constat în amestecarea componentelor (rășină și întăritor) într-un recipient deschis și

transparent la turație redusă (400-600 RPM) timp de minim 3 minute (Fig. 7.14).

Figura 7.14 Dozarea și prepararea adezivului

În cazul îmbinărilor solicitate la forfecare ce sunt realizate cu aceste tipuri de adezivi,

curbele caracteristice de comportare tensiuni tangențiale – lunecare prezintă o alură bi-liniară,



54

aspect ce conduce la concluzia că adezivii 30 și 330 din gama producătorului Sika fac parte

din categoria adezivilor cu comportare elastică. Aceste tipuri de adezivi sunt utilizate în

diverse aplicații structurale și prezintă avantaje importante, cum ar fi:

• Prepararea și aplicarea adezivilor este facilă și nu necesită echipamente speciale;

• Suprafețele de adeziune nu necesită amorsare;

• Nu conțin solvenți;

• Dezvoltă rezistențe inițiale ridicate;

• Contracțiile dezvoltate pe parcursul întăririi sunt nesemnificative.

Principalele caracteristici pe baza cărora au fost selectați adezivii Sikadur 30 și Sikadur 330

sunt prezentate în tabelul 7.10.

Tabelul 7.10 Proprietățile adezivilor (Fișe tehnice: Sikadur30, 2014; Sikadur330, 2014)

Caracteristici Sikadur 30 Sikadur 330

Raport de amestecare (A:B) 3:1 4:1

Densitate [kg/l] 1,65 1,30

Coeficient de dilatare termică

[/0C] 9 x 10-5 45 x 10-6

Lucrabilitate

+80C ~ 120 min

+200C ~ 90 min

+350C ~ 40 min

+100C ~ 90 min

+350C ~ 30 min

Interval termic ambiant optim la

faza de aplicare +100C / 350C +80C / 350C

Grosime maximă strat adeziv [cm] 3 -

Umiditate maximă a suportului ≥ 4% ≥ 4%

Rezistența la compresiune la 7

zile,

fc,a,30/330 [N/mm2]

+100C ~ 70-80

+350C ~ 85-95 +230C ~ 30

Rezistența la întindere la 14 zile,

ft,a,30/330 [N/mm2]

+150C ~ 25-28

+350C ~ 27-32 +230C ~ 30

Rezistența la forfecare la 14 zile,

[N/mm2]

+150C ~ 15-18

+350C ~ 17-20 ---

Deformația specifică ultimă,

εu,a,30/330 [%]

1 0,9

Practica generală de execuție a îmbinărilor adezive recomandă aplicarea adezivului pe

unul din elementelele CPAF, apoi presarea acestuia pe elementul de bază. Această metodă

permite realizarea ansamblelor adezive într-un timp optim, fiind astfel pretabilă aplicațiilor

de șantier ce includ îmbinări cu lungimi de conlucrare considerabile. În cazul în care grosimea

stratului de adeziv este fixă, iar toleranțele de execuție sunt minimale, utilizarea metodei prin

aplicare directă a adezivului devine problematică, putând apărea situații nefavorabile. Astfel,

pentru aceste tipuri de îmbinări este necesară asamblarea în condiții de laborator, iar obținerea

caracteristicilor geometrice și respectarea toleranțelor impuse sunt asigurate prin folosirea

unor procedee tehnologice specifice.



55

Pentru realizarea celor două tipologii de îmbinări (SLJ și TAJ) utilizate în cadrul programului

experimental s-au utilizat două procedee de control a grosimii stratului de adeziv. Primul procedeu

constă în fixarea pe suprafața elementului CPAFS de bază a unor distanțieri sferici din oțel cu

diametrul de 1, 2, respectiv 3 mm, în funcție de caracteristicile geometrice ale epruvetei (Fig. 7.15).

Cel de-al doilea procedeu s-a realizat prin montarea elementelor CPAFS suport într-un banc de

lucru conceput special pentru asigurarea dozajului și omogenității adezivului în timpul aplicării.

Bancul de lucru este compus dintr-un suport rigid pe suprafața căruia au fost fixate la distanța de

100 mm adaosuri de reglare, constând în platbande metalice având lungimea de 250 mm și grosime

variabilă, în funcție de grosimea stratului de adeziv. Spre exemplu, pentru epruvetele S-100-1-330

(i și ii), grosimea totală a adaosurilor de reglare este de 7,1 mm, asigurându-se astfel o grosime a

stratului de adeziv cu 0,1 mm mai mare decât cea proiectată. În acest mod, prin presarea celor două

elemente CPAFS (suport și bază), adezivul acoperă zona de contact în totalitate, iar cantitatea de

adeziv refulată în momentul atingerii distanțierilor sferici este minimă. În figura 7.16 este prezentat

modul de aplicare al adezivului, precum și caracteristicile bancului de lucru. După atașarea

aderenților s-a aplicat presiune pe suprafața profilelor Fiberline până la atingerea distanțierilor, iar

adezivul refulat a fost îndepărtat (Fig. 7.17). Planeitatea îmbinării a fost asigurată prin securizarea

probelor cu sisteme de prindere tip menghină timp de 14 zile, pâna la maturarea completă a

adezivilor (Fig. 7.18).

Figura 7.15 Fixarea distanțierilor sferici pe zona de conlucrare



56

Figura 7.16 Caracteristicile constructive ale bancului de lucru

Figura 7.17 Conectarea elementelor sistemului și îndepărtarea excesului de adeziv

Figura 7.18 Securizarea și depozitarea probelor



57

7.2.4 Instrumentarea epruvetelor

După finalizarea procesului de maturare a adezivilor s-a trecut la etapa de instrumentare a

probelor. Parametrii monitorizați în cadrul programelor de testare sunt: variația deplasărilor

relative dintre elementele sistemului, forța de tracțiune aplicată îmbinării și distribuția

deformațiilor specifice de-a lungul zonei de conlucrare.

Monitorizarea deplasărilor relative a fost efectuată prin montarea unui traductor inductiv de

deplasare (LVDT – linear variable displacement transducer) pe cele două elemente CPAFS

componente ale îmbinării, acoperind în acest mod întreaga zonă de conlucrare.

Forța de tracțiune aplicată îmbinării s-a măsurat prin recepția semnalului emis de mașina de

testare. De asemenea, toate semnalele emise de instrumentele de testare și măsurare au fost captate,

normalizate și sincronizate cu ajutorul unui sistem de achiziție a datelor.

Distribuția deformațiilor specifice în lungul zonei de conlucrare a fost înregistrată prin

montarea a 3 traductori rezistivi. Atașarea traductorilor a fost precedată de un proces elaborat de

pregătire a suprafețelor realizat cu ajutorul produselor de instrumentare marca Vishay –

MicroMeasurements.

În prima etapă a fost curățată suprafața de lipire prin ștergere cu șervețele textile îmbibate

cu acetonă (3 treceri longitudinale) și cu șervețele îmbibate cu alcool etilic (2 treceri longitudinale).

Ulterior, suprafața a fost șlefuită uscat cu carton abraziv de granulație 320 și umed cu carton

abraziv de granulație 195 și soluție de acid fosforic și apă distilată (M Prep Contitioner A).

După atingerea rugozității considerate optime, suprafața a fost curățată cu acetonă și au fost

trasate pozițiile traductorilor rezistivi. Premergător atașării traductorilor, suprafața a fost

neutralizată prin aplicarea unei soluții de hidroxid de amoniu și pentahidrat de sodiu (M Prep

Neutraliser 5A).

Lipirea traductorilor de suprafața elementelor CPAFS reprezintă, de asemenea, un proces

elaborat compus din mai multe etape pregătitoare. În prima etapă, traductorii rezistivi sunt

poziționați pe o suprafață de sticlă, decontaminată în prealabil, și sunt fixați cu benzi adezive.

Benzile adezive împreună cu traductorii au fost ulterior atașate provizoriu pe elementul CPAFS,

în vederea aplicării catalizatorului de aderență compus din soluție de propan (200 Catalyst-C ).

Lipirea traductorilor s-a realizat cu ajutorul unui adeziv pe bază de soluție de etil cianoacrilat (M

BOND 200), reacția de maturare a adezivului fiind declanșată prin presarea ansamblului timp de

2 minute. După lipirea celor 3 traductori ai unei probe, benzile adezive protectoare au fost

îndepărtate. Caracteristicile traductorilor rezistivi sunt prezentate în tabelul 7.11.

După instalarea traductorilor rezistivi, la racordajele electrice ale acestora au fost legate

firele conductoare. Pe fiecare epruvetă s-a fixat câte o rigletă electrică prin intermediul căreia s-a

realizat legătura dintre cablurile provenite de la sistemul de achiziție și firele conductoare ale

traductorilor rezistivi. Modalitatea de instrumentare a epruvetelor este prezentată în figura 7.19.



58

Figura 7.19 Instrumentarea epruvetelor cu 3 traductori rezistivi și LVDT

Tabelul 7.6 Caracteristicile traductorilor rezistivi

Marcă Referință produs Lungime Factor

transformare

Rezistență

electrică

Coeficient

termic

HBM 6/120LY18 5 mm 2,18±1,0% 120,0 Ohm -0,010% / 0C

KIOWA KFRP-5-120-C1-1 5 mm 1,98±1,0% 120,0 Ohm -0,015% / 0C

7.2.5 Descrierea metodologiei de testare

Ambele tipuri de îmbinări (SLJ și TAJ) au fost solicitate la întindere, până a survenit cedarea,

utilizând mașina universală de testare ZWICK / Roell SP 1000 aflată în dotarea Laboratorului de

Materiale Compozite al Facultății de Construcții și Instalații din Iași. Testarea a fost realizată în

control de forță, la o rată prestabilită de 5 kN / min. Caracteristicile mașinii de testare sunt

prezentate în tabelul. 7.7.

Tabelul 7.7 Caracteristicile mașinii de încercare ZWICK / Roell SP1000

Capacitate maximă

admisibilă (tracțiune /

compresiune

Forța maximă

de strângere a

bacurilor

Tip de control a

celulei de încărcare

Înălțime Lățime Adâncime

1000 kN 2500 kN Forță 4200 mm 1100

mm

760 mm

Dimensiuni bacuri Cursa

maximă

Nivel decibeli la

încărcare maximă

Interval

deplasare brațe

--- ---

135x120 mm 600 mm 70 0,1 – 200

mm/min

--- ---

O etapă importantă, premergătoare testării, este constituită de poziționarea și centrarea

epruvetelor în bacurile presei. Echilibrarea epruvetelor tip SLJ s-a realizat cu ajutorul unor

adaosuri lipite la capetele probelor. Adaosurile au fost decupate din același tip de element CPAFS,

iar lipirea lor s-a efectuat utilizând aceiași adezivi epoxidici. Astfel, au fost compensate

excentricitățile rezultate în urma suprapunerii elementelor CPAFS, iar probele au fost centrate cu

ușurință în mașina de testare. În cazul epruvetelor tip TAJ, nu s-au utilizat adaosuri de montaj,

întrucât axa de încărcare coincide cu axa neutră a sistemului.



59

Capitolul 8

REZULTATE ALE PROGRAMULUI EXPERIMENTAL

PRIVIND EFICIENȚA STRUCTURALĂ A ÎMBINĂRILOR

ADEZIVE PENTRU ELEMENTE PULTRUDATE

8.1 Introducere

Tipurile de epruvete descrise în capitolul anterior (cele realizate prin suprapunere simplă -

SLJ și cele obținute prin îmbinarea aderenților rigizi – TAJ) au fost solicitate la tracțiune

longitudinală până la cedare. Pe parcursul aplicării încărcării au fost monitorizați următorii

parametri specifici: forța de tracțiune, variația deformațiilor specifice în lungul zonei de conlucrare

și lunecarea dintre profilele compozite polimerice armate cu fibre de sticlă (CPAFS).

După finalizarea încercărilor, rezultatele au fost prelucrate și centralizate. Pe baza acestora,

au fost analizate modurile specifice de cedare, s-au trasat graficele tensiuni tangențiale – deformații

specifice și forță - deplasare, s-au investigat variațiile deformațiilor specifice ale adezivului la

diferite trepte de încărcare și s-au trasat graficele tensiuni tangențiale – lunecare.

8.2 Investigarea modurilor specifice de cedare în raport cu forțele

capabile ultime dezvoltate de îmbinări

Pentru fiecare epruvetă ce a făcut obiectul încercărilor experimentale, se prezintă în tabelul

8.1 modurile specifice de cedare și forțele capabile ultime. Pentru epruvetele cu caracteristici

identice s-au calculat indicatorii sintetici ai variației forțelor capabile (abaterea medie pătratică și

dispersia – variația).

În tabelul 8.1, notațiile utilizate pentru definirea mecanismelor de cedare specifice corespund

următoarelor cazuri:

• Cedări prin desprinderea și ruperea fibrelor la suprafața elementului CPAFS – F-T (fibre

tear failure);

• Cedări prin desprindere la interfața element CPAFS - adeziv – D (de-bonding failure);

• Cedări coezive localizate la nivelul stratului de adeziv – C (cohesive failure);



60

Pentru 13 epruvete, cedarea a survenit prin cumulul mai multor mecanisme specifice,

ordinea de enumerare a acestora fiind de la modul dominant spre cele secundare (locale).

Dispersia s-a calculat ca medie aritmetică simplă, întrucât epruvetele au fost divizate în serii

simple (nu s-au utilizat distribuții de frecvență). Deoarece valorile forțelor capabile ultime provin

din eșantioane de volum redus (grupuri de câte două epruvete identice), extinderea rezultatelor la

nivelul populației totale de epruvete s-a realizat prin inferență statistică. Astfel, în calculul

dispersiei, la numitor s-a folosit (n-1) și nu ’n’, obținându-se un estimator mai exact al dispersiei

față de colectivitatea generală (Ecuația 8.1) (Chauvat și Reau, 2004).

𝑆2 =∑ (𝑥𝑖 − �̅�)2𝑛

𝑖=1

𝑛 − 1

(8.1)

Deoarece în cadrul programului experimental au fost testate epruvete obținute prin variația

mai multor parametri constructivi (tipologie de îmbinare, lungime de conlucrare, tip și grosime a

stratului de adeziv) este dificilă compararea valorilor forțelor capabile după caracteristici

exprimate prin aceeași unitate de măsură. Astfel, pentru fiecare set de epruvete cu caracteristici

identice, s-a calculat abaterea medie pătratică (Ecuația 8.2) pentru a se identifica devierea

rezultatelor de la tendința generală (Voineagu et al, 2007).

𝜎 = √(𝑆2)2 = √∑ (𝑥𝑖 − �̅�)2𝑛

𝑖=1

𝑛

(8.2)

Tabelul 8.1 Modurile de cedare și forțe capabile ultime

Nr. Nume probă Tip

adeziv

Rezistența la

întindere a

adezivului,

ft,a [N/mm2]

Modulul de

elasticitate

a

adezivului,

Ea [GPa]

Grosime

adeziv,

ta,30/330 [mm]

Mecanism

de cedare

Forță

ultimă,

Pult [kN]

1 S-70-1-30 (i) Sikadur

30 25 12,80 1 F-T-C 25.22

2 S-70-1-30 (ii) Sikadur

30 25 12,80 1 F-T 30.32

Dispersie: 13,00 Abaterea medie pătratică: 3,61

3 S-70-1-330 (i) Sikadur

330 30 4,50 1 F-T-C 36,65


330 30 4,50 1 F-T-C 33,60


5 S-70-2-30 (i) Sikadur

30 25 12,80 2 F-T-D 29,85


30 25 12,80 2 F-T 32,15



61


7 S-70-2-330 (i) Sikadur

330 30 4,50 2 F-T 30,02


330 30 4,50 2 F-T 30,86


9 S-70-3-30 (i) Sikadur

30 25 12,80 3 F-T 31,45


30 25 12,80 3 F-T 30,28


11 S-70-3-330 (i) Sikadur

330 30 4,50 3 F-T 26,43

12 S-70-3-330 (ii) Sikadur

330 30 4,50 3 F-T 26,97


13 S-100-1-30 (i) Sikadur

30 25 12,80 1 F-T-C 46,87

14 S-100-1-30 (ii) Sikadur

30 25 12,80 1 F-T-C 45,12


15 S-100-1-330 (i) Sikadur

330 30 4,50 1 F-T-C 43,77

16 S-100-1-330 (ii) Sikadur

330 30 4,50 1 F-T-C 45,23


17 S-100-2-30 (i) Sikadur

30 25 12,80 2 F-T 40,86

18 S-100-2-30 (ii) Sikadur

30 25 12,80 2 F-T-C 41,06


19 S-100-2-330 (i) Sikadur

330 30 4,50 2 F-T 41,91

20 S-100-2-330 (ii) Sikadur

330 30 4,50 2 F-T 38,24


21 S-100-3-30 (i) Sikadur

30 25 12,80 3 F-T 35,89

---- ----



62

22 S-100-3-330 (i) Sikadur

330 30 4,50 3 F-T-C 31,55

23 S-100-3-330 (ii) Sikadur

330 30 4,50 3 F-T 32,20


24 S-150-2-330 (i) Sikadur

330 30 4,50 2 F-T 63,55

25 S-150-2-330 (ii) Sikadur

330 30 4,50 2 F-T-C 58,41


26 T-100-1-30 (i) Sikadur

30 25 12,80 1 F-T-C 40,65

27 T-100-1-30 (ii) Sikadur

30 25 12,80 1 F-T-C 41,99


28 T-100-1-330 (i) Sikadur

330 30 4,50 1 F-T-D 44,80

29 T-100-2-30 (i) Sikadur

30 25 12,80 2 F-T 38,89

30 T-100-2-330 (i) Sikadur

330 30 4,50 2 F-T 40,13

Analizând valorile obținute pentru forțele capabile ultime dezvoltate de cele două tipologii

de îmbinări adezive (SLJ și TAJ), se pot face următoarele observații:

• Forțele capabile maxime (~ 60 kN) au fost înregistrate în cazul îmbinărilor de tip SLJ, cu

lungimea de conlucrare de 150 mm;

• Epruvetele de tip TAJ au dezvoltat forțe capabile ultime cu valori în intervalul 40 – 45 kN;

• Deoarece cedarea nu a fost controlată de proprietățile mecanice ale adezivului (cedarea

coezivă a fost înregistrată doar pe arii restrânse și izolate), forțele capabile ultime nu

variază în raport cu tipul și grosimea stratului de adeziv;

• În cazul epruvetelor cu aceiași parametri constructivi (lungime de conlucrare, tip și grosime

a stratului de adeziv), îmbinările de tip TAJ dezvoltă forțe capabile ultime mai mari,

comparativ cu îmbinările de tip SLJ. Acest fapt se explică prin caracteristicile geometrice

favorabile ale geometriei TAJ. Pentru îmbinările de tip TAJ, axa de încărcare coincide cu

axa neutră a sistemului, aspect ce contribuie în mod substanțial la diminuarea valorilor

tensiunilor normale (de cojire), ce se dezvoltă, cu precădere în zonele de capăt ale

îmbinărilor adezive.

În continuare (Fig. 8.1) sunt prezentate epruvetele, după finalizarea încercărilor.



63

Epruveta 1 - S-70-1-30 (i) – Cedare F-T-C Epruveta 2 - S-70-1-30 (ii)– Cedare F-T

Epruveta 3 - S-70-1-330 (i)– Cedare F-T-C Epruveta 4 - S-70-1-330 (ii)– Cedare F-T-C

Epruveta 5 - S-70-2-30 (i)– Cedare F-T-D Epruveta 6 - S-70-2-30 (ii)-Cedare F-T

Epruveta 7 - S-70-2-330 (i)– Cedare F-T Epruveta 8 - S-70-2-330 (ii)– Cedare F-T





Epruveta 17 - S-100-2-30 (i)– Cedare F-T Epruveta 18 - S-100-2-30 (i)–– Cedare F-T-C



64


Epruveta 21 - S-100-3-30 (i)– Cedare F-T Epruveta 22 - S-100-3-330 (i)– Cedare F-T-C

Epruveta 23 - S-100-3-330 (ii)– Cedare F-T

Epruveta 24 - S-150-2-330 (i)– Cedare F-T

Epruveta 25 - S-150-2-330 (ii)– Cedare F-T-C Epruveta 26 - T-100-1-30 (i)– Cedare F-T-C

Epruveta 27 - T-100-1-30 (ii)– Cedare F-T-C Epruveta 28 - T-100-1-330 (i)– Cedare F-T-D

Epruveta 29 - T-100-2-30 (i)– Cedare F-T Epruveta 30 - T-100-2-330 (i)– Cedare F-T-C

Figura 8.1 Ariile de conlucrare după cedarea epruvetelor

În urma investigării epruvetelor, după finalizarea testelor, s-a ajuns la concluzia că, în

majoritatea cazurilor, cedarea a survenit în stratul exterior al elementelor CPAFS, la o adâncime

de aproximativ 0,5 – 1,5 mm. În conformitate cu prevederile normativului ASTM 5573, această

tipologie de cedare se încadrează în categoria ‘fiber - tear’ (cedare prin desprinderea și ruperea

fibrelor). Cu toate acestea, pentru unele epruvete cedarea s-a produs printr-un cumul de tipologii

specifice, constând în combinații între modul dominant de cedare (fiber – tear) și desprinderi la

nivelul interfeței (i.e. S-70-2-30 (i), T-100-1-330 (i)) și/sau cedări locale, coezive, în stratul de

adeziv (i.e. S-70-1-330 (i), S-70-1-330 (ii), S-100-1-30 (i), S-100-1-30 (ii), S-100-1-330 (i), S-

100-1-330 (ii), S-100-2-30 (ii), S-100-3-330 (i), S-150-2-330 (ii), T-100-1-30 (i), T-100-1-30 (ii)).

Aceste moduri de cedare nu sunt comune sistemelor de îmbinări adezive cu caracteristici

geometrice similare, dar realizate cu substraturi distincte. De exemplu, în cazul elementelor CPAF

atașate prin adeziune pe substraturi din beton, cel mai des întâlnit mod de cedare constă în

desprinderea la nivelul interfeței, ca urmare a rezistenței scăzute la întindere și a comportamentului

fragil al betonului (Ceroni et al, 2016). Pentru îmbinările adezive dintre lamele CPAF și elemente

din oțel, modul dominant de cedare constă într-o combinație între cedarea coezivă (la nivelul



65

adezivului) și desprinderea la nivelul interfeței, datorată în principal rezistențelor ridicate la

tracțiune și forfecare ale oțelului (Fernando, 2010; Lupășteanu et al, 2017; Lupășteanu et al, 2018).

Investigarea modurilor specifice de cedare s-a realizat prin focalizarea și analiza

microscopică a unor regiuni specifice (1,6 mm x 2,1 mm), localizate pe suprafețele de cedare ale

epruvetelor. Pentru o mai bună înțelegere, imaginile captate de către camera microscopului au fost

procesate utilizând programul de analiză grafică Material Plus Image Software.

8.2.1 Cedarea prin desprinderea și ruperea fibrelor

Modul dominant de cedare pentru ambele tipologii de îmbinare (SLJ și TAJ) constă în

desprinderea și ruperea fibrelor din straturile exterioare ale elementelor CPAFS. Acest mod de

cedare a fost înregistrat ca mod singular în cazul a 17 epruvete, și în combinație cu alte moduri

(desprindere la nivelul interfeței și cedare coezivă) pentru 13 probe. Astfel, se poate concluziona

că cedarea probelor nu a fost controlată de proprietățile mecanice ale adezivului (i.e. rezistența la

forfecare), ci de rezistența scăzută la tracțiune a straturilor de țesături și rășină dispuse la exteriorul

elementelor CPAFS. După cum se poate observa în figura 8.2, pe suprafețele de cedare au fost

identificate micro-fisuri dezvoltate pe direcția de încărcare și regiuni specifice, caracterizate de

separarea fibrelor de matrice. Dimensiunile micro-fisurilor și perimetrele ariilor de separare dintre

fibre și matrice sunt prezentate în tabelul 8.2.

Tabelul 8.2 Defecte identificate pe suprafața de cedare

Notație Descriere Dimensiuni (μm)

A1 Regiune de separare fibre - matrice 96516,62



L1 Micro-fisură 547,43













Figura 8.2 Desprinderea și ruperea fibrelor. a) 25X; b) Det. A, 250X: c) Det. B, 250X.



66

Imaginea captată de către camera microscopului a fost procesată grafic prin atribuirea de

culori distincte pentru ariile ocupate de fibre (verde) și cele ocupate de matrice (roșu) (Fig. 8.3).

Astfel, s-a constatat că procentele corespunzătoare fibrelor (~65 %) și ale matricei (~35 %) sunt

în concordanță cu valorile minime ale fracțiunilor volumetrice asigurate de către producătorul

elementelor CPAFS în fișele tehnice de produs (Fiberline, 2012).

Figura 8.3 Desprinderea și ruperea fibrelor, 25X. Verde – Fibre; Roșu - Matrice

8.2.2 Cedarea prin cumul de moduri specifice.


modul secundar – desprinderea la nivelul interfeței

În cazul a două epruvete (S-70-2-30 (i), T-100-1-330 (i)), s-a observat că mecanismul de

cedare predominant (desprinderea și ruperea fibrelor) a fost însoțit de un mod secundar reprezentat

de desprinderea la nivelul interfeței adeziv – CPAFS. În urma analizei microscopice a suprafețelor

de cedare a acestor două epruvete, s-a observat că regiunile unde s-a produs desprinderea

adezivului de elementul CPAFS au fost tratate insuficient. Acest aspect este evidențiat de profilul

topografic neregulat al suprafețelor, ce prezintă micro-fisuri și cavități rezultate în urma procesului

de șlefuire (Fig. 8.4, Tabelul 8.3). În cazul aderenților ce pot fi tratați prin procese mecanizate (i.e.

sablare) în vederea creșterii rugozității, profilul topografic rezultat este regulat, fiind controlat prin

selecția parametrilor de definire a procesului (presiune și viteză jet, tip și granulație material

abraziv, grad de fricțiune, tip de lubrifiere, ș.a.). Procesele mecanizate de tratare a suprafeței nu

sunt aplicabile elementelor CPAFS utilizate în cadrul acestui program experimental, deoarece,

conform producătorului, riscul de deplasare a armăturii interne este ridicat (Fiberline, 2012).

Figura 8.4 Mod combinat de cedare: Mod dominant - Desprinderea și ruperea fibrelor; Mod secundar:

desprinderea la nivelul interfeței, 25X. Detaliul A, 250 X.



67



A1 Micro-fisură 867,42







A1 Perimetru cavitate 6475,07





Pentru a se evidenția regiunile unde s-a produs cedarea prin desprindere a adezivului,

imaginea captată de către camera microscopului a fost procesată grafic prin identificarea și

separarea zonelor caracteristice. Figura 8.5 prezintă zonele în care nu s-a dezvoltat procesul de

adeziune (colorate în roșu) datorită tratării insuficiente a suprafeței elementului CPAFS.

Figura 8.5 Regiuni tratate insuficient, 25X


modul secundar – cedare coezivă

În cazul a 11 epruvete (S-70-1-330 (i), S-70-1-330 (ii), S-100-1-30 (i), S-100-1-30 (ii), S-

100-1-330 (i), S-100-1-330 (ii), S-100-2-30 (ii), S-100-3-330 (i), S-150-2-330 (ii), T-100-1-30 (i),

T-100-1-30 (ii)), cedarea a survenit prin cumulul a două tipologii specifice, constând în modul

dominant (desprinderea și ruperea fibrelor) și cedarea de tip coeziv (modul secundar). Cedarea de

tip coeziv presupune atingerea rezistenței la forfecare a adezivului și reprezintă modul optim de

cedare a îmbinărilor adezive. Deși proprietățile suprafețelor de suprapunere au fost îmbunătățite

considerabil (sporirea porozității și rugozității) în urma aplicării tratamentului de suprafață,

cedarea nu s-a înregistrat la nivelul stratului de adeziv decât pe arii restrânse și izolate. Raportând

tipologiile de cedare la forțele capabile ultime, se observă că cedarea a survenit ca urmare a

atingerii rezistenței la întindere a straturilor superioare ale elementelor CPAFS, iar caracteristicile

mecanice ale adezivilor nu au fost utilizate în mod eficient.

Regiunile restrânse unde s-a identificat cedarea de tip coeziv sunt caracterizate de mai multe

planuri de cedare paralele, fiecare dezvoltând micro-fisuri și cavități în stratul de adeziv (Fig. 8.6).



68

Dimensiunile minime ale micro-fisurilor au fost înregistrate pentru planurile de cedare de suprafață

(0,1 - 0,2 mm adâncime strat adeziv), iar cele maxime corespund planului median al stratului de

adeziv (Tabelul 8.4). De asemenea, cavitățile dezvoltate în stratul de adeziv cresc în perimetru și

adâncime, pe măsura dezvoltării planurilor de cedare.

Figura 8.6 Mod combinat de cedare: Mod dominant - Desprinderea și ruperea fibrelor; Mod secundar:

coeziv, 25X; Detaliul A, 250 X; Detaliul B, 500 X









8.3 Trasarea curbelor forță – deplasare

Trasarea curbelor forță – deplasare a fost realizată prin corelarea înregistrărilor variației

forței de tracțiune cu valorile deplasării relative dintre cei doi aderenți CPAFS, monitorizate cu

ajutorul traductorului liniar de tip LVDT. În continuare, (Fig. 8.7 – 8.10), se prezintă graficele ce

reunesc curbele de încărcare – deplasare, grupate pentru epruvetele de același tip și cu aceeași

lungime de conlucrare.

Figura 8.7 Grafic forță – deplasare pentru S - 70 Figura 8.8 Grafic forță – deplasare pentru S – 100



69

Figura 8.9 Grafic forță – deplasare pentru S – 150 Figura 8.10 Grafic forță – deplasare pentru T - 100

Analizând alura și panta curbelor de încărcare – deplasare, se constată că toate epruvetele

sunt caracterizate de un comportament liniar – elastic, cu modificări minore pe parcursul aplicării

forței. Variațiile de la această comportare au fost înregistrate în cazul îmbinărilor realizate prin

suprapunere simplă cu lungimea de conlucrare de 70 mm, respectiv 100 mm, după atingerea

pragului de 50 % din forța ultimă. În cazul îmbinărilor cu aderenți rigizi, curbele de încărcare –

deplasare prezintă o variație minoră de la caracterul liniar – elastic, caracterizată de un palier de

creștere accelerată a încărcării și de stagnare a deplasărilor în intervalul 2 – 12 kN. Forța de

tracțiune maximă (~ 60 kN) a fost înregistrată pentru îmbinările realizate prin suprapunere simplă

cu lungimea de conlucrare de 150 mm. Îmbinările cu aderenți rigizi au înregistrat forțe capabile

ultime cuprinse între 40 și 45 kN.

Datorită comportamentului liniar – elastic, deplasările maxime corespund îmbinărilor

realizate prin suprapunere simplă cu lungimea de conlucrare de 150 mm, fiind apropiate de 1,30

mm. Îmbinările de tip SLJ cu lungimile de conlucrare de 70 mm și de 100 mm au înregistrat

deplasări maxime de 0,6 mm, respectiv 0,8 mm. Comparând deplasările epruvetelor cu aceeași

configurație geometrică, dar îmbinate cu adezivi diferiți, se observă că variațiile sunt minore, fiind

cuprinse în intervalul 0,05 – 0,1 mm.

Pe baza tipologiilor de cedare ale epruvetelor și a comportamentului rezultat din curbele de

încărcare – deplasare, se poate stabili o legătură directă între mecanismul de cedare și alura curbei.

Astfel, întrucât mecanismul de cedare nu a fost controlat de proprietățile mecanice ale adezivului,

curbele de încărcare – deplasare nu prezintă modificări în ceea ce privește alura și valorile ultime

ale epruvetelor cu aceleași caracteristici geometrice și tip de adeziv, dar cu grosimi diferite ale

stratului de adeziv. Conform unor studii similare (Adams și Peppiatt, 1974; Lu și Youngblood,

2015; Marques et al, 2015; Machado et al, 2018), dacă mecanismul de cedare dominant ar fi fost

de tip coeziv, valorile ultime ale forței capabile și ale deplasărilor ar fi scăzut odată cu creșterea

grosimii straturilor de adeziv.

8.4 Trasarea curbelor tensiuni tangențiale – deformații specifice

Deformațiile specifice în raport cu lungimea de conlucrare au fost monitorizate, pe parcursul

aplicării încărcării, cu ajutorul traductorilor rezistivi fixați pe extradosul elementelor CPAFS.



70

Deformațiile specifice înregistrate de aceste instrumente sunt apropriate ca valoare de cele

dezvoltate de adezivi, întrucât diferențele de rigiditate dintre elementele CPAFS și adezivi sunt

suficient de mari pentru a nu altera măsurătorile. Tensiunile tangențiale au fost obținute prin

raportarea forței de tracțiune la aria secțională a stratului de adeziv. Pe baza valorilor tensiunilor

tangențiale și a deformațiilor specifice, s-au trasat curbele de variație pentru epruvetele testate în

cadrul programului experimental (Fig. 8.11 – 8.27). Graficele sunt prezentate în ordinea stabilită

în tabelul 8.1, iar curbele epruvetelor cu configurații identice sunt ilustrate simultan.

Figura 8.11 Grafic tensiuni tangențiale – deformații specifice pentru epruvetele:

S–70–1-30 (i) și S-70-1-30 (ii)


S–70–1-330 (i) și S-70-1-330 (ii)


S–70–2-30 (i) și S-70-2-30 (ii)



71


S–70–2-330 (i) și S-70-2-330 (ii)


S–70–3-30 (i) și S-70-3-30 (ii)


S–70–3-330 (i) și S-70-3-330 (ii)


S–100–1-30 (i) și S-100-1-30 (ii)



72


S–100–1-330 (i) și S-100-1-330 (ii)


S–100–2-30 (i) și S-100-2-30 (ii)


S–100–2-330 (i) și S-100-2-330 (ii)

Figura 8.21 Grafic tensiuni tangențiale – deformații specifice pentru epruveta:

S–100–3-30 (i)



73


S–100–3-330 (i) și S-100-3-330 (ii)


S-150-2-330 (i) și S-150-2-330 (ii)


T–100–1-30 (i) și T-100-1-30 (ii)


T-100-1-330 (i)



74


T–100–2-30 (i)


T–100–2-330 (i)

Se observă că tensiunile tangențiale cresc aproape liniar în raport cu deformațiile specifice,

iar alura graficelor este similară pentru epruvetele de același tip (SLJ sau TAJ). Variația dintre

datele înregistrate de traductorul rezistiv numărul 2 și traductorul rezistiv numărul 3 este restrânsă,

valorile maxime fiind situate în intervalul 0,5 – 0,8 ‰ pentru îmbinările de tip SLJ cu lungimea

de conlucrare de 70 mm, în intervalul 0,8 – 1,5 ‰ pentru îmbinările de tip SLJ cu lungimea de

conlucrare de 100 mm, respectiv în intervalul 1 – 2 ‰ pentru îmbinările de tip SLJ cu lungimea

de conlucrare de 150 mm. Aceste rezultate nu sunt însă valabile pentru îmbinările de tip TAJ, în

acest caz variațiile dintre deformațiile specifice înregistrate de traductorul rezistiv numărul 2 și

traductorul rezistiv numărul 3 fiind cuprinse între 1 ‰ și 7 ‰. Pentru îmbinările de tip SLJ, valorile

maxime ale deformațiilor specifice sunt înregistrate în aproprierea capătului încărcat al

epruvetelor, pe când, în cazul îmbinărilor de tip TAJ, datorită caracteristicilor geometrice

favorabile, întreaga arie de conlucrare este mobilizată, înregistrându-se astfel valori semnificative

și pentru traductorul rezistiv numărul 1.

De asemenea, se observă că nu au fost înregistrate variații considerabile privind alura și

valorile ultime ale tensiunilor tangențiale și ale deformațiilor specifice pentru epruvetele cu

configurații geometrice identice, dar realizate cu grosimi și tipuri diferite de adezivi. Acest aspect

este justificat de particularitățile mecanismului de cedare dominant (cedarea prin desprinderea și

ruperea fibrelor). Prin urmare, cedarea nu a fost controlată de proprietățile mecanice ale adezivilor,

ci de rezistența scăzută la întindere a straturilor exterioare ale elementelor CPAFS. Cedarea



75

epruvetelor corespunde astfel, unor tensiuni tangențiale cuprinse în intervalul 4 - 6 MPa, valori

mult mai reduse față de rezistențele la forfecare ale adezivilor.

8.5 Variația deformațiilor specifice în lungul zonei de îmbinare

Variația deformațiilor specifice în raport cu lungimea de conlucrare reprezintă un parametru

definitoriu în descrierea caracteristicilor specifice conlucrării dintre elementele CPAFS îmbinate

adeziv. Pe parcursul încercărilor, deformațiile specifice au fost monitorizate cu ajutorul

traductorilor rezistivi atașați pe extradosul elementelor CPAFS, în dreptul zonei de conlucrare.

Figurile 8.28 – 8.44 reunesc curbele de variație a deformațiilor specifice, în lungul zonei de

conlucrare, la diferite trepte de aplicare a încărcării. Fracțiunile din forța capabilă sunt grupate pe

intervale mai mari în domeniul 0,1 - 0,7 Pult și mai restrânse în domeniul 0,85 Pult - Pult, cu scopul

de a identifica schimbările ce se pot produce anterior cedării finale.

Figura 8.28 Variația deformațiilor specifice în lungul zonei de îmbinare la diferite trepte de încărcare -

epruvetele S–70–1-30 (i) și S-70-1-30 (ii)

Figura 8.29 Variația deformațiilor specifice în lungul zonei de îmbinare la diferite trepte de încărcare –






76











77








epruveta S–100–3-30 (i)





78


epruvetele S-150-2-330 (i) și S-150-2-330 (ii)


epruvetele T-100-1-30 (i) și T-100-1-30 (ii)


epruveta T-100-1-330 (i)





79



Analiza distribuțiilor deformațiilor specifice în lungul zonei de conlucrare, la diferite trepte

de încărcare, oferă informații legate de modul de comportare al celor două tipologii de îmbinări

(SLJ și TAJ), în raport cu variațiile parametrilor constructivi (lungime de conlucrare, tip și grosime

de adeziv) dar, mai ales, despre particularitățile mecanismelor specifice de cedare dezvoltate de

acestea. Astfel, comparând valorile obținute pentru epruvetele realizate cu adezivul Sikadur 30 în

raport cu cele ale epruvetelor realizate cu adezivul Sikadur 330, se observă că în al doilea caz,

valorile ultime ale deformațiilor specifice sunt relativ mai mari. Aceste diferențe sunt înregistrate,

cu precădere, în cazul epruvetelor ce au dezvoltat moduri de cedare combinate, incluzând cedarea

de tip coeziv, și pot fi justificate de diferențele dintre rezistențele mecanice și modulii de

elasticitate ale celor două tipuri de adezivi.

De asemenea, se observă că, pentru ambele tipuri de îmbinări, distribuțiile deformațiilor

specifice sunt grupate, demonstrând astfel lipsa caracterului progresiv al cedării. Acest aspect este

caracteristic mecanismului de cedare dominant dezvoltat de epruvete (cedare prin desprinderea și

ruperea fibrelor). Dacă cedarea ar fi survenit predominant la nivelul adezivului (cedare coezivă),

distribuțiile deformațiilor specifice ar fi fost mult mai împrăștiate și mai extinse spre capetele libere

ale îmbinărilor, ca urmare a mobilizării treptate a ariei de conlucrare.

Comparând graficele de distribuție a deformațiilor specifice obținute pentru epruvetele care

au configurație identică, dar grosimi diferite ale stratului de adeziv, se observă că atât valorile

ultime, cât și alura acestora nu variază semnificativ, în raport cu grosimea adezivului, aspect ce

derivă, de asemenea, din caracteristicile modului de cedare dominant al epruvetelor. În cazul în

care cedarea nu s-ar fi produs la nivelul stratului exterior al elementelor CPAFS, deformațiile

ultime și forțele capabile ultime ar fi scăzut în raport cu creșterea grosimii stratului de adeziv, lucru

demonstrat de rezultatele înregistrate de diferite echipe de cercetare ce au dezvoltat programe

experimentale în domeniul îmbinărilor adezive (Adams și Peppiatt, 1974; Lu și Youngblood, 2015;

Marques et al, 2015; Machado et al, 2018).

8.6 Trasarea curbelor tensiuni tangențiale – lunecare

Comportarea la nivelul interfețelor, la forfecare, a îmbinărilor adezive este caracterizată în

mod eficient de curba tensiuni tangențiale – lunecare. Această curbă este trasată în urma



80

determinărilor experimentale și stabilește o relație directă, aplicabilă în proiectarea îmbinărilor

adezive, între valorile tensiunilor tangențiale și lunecările corespondente, dintre elementele

CPAFS, în diferite puncte de monitorizare localizate pe lungimea de conlucrare.

În cazul epruvetelor realizate prin suprapunere simplă (SLJ sau TAJ), aceste valori se pot

obține pe baza variațiilor deformațiilor specifice, monitorizate cu ajutorul traductorilor rezistivi

atașați pe extradosul elementelor CPAFS, prin aplicarea ecuațiilor 8.1 și 8.2 (Pham și Al-Mahaidi,

2005).

( )

( )1

/2

1

i i

i CPAFC CPAFC

i i

E tL L

+

+

−=

−

(8.1)

( )( )

( )( )1 1 2

/2 1 2 14 2

ni i i i

i i i i i

i i

L L L L

+ + +

+ + +

=

− += − + −

(8.2)

unde:

• 휀𝑖 = valoarea deformației specifice înregistrată de traductorul rezistiv „i”, pornind dinspre

capătul încărcat al epruvetei, spre cel liber; 𝑛 = numărul total de traductori rezistivi; 𝐿𝑖 =

distanța până la centrul traductorului rezistiv „i”, pornind dinspre capătul încărcat al epruvetei,

spre cel liber; 𝜏𝑖/2 =(𝜀𝑖−𝜀𝑖+1)

(𝐿𝑖+1−𝐿𝑖)𝐸𝐶𝑃𝐴𝐹𝑆𝑡𝐶𝑃𝐴𝐹𝑆; 𝐸𝐶𝑃𝐴𝐹𝐶 , 𝑡𝐶𝑃𝐴𝐹𝐶 = modulul de elasticitate și

grosimea elementului CPAFS; 𝜏𝑖/2 = valoarea tensiunii tangențiale calculată la mijlocul

distanței dintre traductorii rezistivi „i” și „i+1”; 𝛿𝑖/2 = valoarea lunecării calculată la mijlocul

distanței dintre traductorii rezistivi „i” și „i+1”;

Valorile tensiunilor tangențiale și ale lunecărilor au fost calculate pe baza distanțelor indicate în

figura 8.45.

Figura 8.45 Distanțele de calcul a tensiunilor tangențiale și ale lunecărilor

Prin aplicarea ecuațiilor 8.1 și 8.2, au fost determinate valorile tensiunilor tangențiale și ale

lunecărilor și au fost trasate graficele aferente fiecărei epruvete (Fig. 8.46 – 8.62).



81

Figura 8.46 Variația deformațiilor specifice în lungul zonei de îmbinare la diferite trepte de încărcare -










82











83






epruveta S–100–3-30 (i)




epruvetele S-150-2-330 (i) și S-150-2-330 (ii)



84


epruvetele T-100-1-30 (i) și T-100-1-30 (ii)









85

Principala concluzie ce rezultă în urma analizei graficelor tensiuni tangențiale – lunecare

este că alura acestora este liniară, fiind caracterizată de un palier singular, ascendent. Acest lucru

este susținut de lipsa caracterului progresiv și implicit coeziv al mecanismului dominant de cedare

identificat pentru cele două tipuri de îmbinări (SLJ și TAJ). Dacă cedarea ar fi fost de tip coeziv,

alura graficelor ar fi fost influențată în mod direct de caracteristicile adezivilor, fiind de tip bi-

liniar. Forma bi-liniară este caracterizată de două paliere, unul ascendent și unul descendent, inițiat

după atingerea tensiunilor tangențiale maxime. Pe baza graficelor tensiuni tangențiale – lunecare

ce prezintă alură liniară, se pot evalua doi dintre principalii parametrii de conlucrare (tensiunea

tangențială maximă, τmax și lunecarea aferentă atingerii tensiunii tangențiale maxime, δ1).

Tensiunile tangențiale maxime obținute prin aplicarea ecuației 8.1 variază nesemnificativ în

raport cu cele determinate prin metoda simplificată, prezentată în cadrul secțiunii 8.4. Astfel,

valorile maxime sunt cuprinse în intervalul (3,5 – 6 MPa), fiind cu mult reduse față de rezistențele

la forfecare ale adezivilor.

Pentru cele două tipologii de epruvete, analiza variației lunecărilor specifice în raport cu

lungimea de conlucrare permite formularea următoarelor observații:

• La epruvetele SLJ cu lungimea de conlucrare de 70 mm și grosimea stratului de adeziv de 1,

2 și 3 mm, lunecările maxime δf au fost situate în intervalul 0,015 – 0,025 mm. Se poate

observa că lunecările aferente atingerii tensiunilor tangențiale maxime nu variază în raport

cu grosimea adezivului și aparțin unui interval fix;

• La epruvetele SLJ și TAJ cu lungimea de conlucrare de 100 mm și grosimea stratului de

adeziv de 1, 2 și 3 mm, lunecările maxime δf au fost situate în intervalul 0,03 – 0,06 mm,

respectiv 0,015 – 0,2 mm. Se concluzionează astfel că pentru aceeași parametri constructivi

(lungime de conlucrare, tip și grosime adeziv), lunecările înregistrate în cazul îmbinărilor tip

TAJ sunt semnificativ mai mici în raport cu cele înregistrate de îmbinările tip SLJ.

• La epruvetele SLJ cu lungimea de conlucrare de 150 mm și grosimea stratului de adeziv de

1, 2 și 3 mm, lunecările maxime δf au fost situate în intervalul 0,09 – 0,9 mm;

• Concluzia rezultată pe baza analizei variației lunecărilor specifice, general valabilă pentru

toate epruvetele ce au făcut obiectul programului experimental este că atât valorile maxime

ale lunecărilor, cât și distribuția lor nu variază în raport cu tipul și cu incrementarea stratului

de adeziv.

8.7 Concluzii

Acest capitol a avut ca obiectiv principal prezentarea rezultatelor programului experimental,

raportate la parametrii ce caracterizează fenomenul de conlucrare dintre elementele compozite

pultrudate îmbinate adeziv. Toate cele 30 de epruvete ce au făcut obiectul programului

experimental au fost solicitate la forfecare, până la cedare, prin aplicarea forțelor de tracțiune la

nivelul elementelor CPAFS. Forțele capabile ultime au fost utilizate atât ca parametri de analiză a

răspunsului structural al îmbinărilor, cât și ca date de intrare pentru analiza numerică pe baza



86

metodei elementului finit, ce este prezentată în cadrul capitolului următor. Rezultatele obținute pe

cale experimentală (distribuțiile forțelor capabile, deplasărilor și deformațiilor specifice) nu au fost

comparate cu valori calculate prin intermediul modelelor teoretice, datorită incompatibilității

dintre modurile de cedare dezvoltate de către epruvete și cele presupuse de modelele analitice de

calcul. Modelele teoretice dezvoltate pentru îmbinările adezive dintre elemente CPAF presupun

dezvoltarea unui mecanism de cedare dominant de tip coeziv, progresiv, aspect infirmat de modul

de cedare dominant înregistrat în cadrul programului experimental (cedarea prin desprinderea și

ruperea fibrelor).

Pe baza analizei mecanismelor de cedare ale epruvetelor, s-a observat că acestea corespund

cu tipologii regăsite în cadrul altor lucrări de specialitate (Keller și Vallee, 2005; Vallee și Keller,

2006; Vallee et al, 2009). Deși 13 epruvete au dezvoltat un cumul de moduri de cedare, modul

dominant, ce constă în desprinderea și ruperea fibrelor, este comun tuturor epruvetelor. Modurile

subsidiare de cedare (desprinderi la nivelul interfețelor și cedarea de tip coeziv) au avut în

totalitatea cazurilor, un caracter local, izolat. Fiecare mecanism de cedare a fost caracterizat pe

baza analizei microscopice și grafice, concluzionându-se că principala preocupare în dezvoltarea

acestor tipuri de îmbinări constă în dirijarea cedării la nivelul stratului de adeziv pentru utilizarea

deplină a proprietăților mecanice ale acestuia.

În urma trasării curbelor de încărcare – deplasare, s-a observat că toate epruvetele sunt

caracterizate de un comportament liniar, cu schimbări minore de pantă pe parcursul aplicării

încărcării, înregistrate în general după atingerea pragului de 50 % din forța ultimă. Forța de

tracțiune maximă (60 kN) a fost obținută pentru îmbinările de tip SLJ cu lungimea de conlucrare

de 150 mm. Îmbinările de tip TAJ au înregistrat forțe capabile ultime cuprinse în intervalul 40 –

45 kN. De asemenea, ca urmare a comportamentului liniar – elastic, s-a constat o creștere a

deplasărilor în raport cu lungimea de conlucrare.

Analizând distribuțiile tensiunilor tangențiale, s-a observat o creștere aproape liniară în

raport cu deformațiile specifice, precum și o alură comună a curbelor pentru cele două tipologii de

epruvete (SLJ și TAJ). Concluzia principală ce derivă din investigarea acestor grafice este că nu

prezintă variații ale pantei și ale valorilor ultime (tensiuni tangențiale și deformații specifice),

pentru epruvetele cu caracteristici geometrice identice, dar realizate cu tipuri și grosimi diferite de

adezivi. Această deducție validează particularitățile mecanismului de cedare dominant (cedarea

prin desprinderea și ruperea fibrelor) și este general valabilă pentru toți parametrii investigați în

cadrul programului experimental (forțe ultime, deformații specifice, tensiuni tangențiale,

deplasări), raportați la grosimea și tipul adezivului.

În urma trasării curbelor de distribuție a deformațiilor specifice, în lungul zonei de

conlucrare, la diferite trepte de încărcare, s-a observat că valorile obținute pentru epruvetele

realizate cu adezivul Sikadur 30 sunt mai mici comparativ cu cele înregistrate în cazul epruvetelor

realizate cu adezivul Sikadur 330. Aceste diferențe au fost înregistrate, cu precădere, în cazul



87

epruvetelor ce au dezvoltat moduri de cedare combinate, incluzând cedarea de tip coeziv și pot fi

justificate de diferențele dintre rezistențele mecanice și modulii de elasticitate ale celor două tipuri

de adezivi. De asemenea, pentru ambele tipuri de îmbinări, distribuțiile deformațiilor specifice

sunt grupate, demonstrând astfel lipsa caracterului progresiv al cedării. Acest aspect este

demonstrat și de alura curbelor tensiuni tangențiale – lunecare. Astfel, în urma trasării graficelor,

s-a constatat că pentru toate cele 30 de epruvete, alura este liniară, fiind caracterizată de un singur

palier ascendent.

Corelând datele obținute pe baza programului experimental cu indicațiile prezentate în

propunerea de normativ Prospect for new guidance in the design of FRP, elaborată în cadrul

Comisiei Europene, se pot formula următoarele concluzii:

• Efectuarea unui tratament de suprafață corespunzător duce la creșterea performanțelor

structurale a îmbinărilor adezive pentru elemente CPAF;

• Tratamentul de suprafață nu poate asigura transmiterea tensiunilor către straturile cu rol

structural ale elementelor pultrudate CPAF. În acest sens, se recomandă selectarea unei

soluții hibride de îmbinare (îmbinări cu șuruburi sau nituri și adeziv) sau utilizarea mai

multor tipuri de adezivi cu proprietăți elastice diferite, dispuși pe aceeași arie de conlucrare;

• Îmbinările cu configurații geometrice favorabile (i.e. TAJ) pot dezvolta forțe capabile ultime

superioare în raport cu îmbinările de tip SLJ cu grosimi și lungimi ale stratului de adeziv

identice;

• Grosimea stratului de adeziv nu influențează în mod direct valorile ultime ale forțelor

capabile, tensiunilor tangențiale, deformațiilor specifice și deplasărilor, excepție fac

îmbinările ce dezvoltă modul de cedare dominant, de tip coeziv, progresiv;

• Îmbinările adezive dintre elemente CPAF sunt în proces de a fi acceptate ca îmbinări cu rol

structural și implicit introduse în suita de standarde Eurocode, însă selecția lor este

condiționată de realizarea unor programe experimentale extinse. Aceste programe au ca rol

principal caracterizarea fenomenului de conlucrare și obținerea unor date privind parametrii

definitorii, cu grad mare de aplicabilitate în faza de proiectare.



88

Capitolul 9

MODELAREA NUMERICĂ A COMPORTĂRII

ÎMBINĂRILOR ADEZIVE PE BAZA METODEI CU

ELEMENTE FINITE

9.1 Introducere

Analiza numerică constă în studiul algoritmilor, pe baza aproximărilor numerice, pentru

probleme de matematică continuă (Radeș, 2006). În aplicațiile inginerești, analiza numerică poate

fi utilizată prin implementarea a trei metode distincte, după cum urmează (Rappaz et al, 2003):

• Metoda Diferențelor Finite (MDF);

• Metoda Elementelor Finite (MEF);

• Metoda elementelor de frontieră.

În domeniul ingineriei civile, se aplică, cu precădere, metoda elementelor finite. Bazele

acestei metode au fost formulate pentru prima dată în 1943 de către matematicianul Richard

Courant care, prin aplicarea teoriei Ritz în problemele de calcul variațional, a obținut rezultate

satisfăcătoare pentru diferite sisteme cu vibrații (Maksay și Bistrian, 2008). Metoda elementelor

finite constă în discretizarea unui domeniu în elemente geometrice simple (elemente finite) și

permutarea variabilelor generale de calcul la nivelul acestora. Prin stabilirea gradelor de libertate

și a condițiilor de echilibru și compatibilitate, se obțin soluțiile necunoscutelor de calcul, în raport

cu fiecare subdomeniu reprezentat de un element finit (Lateș, 2008).

9.2 Modelarea și analiza numerică a îmbinărilor adezive pentru

elemente pultrudate din compozite polimerice armate cu fibre de sticlă

(CPAFS)

9.2.1 Conceperea modelelor numerice

Analiza numerică a epruvetelor ce au făcut obiectul programului experimental, descris în

cadrul capitolelor 7 și 8, a fost realizată utilizând programul de calcul cu element finit Ansys

Workbench (ANSYS Workbench user’s guide, 2009). Geometria efectivă a modelelor a fost

obținută prin atribuirea a 3 forme geometrice simple pentru îmbinările prin suprapunere simplă



89

(SLJ), respectiv a 7 forme geometrice pentru îmbinările cu aderenți rigizi (TAJ) (Fig. 9.1 – 9.2).

Fiecărei forme geometrice (elementare) i-au fost definiți parametrii de conectivitate și formă

pentru a corespunde modelului real.

Figura 9.1 Model numeric pentru îmbinările tip SLJ Figura 9.2 Model numeric pentru îmbinările tip TAJ

Modelele numerice tridimensionale finale au fost discretizate utilizând elemente finite

triunghiulare de dimensiune 0,2 - 1 mm pentru stratul de adeziv, respectiv elemente finite

dreptunghiulare cu dimensiunea maximă de 1,5 mm, pentru aderenți (Fig. 9.3). Pentru aria de

conlucrare s-a utilizat o discretizare fină cu un nivel de îndesire ridicat (0,1 mm dimensiunea

maximă a elementului finit), (Fig. 9.4).

Figura 9.3 Discretizarea modelelor tridimensionale

Figura 9.4 Discretizarea ariei de conlucrare și a stratului de adeziv

De asemenea, același nivel de discretizare a fost atribuit și zonelor de capăt ale stratului de

adeziv, deoarece aceste regiuni, fiind susceptibile dezvoltării concentratorilor de tensiuni, necesită

o atenție ridicată. Trecerea dintre regiunile de discretizare cu nivele diferite s-a realizat progresiv,

cu un gradient redus, prin intermediul unor zone tampon, denumite și smooth transition regions.

Prin modelarea acestor zone de trecere, se evită riscul apariției punctelor de discontinuitate în

rețeaua de discretizare. Stabilirea tipului și dimensiunii maxime a elementelor de discretizare a

fost decisă în raport cu indicațiile și concluziile obținute în cadrul unor studii numerice anterioare

(Hudișteanu et al, 2016a, b; Hudișteanu et al, 2017a, b, c, d; Hudișteanu et al, 2018; Ungureanu et



90

al, 2016a, b; Ungureanu et al, 2017a, b, c, d; Ungureanu et al, 2018a, b) și în vederea satisfacerii

condițiilor de convergență (variație sub 1% a valorilor maxime a parametrilor analizați).

Elementele CPAFS au fost definite ca materiale ortotrope, cu comportare liniar elastică, iar

proprietățile fizice și mecanice ale acestora au fost luate din fișele tehnice furnizate de către

producător (Fiberline, 2012). Pentru definirea adezivilor structurali, epoxidici, bi-componenți,

Sikadur 30 și Sikadur 330, s-au utilizat materiale izotrope cu comportare liniar elastică, a căror

proprietăți au fost modificate în raport cu caracteristicile prezentate în fișele tehnice de produs

(Fișe tehnice Sikadur – 30, 2014; Sikadur – 330, 2014).

Zonele de interfață dintre cele două elemente ale sistemului (profilul CPAFS și adeziv) au

fost definite utilizând contactul de tip bonded (Fig. 9.5). Pentru acest tip de regiune de contact,

parametrul definitor constă în tipul și numărul punctelor de ancoraj ce se formează prin penetrarea

adezivului în cavitățile de pe suprafața aderentului. Astfel, s-a utilizat definirea de tip pure penalty

formulation, au fost determinate pozițiile punctelor de ancoraj utilizând nodurile matricei de

discretizare, unde axa normală este perpendiculară pe planul suprafeței de contact și a fost stabilit

factorul de penetrare al adezivului, în raport cu rezultatele studiilor microscopice prezentate în

cadrul capitolelor 5 și 7 (Kohnke, 1999; ANSYS Workbench user’s guide, 2009; Barbero, 2014).

Toate gradele de libertate au fost blocate la nivelul extremității libere a elementelor CPAFS,

iar eforturile obținute experimental au fost aplicate la capătul opus al îmbinărilor. Pentru

determinarea soluțiilor, s-a selectat analiza de tip liniar elastică.

Figura 9.5 Definirea suprafeței și tipului de contact (după Kohnke, 1999)

9.2.2 Rezultatele modelării numerice

Primul parametru de conlucrare, investigat în cadrul analizelor numerice a fost deplasarea

maximă a epruvetelor. După cum se poate observa în figurile 9.6 – 9.9, hărțile cromatice prezintă

un tipar comun, valorile maxime fiind înregistrate în zona capătului încărcat, iar zona capătului

liber dezvoltă deplasări nesemnificative. Având în vedere alura și cromatica comună a hărților de

deplasări, se prezintă câte o diagramă pentru fiecare serie de epruvete (în funcție de tipul îmbinării

și de lungimea de conlucrare). Rezultatele tuturor epruvetelor ce au făcut obiectul analizelor

numerice sunt prezentate grafic, prin comparație cu valorile determinate pe cale experimentală, în

figurile 9.10 – 9.18.



91

Figura 9.6 Deplasarea totală – Epruveta S-70-1-30



Figura 9.9 Deplasarea totală – Epruveta T-100-1-30

Figura 9.10 Grafic comparativ pentru epruvetele S-70-1-30(i, ii, numeric) și S-70-1-330(i, ii, numeric)



92





Figura 9.15 Grafic comparativ pentru epruvetele S-100-3-30(i, numeric) și S-100-3-330(i, ii, numeric)



93

Figura 9.16 Grafic comparativ pentru epruvetele S-150-2-30(i, ii, numeric)

Figura 9.17 Grafic comparativ pentru epruvetele T-100-1-30(i, ii, numeric) și T-100-3-330(i, numeric)

Figura 9.18 Grafic comparativ pentru epruvetele T-100-2-30(i, numeric) și T-100-2-330(i, numeric)

Valorile deplasărilor maxime înregistrate pe parcursul încercărilor experimentale au fost

comparate cu cele obținute pe baza analizelor numerice. Din analiza graficelor (Fig. 9.10 – 9.18),

se observă că valorile deplasărilor maxime determinate prin cele două metode sunt apropiate, dar

alura curbelor diferă. Astfel, analiza numerică liniară nu surprinde aspecte importante, determinate

pe cale experimentală, cum ar fi: gradul de mobilizare al lungimilor de conlucrare, variațiile date

de diferențele de rigiditate ale adezivilor și posibile cedări locale.

De asemenea, pe baza rezultatelor analizelor numerice, s-a investigat distribuția

deformațiilor specifice pentru stratul de adeziv. Acestea sub prezentate sub formă de hărți

cromatice, pentru epruvetele S-70-1-30, S-100-1-330, S-150-2-330 și T-100-1-30, în figurile 9.19

– 9.22.



94

Figura 9.19 Variația deformațiilor specifice – Epruveta S-70-1-30



Figura 9.22 Variația deformațiilor specifice – Epruveta T-100-1-30

În continuare, pentru epruvetele S-70-1-30, S-100-1-330, S-150-2-330 și T-100-1-30,

distribuțiile deformațiilor specifice, pentru diferite trepte de încărcare, au fost analizate comparativ

cu valorile obținute pe cale experimentală (Fig. 9.23 – 9.26). Valorile rezultate în urma analizei

numerice au fost determinate prin creșterea procentuală a încărcării și monitorizarea deplasărilor,

prin intermediul unor puncte caracteristice de măsurare, a căror poziții corespund locațiilor în care

au fost atașați traductorii rezistivi pe epruvetele testate experimental.



95

Figura 9.23 Variația deformațiilor specifice pe lungimea de conlucrare la diferite trepte de încărcare –

Epruvetele S-70-1-30 i și ii – experiment vs. analiză numerică





96




Epruvetele T-100-1-30 i și ii – experiment vs. analiză numerică

Conform analizei comparative a distribuțiilor deformațiilor specifice pe lungimea de

conlucrare, pentru diferite trepte de încărcare, se observă că, atât alura cât și valorile maxime ale

curbelor trasate cu ajutorul analizelor numerice sunt similare celor obținute pentru curbele

determinate pe cale experimentală. De asemenea, se observă că, pentru ambele tipuri de îmbinări,

distribuțiile deformațiilor specifice sunt grupate și nu variază în raport cu grosimea stratului de

adeziv, demonstrând astfel lipsa caracterului progresiv al cedării. Astfel, concluziile formulate pe



97

baza rezultatelor experimentale, prezentate în cadrul secțiunii 8.5, sunt validate și de rezultatele

numerice prezentate în acest capitolul.

Un alt parametru investigat în cadrul analizelor numerice a fost variația tensiunilor

tangențiale în lungul ariei de conlucrare. Acestea sub prezentate în figurile 9.27 – 9.30, sub formă

de hărți cromatice, corespunzătoare intensităților maxime ale încărcării, pentru epruvetele S-70-1-

30, S-100-1-330, S-150-2-330 și T-100-1-30.

Figura 9.27 Variația tensiunilor tangențiale maxime – Epruveta S-70-1-30



Figura 9.30 Variația tensiunilor tangențiale maxime – Epruveta T-100-1-30



98

Pe baza valorilor tensiunilor tangențiale maxime, determinate pe cale experimentală și pe

baza analizelor numerice, s-au trasat graficele comparative prezentate în figurile 9.31 – 9.39. După

cum se poate observa, ambele metode de analiză au oferit rezultate comparabile ca ordin de

mărime. Excepție fac epruvetele S-100-1-30 (i) și (ii), în cazul cărora valorile maxime diferă cu

aproximativ 50%. Acest aspect sugerează că epruveta S-100-1-30 (i) a cedat prematur, posibil ca

urmare a centrării defectuoase în bacurile mașinii de testare.

Figura 9.31 Tensiuni tangențiale maxime: S-70-1-30(i, ii, numeric) și S-70-1-330(i, ii, numeric), [MPa]

Figura 9.32 Tensiuni tangențiale maxime: S-70-2-30(i, ii, numeric) și S-70-2-330(i, ii, numeric) , [MPa]

Figura 9.33 Tensiuni tangențiale maxime: S-70-3-30(i, ii, numeric) și S-70-3-330(i, ii, numeric) , [MPa]

Figura 9.34 Tensiuni tangențiale maxime: S-100-1-30(i, ii, numeric) și S-100-1-330(i, ii, numeric),[MPa]



99

Figura 9.35 Tensiuni tangențiale maxime: S-100-2-30(i, ii, numeric) și S-100-2-330(i, ii, numeric),[MPa]

Figura 9.36 Tensiuni tangențiale maxime: S-100-3-30(i, numeric) și S-100-3-330(i, ii, numeric), [MPa]

Figura 9.37 Tensiuni tangențiale maxime: S-150-2-30(i, ii, numeric), [MPa]

Figura 9.38 Tensiuni tangențiale maxime: T-100-1-30(i, ii, numeric) și T-100-1-330(i, numeric), [MPa]

Figura 9.39 Tensiuni tangențiale maxime: T-100-2-30(i, numeric) și T-100-2-330(i, numeric), [MPa]



100

9.3 Concluzii

Valorile deplasărilor maxime înregistrate pe parcursul încercărilor experimentale au fost

comparate cu cele obținute pe baza analizelor numerice. Din analiza graficelor se observă că

valorile deplasărilor maxime determinate prin cele două metode sunt apropiate, dar alura curbelor

diferă. Astfel, analiza numerică liniară nu surprinde aspecte importante, determinate pe cale

experimentală, cum ar fi: gradul de mobilizare al lungimilor de conlucrare, variațiile date de

diferențele de rigiditate ale adezivilor și posibile cedări locale.

Conform analizei comparative a distribuțiilor deformațiilor specifice pe lungimea de

conlucrare, pentru diferite trepte de încărcare, se observă că, atât alura cât și valorile maxime ale

curbelor trasate cu ajutorul analizelor numerice sunt similare celor obținute pentru curbele

determinate pe cale experimentală. De asemenea, se observă că, pentru ambele tipuri de îmbinări,

distribuțiile deformațiilor specifice sunt grupate și nu variază în raport cu grosimea stratului de

adeziv, demonstrând astfel lipsa caracterului progresiv al cedării.

Pe baza valorilor tensiunilor tangențiale maxime, determinate pe cale experimentală și pe

baza analizelor numerice, s-au trasat graficele comparative prezentate. Prin studiul acestor grafice

se poate observa că ambele metode de analiză au oferit rezultate comparabile ca ordin de mărime.

Prin intermediul modelării și analizei numerice, s-a observat că distribuțiile tensiunilor

normale prezintă un caracter izolat, cu concentrări în treimea superioară a ariei de conlucrare.

Valorile maxime corespund extremităților stratului de adeziv și sunt cu mult reduse, comparativ

cu cele ale tensiunilor tangențiale (aproximativ 10 – 20 % τultim). Astfel, considerând aceste

aspecte, distribuțiile tensiunilor normale, determinate pe baza analizei numerice, nu sunt

prezentate în acest capitol.

Prin compararea rezultatelor obținute pe cale experimentală cu cele determinate pe baza

analizelor numerice, s-a constat o corelație satisfăcătoare pentru toți parametrii analizați (tensiuni

tangențiale, deformații specifice, deplasări totale). Astfel, se poate concluziona că studiile

microscopice și experimentale efectuate în vederea caracterizării regiunilor de interfață dintre

profilele CPAFS și adezivi, au oferit rezultate cu precizie ridicată și cu grad mare de aplicabilitate

în cazul analizelor numerice din prezentul capitol.



101

Capitolul 10

CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI

VALORIFICAREA REZULTATELOR

10.1 Concluzii generale

❖ În ultimele decenii s-a dezvoltat un spectru larg de aplicații ale materialelor compozite

polimerice armate cu fibre (CPAF) în domeniul ingineriei civile. În marea lor majoritate, aceste

aplicații constau în diferite sisteme de consolidare a elementelor structurale bazate pe utilizarea

unor materiale și produse compozite cu proprietăți fizice și mecanice superioare materialelor

clasice, armarea elementelor din beton armat exploatate în medii corozive și realizarea unor

structuri integral compozite cu neutralitate magnetică.

❖ Ca urmare a rezultatelor obținute în numeroase programe de cercetare - dezvoltare s-a extins

aplicabilitatea materialelor compozite pentru fabricarea unor noi elemente structurale pentru

construcții. Astfel, atenția a fost captată de produsele pultrudate din CPAF, ca urmare a

proprietăților deosebite pe care acestea le posedă (raport redus rezistență – greutate, rezistență

ridicată la coroziune, transparență electromagnetică, ș.a.). Cu toate acestea, utilizarea

materialelor compozite pultrudate în aplicațiile structurale este încă limitată de lipsa unor

normative naționale și internaționale, care să asigure un set de modele analitice accesibile și

general acceptate spre a fi utilizate în faza de proiectare.

❖ Ca urmare a restricțiilor dimensionale impuse de procesul de producție și transport, îmbinarea

elementelor structurale din CPAF este inevitabilă. Cele mai uzuale metode de îmbinare includ:

îmbinarea mecanică, îmbinarea adezivă, precum și îmbinarea hibridă ce constituie o combinație

realizată între cele două metode precedente. În cazul îmbinărilor mecanice, modelele teoretice

de calcul și metodele de fabricare au fost extrapolate cu succes din sectorul structurilor metalice.

Dezavantajul principal al îmbinărilor mecanice constă în practicarea găurilor la nivelul

aderenților. Astfel, se întrerupe traseul armăturilor, rezultând o diminuare considerabilă a

rezistențelor mecanice ale elementelor. De asemenea, în regiunea adiacentă găurilor pot apărea

degradări locale ale suprafețelor elementelor CPAF și se pot dezvolta concentratori de tensiuni.



102

Aceste aspecte nefavorabile pot fi eliminate prin adoptarea metodelor adezive de îmbinare ce

permit o distribuție uniformă a tensiunilor, cu intervenții minime asupra zonelor de conlucrare.

❖ Studiile analitice, numerice și experimentale efectuate până în prezent în domeniul îmbinărilor

adezive au urmărit stabilirea unor seturi de parametri constructivi, utilizarea eficientă a

tratamentelor specifice de suprafață și dezvoltarea unor tipologii de îmbinări în care adezivul

lucrează predominant la forfecare. Cu toate acestea, nu s-a reușit fundamentarea exhaustivă a

tuturor aspectelor legate de particularitățile modurilor de cedare în funcție de caracteristicile

constructive ale îmbinărilor.

❖ În ansamblu, un material compozit este obținut prin asocierea a două sau mai multe materiale

componente cu structuri chimice distincte și interfață de separare clară; materialul rezultat are

proprietăți ce nu pot fi asigurate de oricare din elementele componente în mod individual. În

domeniul ingineriei civile se utilizează, de regulă, materiale compozite cu matrice polimerică

și armături dispuse continuu sau discontinuu, uni sau multidirecțional. Aceste materiale au

costuri de fabricare convenabile și pot fi realizate într-o gamă variată de forme pentru a

îndeplini cerințele impuse de utilizatori. Utilitatea materialelor CPAF în cadrul aplicațiilor

structurale din domeniul ingineriei civile este justificată de multitudinea avantajelor pe care

acestea le întrunesc, cum ar fi:

• Rezistență specifică ridicată;

• Posibilitatea dirijării proprietăților prin controlul anizotropiei;

• Rezistență la oboseală ridicată;

• Rezistență la coroziune foarte bună în multe situații de exploatare;

• Stabilitate dimensională

• Ușurință la manipulare și montaj;

• Execuție rapidă.

❖ Îmbinarea cu adezivi a elementelor CPAF se bazează pe adeziunea dintre un solid (aderentul)

și un lichid (adezivul) și se poate explica prin apariția și dezvoltarea fenomenului de aderență

ce se manifestă la nivel molecular. Acest fenomen înglobează totalitatea mecanismelor de

legătură care generează contactul și cuplarea atomilor de suprafață ai elementelor constituente

ale îmbinării.

❖ În cazul aplicațiilor structurale, paleta de adezivi existenți pe piața construcțiilor este una extrem

de variată. Deși majoritatea produselor pot fi grupate după un număr restrâns de tipuri de

substanțe active, iar diferențele dintre diferite mărci țin de cele mai multe ori doar de materialele

de umplutură și de aditivii introduși în rețetă, selectarea unui adeziv poate prezenta un grad

ridicat de dificultate. Alegerea unui adeziv trebuie să urmărească identificarea și satisfacerea

următoarelor aspecte cu rol definitoriu asupra performanțelor structurale ale îmbinărilor:

• Structură și compatibilitate la nivelul compușilor chimici;

• Proces de fabricație;

• Condiții de uscare și maturare;

• Compatibilitate cu metodele de tratament de suprafață ale aderenților;

• Condiții de exploatare în raport cu mediul înconjurător;



103

• Metodologia de proiectare și realizare a îmbinării;

• Cerințe de transport, depozitare, operabilitate și manevrabilitate;

• Controlul calității;

• Metode experimentale de evaluare a proprietăților mecanice;

• Cerințe de ordin estetic;

• Condiții de reciclare.

❖ Maximizarea forțelor de adeziune dintre elementele CPAF și adezivi reprezintă un proces

complex, ce presupune patru etape principale: selectarea unor materiale compatibile, care să

asigure criteriile de performanță impuse; studiul caracteristicilor de suprafață a elementelor

CPAF în vederea identificării metodei optime de tratament; prelucrarea și tratarea suprafețelor

și crearea condițiilor optime pentru întărirea (maturarea) adezivului.

❖ Performanța mecanică a unei îmbinări este stabilită, de cele mai multe ori, doar prin prisma

proprietăților mecanice ale adezivului, fără a se lua în considerare intensitatea legăturilor fizice,

mecanice și chimice ce se dezvoltă la nivelul interfețelor dintre adezivi și elementele CPAF. Ca

urmare a acestui mod de tratare unilateral, comportarea neadecvată și, de cele mai multe ori,

cedarea prematură a îmbinărilor adezive nu pot fi evitate. Mecanismele și teoriile de aderență

au fost analizate în cadrul capitolului 5, în raport cu posibilitățile de tratare a suprafețelor, în

vederea creșterii în intensitate a forțelor de adeziune.

❖ Selectarea unor soluții optime de tratament de suprafață a aderenților, pentru îmbunătățirea

mecanismelor de legătură ce se dezvoltă la nivelul interfeței, reprezintă o etapă critică în

proiectarea unei îmbinări adezive pentru elemente CPAF. Această selecție presupune o

cunoaștere în detaliu a caracteristicilor suprafețelor suport și a influenței pe care acestea le au

asupra tipului și intensității legăturilor de adeziune. În vederea descrierii caracteristicilor de

suprafață ale unora dintre cele mai utilizate elementelor CPAF, s-a realizat un studiu

microscopic pe 6 epruvete diferite.

❖ Rezultatele obținute în urma studiilor microscopice și grafice prezentate în capitolul 5, au oferit

date utilizate atât în studiile numerice privind optimizarea configurațiilor îmbinărilor adezive

(Capitolul 6), cât și pentru stabilirea unor metode optime de tratare a elementelor CPAF utilizate

în cadrul programului experimental (Capitolele 7 și 8). Astfel, pornind de la rugozitatea medie

și porozitatea determinată în cadrul acestor studii, s-au aplicat diferite metode de tratare

mecanică a suprafețelor până la atingerea unor caracteristici optime pentru dezvoltarea

fenomenului de adeziune. De asemenea, valoarea rugozității medii a profilelor Fiberline a fost

atribuită factorului de penetrare a adezivului, pentru analiza numerică cu element finit a

îmbinărilor.

❖ Utilizarea eficientă a elementelor structurale CPAF este condiționată și de selectarea corectă a

tipului de îmbinare adezivă. Îmbinările de rezistență ale elementelor CPAF asigură transferul

tensiunilor de la un element la altul sau la o parte a structurii. Se consideră că o îmbinare

lucrează eficient dacă preia o fracțiune cât mai mare din efortul capabil al elementului îmbinat.



104

Analiza stării de tensiuni pentru diferite configurații ale îmbinărilor adezive se poate realiza și

pe cale analitică sau cu programe de analiză numerică bazate pe metoda elementului finit.

❖ Studiile efectuate în vederea elaborării unor modele analitice de calcul a îmbinărilor adezive

pentru elemente pultrudate din CPAFS prezintă un fundament comun deoarece, se bazează pe

extrapolarea modelelor teoretice dezvoltate pentru interfețe compozit – material tradițional

(beton, lemn, oțel, zidărie, ș.a.), prin utilizarea rezultatelor unor programe experimentale

proprii. Din punct de vedere cronologic, se observă că modelele teoretice pentru interfețele

compozit – compozit, s-au perfecționat în timp, astfel că, pentru anumite configurații, este

posibilă evaluarea tuturor componentelor stării de tensiuni și deformații specifice prin

intermediul unui singur model analitic. Cu toate acestea, nu există încă un model analitic care

să acopere toată paleta de produse CPAF și adezivi și cu ajutorul căruia să se poată evalua

răspunsul structural complet.

❖ Pe baza modelelor analitice propuse până în prezent, se poate concluziona că parametrii

specifici îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din CPAF sunt: lungimea de

conlucrare, tensiunile tangențiale și normale, deformațiile specifice în stratul de adeziv,

lunecarea și forța ultimă. Pentru verificarea preciziei modelelor analitice în evaluarea acestor

parametri, s-a efectuat un studiu comparativ cu modelele numerice (secțiunea 6.7). Pe baza

acestui studiu, se pot face următoarele aprecieri:

• Spre deosebire de modelele analitice de calcul, analizele numerice permit modelarea și

evaluarea unui număr de parametri auxiliari cum ar fi: adâncimea de penetrare a adezivului,

rugozitatea medie și gradul de porozitate a elementului CPAF, caracteristici geometrice

particulare (canelură și șanfrenare), ș.a.;

• Pentru modelele analizate, rezultatele obținute pe baza modelării numerice sunt cu până la

30 % mai mari comparativ cu cele obținute prin aplicarea modelului teoretic Goland -

Reisner, respectiv a modelului teoretic dezvoltat în concordanță cu standardul ASTM

D3165. În această categorie sunt incluse tensiunile tangențiale, de cojire și von Misses;

• Spre deosebire de modelele analitice dezvoltate pentru îmbinările prin suprapunere simplă

și dublă (Volkersen, Hart–Smith, Goland - Reisner), modelul teoretic bazat pe specificațiile

standardului ASTM D3165 permite evaluarea răspunsului structural complet a îmbinărilor

adezive cu aderenți rigizi;

• În marea lor majoritate, modelele analitice sunt dezvoltate considerând că îmbinările adezive

dezvoltă un singur mecanism specific de cedare, de tip coeziv.

❖ Una din cele mai utilizate configurații în cazul îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate

din CPAF este cea prin suprapunere simplă. În vederea optimizării răspunsului structural al

acestor tipuri de îmbinări (prin reducerea concentratorilor de tensiuni), se pot prelucra și fasona

extremitățile stratului de adeziv la diferite unghiuri sau curburi (fațete oblice sau convexe). În

cadrul studiului prezentat în secțiunea 6.8 au fost analizate configurații geometrice obținute prin

introducerea a 3 caneluri diferite (15°, 30° și 45°). Prin compararea rezultatelor obținute pentru



105

aceste modele cu cele determinate pentru configurația de referință (îmbinarea prin suprapunere

simplă cu unghiul de intrare de 90°), se pot formula următoarele concluzii:

• Fasonarea muchiilor adezivului prin introducerea canelurilor duce la o diminuare a valorilor

ultime ale tensiunilor tangențiale cu 3% pentru unghiul de intrare de 45°, 15% pentru unghiul

de intrare de 30°, respectiv 20% pentru unghiul de intrare de 15°;

• Procentul de diminuare a valorilor ultime a tensiunilor normale este unul redus. S-au

înregistrat diminuări ale tensiunilor normale de 4,3%, respectiv 5% pentru modelele SP30 și

SP45;

• În cazul modelului SP15, se observă o schimbare în alura graficului, valorile ultime ale

tensiunilor normale fiind situate în vecinătatea zonei de capăt a lungimii de conlucrare.

Reducerea procentuală a acestora este de aproximativ 6,5%.

❖ Domeniul îmbinărilor adezive cu rol structural pentru elemente compozite polimerice se află

într-un stadiu de pionierat, rezultatele și concluziile deduse de specialiști până în momentul

actual fiind divergente și neunitare. Acest fapt se datorează în principal numărului insuficient

de programe experimentale desfășurate, ce nu poate acoperi în întregime paleta de materiale și

elemente compozite polimerice existente pe piața construcțiilor.

❖ În cadrul programelor experimentale se pot obține datele necesare proiectării îmbinărilor

adezive, se pot stabili parametrii procesului de control al calității, se pot valida materialele și,

nu în ultimul rând, se poate cuantifica impactul materialelor asupra mediului. În general, scopul

principal al unui program experimental privind eficiența îmbinărilor adezive pentru elemente

compozite polimerice armate cu fibre (CPAF) este acela de a descrie răspunsul structural

(deplasări, deformații, tensiuni, etc), în raport cu modurile de cedare caracteristice îmbinării.

Acești parametri pot fi obținuți pentru elementele componente ale sistemului (adezivi și

aderenți) sau pentru întreg sistemul (diferite tipuri de materiale CPAF încleiate cu adezivi).

❖ Mecanismul caracteristic de cedare a îmbinărilor adezive pentru elemente CPAF solicitate la

tracțiune longitudinală reprezintă un factor determinant în evaluarea performanțelor structurale

ale acestor sisteme. Deși modurile de cedare specifice au fost analizate de diferite echipe de

cercetare, atât pe baza analizelor numerice ce urmăresc evoluția degradărilor (de tip damage

modelling), cât și în cadrul programelor experimentale, nu s-a reușit acoperirea pe deplin a

spectrului de materiale compozite și adezivi utilizate în aplicațiile inginerești. Selectarea

incorectă a modului de cedare specific constituie o eroare des întâlnită, cu consecințe asupra

întregului proces de realizare a îmbinării, cum ar fi:

• Selectarea incorectă a modelului analitic în faza de proiectare;

• Modelarea incorectă a interfețelor adeziv – aderenți în cadrul analizelor numerice cu EF;

• Incapacitatea de remediere a defectelor apărute în cadrul procesului de fabricare;

• Utilizarea unor metode de testare necorespunzătoare în cadrul programelor experimentale;

• Atribuirea unor certificate de calitate necorespunzătoare pentru îmbinările realizate în mediu

controlat.



106

❖ Pe baza rezultatelor obținute în cadrul unor programe experimentale anterioare, s-a dedus că

cedarea unei îmbinări adezive poate surveni prin:

• Desprinderea la interfața element compozit – adeziv;

• Delaminarea lamelei compozite;

• Ruperea lamelei compozite;

• Prin ruperea adezivului (coezivă).

❖ Pe baza aspectelor menționate anterior, s-a elaborat un programul experimental extins, ce a avut

ca prim obiectiv identificarea și descrierea caracteristicilor ce definesc conlucrarea dintre

elementele CPAF îmbinate cu adezivi. Astfel, proiectarea etapelor programului a urmărit

realizarea unei corelări între rezultatele existente în literatură și cele obținute pe baza testelor

realizate. În acest mod, s-au creat premisele elaborării unui set de principii de proiectare cu grad

sporit de aplicabilitate. Totodată, în urma programului experimental au fost identificate

tehnicile și metodele optime de realizare a îmbinărilor adezive.

Principalele obiective atinse în cadrul programului experimental sunt:

• Investigarea mecanismului de cedare specific în cazul îmbinărilor adezive pentru elementele

CPAF, solicitate la tracțiune longitudinală;

• Analiza variațiilor parametrilor specifici conlucrării (forțe capabile, tensiuni, deformații

specifice, deplasări) în funcție de tipul îmbinării, de lungimea de conlucrare, de grosimea

stratului de adeziv și de tipul adezivului;

• Identificarea metodelor de tratare și pregătire a suprafețelor elementelor CPAF în vederea

optimizării caracteristicilor de conlucrare;

• Realizarea unui studiu comparativ între rezultatele obținute pe baza analizei numerice, a

celor furnizate pe baza programului experimental și a celor rezultate ca urmare a studiilor

analitice, numerice și experimentale efectuate de alte echipe de cercetare;

• Dezvoltarea unor metodologii standardizate de realizare și testare a îmbinărilor adezive

practicate exclusiv elementelor CPAF.

❖ Epruvetele care au făcut obiectul programului experimental au fost realizate utilizând profile

compozite plate armate cu fibre de sticlă și două tipuri de adezivi cu proprietăți mecanice

diferite. Criteriile care au stat la baza selectării profilelor compozite plate Fiberline au vizat

abordarea unor elemente structurale cu un spectru larg de aplicabilitate datorat în principal

rezistențelor mecanice superioare. Pentru îmbinarea profilelor s-au utilizat adezivi

bicomponenți, tixotropici și fără solvenți, bazați pe o combinație de rășini epoxidice și materiale

speciale de umplutură. Principalul parametru de diferențiere dintre cei doi adezivi (Sikadur 30

și Sikadur 330) este dat de modulul de elasticitate, de aproximativ trei ori mai mare în cazul

celui de-al doilea.

❖ Tehnologia de pregătire a suprafețelor profilelor Fiberline a fost selectată în urma analizei

microscopice a probelor tratate prin diferite metode. În acest sens au fost pregătite probe tratate

prin șlefuire mecanică (prin translare sau rotire a periilor), șlefuire manuală (cu benzi abrazive



107

de granulație 100, 200 și 300) și combinații de șlefuiri mecanice și manuale. În cadrul studiului

microscopic prezentat în capitolul 7, s-au urmărit variațiile a patru parametri definitorii pentru

caracterizarea mecanismului de conlucrare mecanică dintre aderenți și adeziv, și anume:

dimensiunea micro-fisurilor prezente la suprafață, porozitatea, omogenitatea suprafeței și

rugozitatea. Analiza microscopică a fost efectuată utilizând un microscop inversat XJP-6A

dotat cu cameră foto DV-2C, iar procesarea imaginilor captate a fost realizată utilizând

programul de analiză grafică Material Plus Image Software. În urma rezultatelor obținute pe

baza studiului microscopic și grafic s-a selectat metoda bazată pe combinații între șlefuirea

mecanică și șlefuirea manuală. De asemenea, s-au stabilit tipul și parametrii definitorii ai

suprafeței de contact dintre elementele sistemului, utilizați în cadrul analizelor numerice.

Suprafața de contact selectată este de tip bonded contact with pure penalty formulation fiind

definită de 2 parametri caracteristici, numărul punctelor de contact (ales în funcție de

porozitatea probei în câmpul principal de prelucrare) și factorul de penetrare al adezivului.

❖ Capitolul 8 a avut ca obiectiv principal prezentarea rezultatelor programului experimental,

raportate la parametrii ce caracterizează fenomenul de conlucrare dintre elementele compozite

pultrudate îmbinate adeziv.

❖ Toate cele 30 de epruvete ce au făcut obiectul programului experimental au fost solicitate la

forfecare, până la cedare, prin aplicarea forțelor de tracțiune la nivelul elementelor CPAFS.

Forțele capabile ultime au fost utilizate atât ca parametri de analiză a răspunsului structural al

îmbinărilor, cât și ca date de intrare pentru analiza numerică pe baza metodei elementului finit,

ce este prezentată în cadrul capitolului 9.

❖ Rezultatele obținute pe cale experimentală (distribuțiile forțelor capabile, deplasărilor și

deformațiilor specifice) nu au fost comparate cu valori calculate prin intermediul modelelor

teoretice, datorită incompatibilității dintre modurile de cedare dezvoltate de către epruvete și

cele presupuse de modelele analitice de calcul. Modelele teoretice dezvoltate pentru îmbinările

adezive dintre elemente CPAF presupun dezvoltarea unui mecanism de cedare dominant de tip

coeziv, progresiv, aspect infirmat de modul de cedare dominant înregistrat în cadrul

programului experimental (cedarea prin desprinderea și ruperea fibrelor).

❖ Pe baza analizei mecanismelor de cedare ale epruvetelor, s-a observat că acestea corespund cu

tipologii regăsite în cadrul altor lucrări de specialitate. Deși 13 epruvete au dezvoltat un cumul

de moduri de cedare, modul dominant, ce constă în desprinderea și ruperea fibrelor, este comun

tuturor epruvetelor. Modurile subsidiare de cedare (desprinderi la nivelul interfețelor și cedarea

de tip coeziv) au avut în totalitatea cazurilor, un caracter local, izolat. Fiecare mecanism de

cedare a fost caracterizat pe baza analizei microscopice și grafice, concluzionându-se că

principala preocupare în dezvoltarea acestor tipuri de îmbinări constă în dirijarea cedării la

nivelul stratului de adeziv pentru utilizarea deplină a proprietăților mecanice ale acestuia.

❖ În urma trasării curbelor încărcare – deplasare, s-a observat că toate epruvetele sunt

caracterizate de un comportament liniar, cu schimbări minore de pantă pe parcursul aplicării

încărcării, înregistrate în general după atingerea pragului de 50 % din forța ultimă. Forța de



108

tracțiune maximă (60 kN) a fost obținută pentru îmbinările de tip SLJ cu lungimea de conlucrare

de 150 mm. Îmbinările de tip TAJ au înregistrat forțe capabile ultime cuprinse în intervalul 40

– 45 kN. De asemenea, ca urmare a comportamentului liniar – elastic, s-a constat o creștere a

deplasărilor în raport cu lungimea de conlucrare.

❖ Analizând distribuțiile tensiunilor tangențiale, s-a observat o creștere aproape liniară în raport

cu deformațiile specifice, precum și o alură comună a curbelor pentru cele două tipologii de

epruvete (SLJ și TAJ). Concluzia principală ce derivă din investigarea acestor grafice este că

nu prezintă variații ale pantei și ale valorilor ultime (tensiuni tangențiale și deformații specifice),

pentru epruvetele cu caracteristici geometrice identice, dar realizate cu tipuri și grosimi diferite

de adezivi. Această deducție validează particularitățile mecanismului de cedare dominant

(cedarea prin desprinderea și ruperea fibrelor) și este general valabilă pentru toți parametrii

investigați în cadrul programului experimental (forțe ultime, deformații specifice, tensiuni

tangențiale, deplasări), raportați la grosimea și tipul adezivului.

❖ În urma trasării curbelor de distribuție a deformațiilor specifice, în lungul zonei de conlucrare,

la diferite trepte de încărcare, s-a observat că valorile obținute pentru epruvetele realizate cu

adezivul Sikadur 30 sunt mai mici comparativ cu cele înregistrate în cazul epruvetelor realizate

cu adezivul Sikadur 330. Aceste diferențe au fost înregistrate, cu precădere, în cazul epruvetelor

ce au dezvoltat moduri de cedare combinate, incluzând cedarea de tip coeziv și pot fi justificate

de diferențele dintre rezistențele mecanice și modulii de elasticitate ale celor două tipuri de

adezivi. De asemenea, pentru ambele tipuri de îmbinări, distribuțiile deformațiilor specifice

sunt grupate, demonstrând astfel lipsa caracterului progresiv al cedării. Acest aspect este

demonstrat și de alura curbelor tensiuni tangențiale – lunecare. Astfel, în urma trasării

graficelor, s-a constatat că pentru toate cele 30 de epruvete, alura este liniară, fiind caracterizată

de un singur palier ascendent.

❖ Corelând datele obținute pe baza programului experimental cu indicațiile prezentate în

propunerea de normativ Prospect for new guidance in the design of FRP, elaborată în cadrul

Comisiei Europene, se pot formula următoarele concluzii:

• Efectuarea unui tratament de suprafață corespunzător duce la creșterea performanțelor

structurale a îmbinărilor adezive pentru elemente CPAF;

• Tratamentul de suprafață nu poate asigura transmiterea tensiunilor către straturile cu rol

structural ale elementelor pultrudate CPAF. În acest sens, se recomandă selectarea unei

soluții hibride de îmbinare (îmbinări cu șuruburi sau nituri și adeziv) sau utilizarea mai

multor tipuri de adezivi cu proprietăți elastice diferite, dispuși pe aceeași arie de conlucrare;

• Îmbinările cu configurații geometrice favorabile (de ex. TAJ) pot dezvolta forțe capabile

ultime superioare în raport cu îmbinările de tip SLJ cu grosimi și lungimi identice ale

stratului de adeziv;



109

• Grosimea stratului de adeziv nu influențează în mod direct valorile ultime ale forțelor

capabile, tensiunilor tangențiale, deformațiilor specifice și deplasărilor, excepție fac

îmbinările ce dezvoltă modul de cedare dominant, de tip coeziv, progresiv;

• Îmbinările adezive dintre elemente CPAF sunt în proces de a fi acceptate ca îmbinări cu rol

structural și implicit introduse în suita de standarde Eurocode, însă selecția lor este

condiționată de realizarea unor programe experimentale extinse. Aceste programe au ca rol

principal caracterizarea fenomenului de conlucrare și obținerea unor date privind parametrii

definitorii, cu grad mare de aplicabilitate în faza de proiectare.

❖ Analiza numerică a epruvetelor ce au făcut obiectul programului experimental, descris în cadrul

capitolelor 7 și 8, a fost realizată utilizând programul de calcul cu element finit Ansys

Workbench (ANSYS Workbench user’s guide, 2009).

❖ Primul parametru de conlucrare, investigat în cadrul analizelor numerice a fost deplasarea

maximă a epruvetelor. Valorile deplasărilor maxime înregistrate pe parcursul încercărilor

experimentale au fost comparate cu cele obținute pe baza analizelor numerice. Din analiza

graficelor s-a observat că valorile deplasărilor maxime determinate prin cele două metode sunt

apropiate, dar alura curbelor diferă. Astfel, analiza numerică liniară nu surprinde aspecte

importante, determinate pe cale experimentală, cum ar fi: gradul de mobilizare al lungimilor de

conlucrare, variațiile date de diferențele de rigiditate ale adezivilor și posibile cedări locale.

❖ Conform analizei comparative a distribuțiilor deformațiilor specifice pe lungimea de

conlucrare, pentru diferite trepte de încărcare, se observă că, atât alura cât și valorile maxime

ale curbelor trasate cu ajutorul analizelor numerice sunt similare celor obținute pentru curbele

determinate pe cale experimentală. De asemenea, se observă că, pentru ambele tipuri de

îmbinări, distribuțiile deformațiilor specifice sunt grupate și nu variază în raport cu grosimea

stratului de adeziv, demonstrând astfel lipsa caracterului progresiv al cedării. Astfel, concluziile

formulate pe baza rezultatelor experimentale sunt validate și de rezultatele numerice prezentate

în capitolul 9.

❖ Pe baza valorilor tensiunilor tangențiale maxime, determinate pe cale experimentală și pe baza

analizelor numerice, s-au trasat graficele comparative prezentate. Prin studiul acestor grafice se

poate observa că ambele metode de analiză au oferit rezultate comparabile ca ordin de mărime.

Excepție fac epruvetele S-100-1-30 (i) și (ii), în cazul cărora valorile maxime diferă cu

aproximativ 50%. Acest aspect sugerează că epruveta S-100-1-30 (i) a cedat prematur, posibil

ca urmare a centrării defectuoase în bacurile mașinii de testare.

❖ Prin compararea rezultatelor obținute pe cale experimentală cu cele determinate pe baza

analizelor numerice, s-a constat o corelație satisfăcătoare pentru toți parametrii analizați

(tensiuni tangențiale, deformații specifice, deplasări totale). Astfel, se poate concluziona că

studiile microscopice și experimentale efectuate în vederea caracterizării regiunilor de interfață

dintre profilele CPAFS și adezivi, au oferit rezultate cu precizie ridicată și cu grad mare de

aplicabilitate în cazul analizelor numerice prezentate în capitolul 9.



110

10.2 Contribuții personale

Pe baza concluziilor prezentate, se pot sintetiza următoarele contribuții personale, în raport

cu domeniul studiat:

❖ Elaborarea unui studiu de sinteză structurat pe două paliere care să prezinte principalele

construcții cu elemente compozite ce au implementate îmbinări adezive și să descrie succint

rezultatele relevante promovate de diverse echipe de cercetare, implicate în caracterizarea

răspunsului structural al îmbinărilor adezive pentru elemente pultrudate din CPAF.

❖ Descrierea tipurilor de materiale și produse utilizate la fabricarea elementelor compozite cu rol

structural;

❖ Identificarea și clasificarea adezivilor structurali utilizați la realizarea îmbinărilor pentru

elemente pultrudate din CPAF;

❖ Identificarea teoriilor de aderență utilizate la evaluarea mecanismelor de legătură specifice

îmbinărilor adezive pentru elemente CPAF și stabilirea premiselor obținerii unor îmbinări

performante în raport cu acestea;

❖ Caracterizarea prin studii microscopice a suprafețelor straturilor suport pentru unele din cele

mai utilizate produse CPAF și selectarea soluțiilor optime de tratament, în vederea îmbunătățirii

conlucrării;

❖ Sintetizarea principalelor modele analitice și numerice de evaluare a parametrilor de conlucrare

dintre elemente CPAF și adezivi și efectuarea unor studii comparative prin aplicarea acestora

la tipologiile de îmbinări realizate prin suprapunere simplă și la cele cu aderenți rigizi;

❖ Identificarea metodelor de optimizare a parametrilor constructivi pentru îmbinările adezive și

testarea eficienței acestora prin modelări și analize numerice;

❖ Identificarea metodologiilor de investigare experimentală a performanțelor structurale ale

îmbinărilor adezive;

❖ Conceperea și elaborarea unui program experimental ce a avut ca obiectiv principal

identificarea și descrierea caracteristicilor ce definesc conlucrarea dintre elementele CPAF

îmbinate cu adezivi. În cadrul studiilor experimentale, se pot distinge următoarele activități

specifice și contribuții:

• Proiectarea unor configurații variate de epruvete ce au constat în două tipologii de îmbinare

(îmbinarea prin simplă suprapunere și îmbinarea cu aderenți rigizi), pentru care s-au utilizat

două tipuri distincte de adezivi structurali epoxidici, aplicați pe 3 lungimi de conlucrare (70,

100, 150 mm), respectiv pe 3 grosimi diferite (1, 2, 3 mm).

• Identificarea metodelor de tratare și pregătire a suprafețelor elementelor CPAF în vederea

optimizării caracteristicilor de conlucrare;

• Proiectarea unor dispozitive pentru eficientizarea procesului de aplicare a adezivilor;

• Conceperea și realizarea etapelor de pregătire a epruvetelor;



111

• Instrumentarea probelor și stabilirea parametrilor de testare;

• Investigarea mecanismelor de cedare specifice în cazul îmbinărilor adezive pentru

elementele CPAF, solicitate la tracțiune longitudinală;

• Identificarea efectelor ce derivă din tratarea suprafețelor elementelor CPAF, în raport cu

parametrii de conlucrare;

• Analiza variațiilor parametrilor specifici conlucrării (forțe capabile, tensiuni, deformații

specifice, deplasări), în funcție de tipul îmbinării, de lungimea de conlucrare, de grosimea

stratului de adeziv și de tipul adezivului;

❖ Realizarea unor analize numerice pe baza metodei cu element finit, cu scopul de a verifica și

valida rezultatele obținute pe cale experimentală;

❖ Realizarea unui studiu comparativ între rezultatele obținute pe baza analizei numerice, a celor

furnizate pe baza programului experimental și a celor rezultate ca urmare a studiilor analitice,

numerice și experimentale efectuate de alte echipe de cercetare;

❖ Identificarea celor mai reprezentative lucrări de specialitate, din domeniul îmbinărilor adezive

pentru elemente pultrudate din CPAF, prin prezentarea listei bibliografice.

10.3 Valorificarea rezultatelor

Pe parcursul programului doctoral, activitatea de cercetare desfășurată s-a valorificat în

următoarele moduri:

❖ Participarea, în calitate de membru, la activitatea de cercetare desfășurată în cadrul unui

proiect internațional:

✓ FP7-ENV-2013-603722-ANAGENNISI „Innovative Reuse of All Tyre

Components in Concrete”

❖ Participare la elaborarea unor materiale didactice la disciplinele de materiale și structuri

compozite din cadrul Facultății de Construcții și Instalații Iași

❖ Publicarea, în calitate de autor sau coautor, a unui număr de 30 de lucrări științifice, astfel:

Lucrări publicate în reviste cotate ISI cu factor de impact (4):

1. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Isopescu DN, Oprișan G, Mihai P (2018)

Experimental and numerical investigation of adhesively bonded single lap and thick

adherents joints between pultruded GFRP composite profiles. Composites Part B:

Engineering, 146:49-59.

2. Ungureanu D, Țăranu N, Isopescu DN, Lupășteanu V, Mihai P, Hudișteanu I (2017)

Analytical and numerical study of adhesively bonded composite pultruded elements.

Romanian Journal of Materials, 47(4):522-531.



112

3. Hudișteanu I, Țăranu N, Isopescu DN, Bejan L, Axinte A, Ungureanu D (2017) Improving

the mechanical properties of composite laminates through the suitable selection of the

corresponding materials and configurations. Romanian Journal of Materials, 47(2):252-

266.

4. Lupășteanu V, Țăranu N, Mihai P, Oprișan G, Lupășteanu R, Ungureanu D (2016),

Behaviour of CFRP-to-steel interfaces in adhesively bonded joints. Romanian Journal of

Materials, 46(4):512-522.

Lucrări în curs de publicare în reviste/volume ISI Proceedings (4):

1. Țăranu N, Ungureanu D, Lupășteanu V, Scutaru MC, Maxineasa SG (2018) Experimental

and numerical studies of the shear structural response of adhesively bonded single lap

joints between GFRP composite profiles. 18 International Multidisciplinary Scientific

GeoConference SGEM 2018 (lucrare acceptată spre publicare)

2. Ungureanu D, Țăranu N, Isopescu DN, Lupășteanu V, Scutaru MC, Hudișteanu I (2018),

Failure particularities of adhesively bonded joints between pultruded GFRP composite

profiles. IOP conference series materials science and engineering, 400:1-14 (lucrare în curs

de indexare).

3. Hudișteanu I, Țăranu N, Isopescu DN, Ențuc IS, Oprișan G, Ungureanu D (2018)

Numerical analysis of interlaminar damage evolution on various composite laminates. IOP

conference series materials science and engineering, 400:1-13 (lucrare în curs de indexare).

4. Scutaru MC, Țăranu N, Comisu CC, Boacă G, Ungureanu D (2018) Case study regarding

the dynamic compensation of steel-concrete bridge hybrid structures. IOP conference

series materials science and engineering, 400:1-9 (lucrare în curs de indexare).

Lucrări publicate în reviste indexate BDI incluse în baze de date internaționale (14):

1. Lupășteanu V, Țăranu N, Ungureanu D (2018) Failure particularities of adhesively

bonded joints between steel and carbon fibre reinforced polymers composite elements.

Buletinul Institutului Politehnic din Iași, 64(68)(1):63-72.

2. Ghiga DA, Țăranu N, Ențuc IS, Ungureanu D, Scutaru MC (2018) Modern strengthening

techniques for masonry structures. Buletinul Institutului Politehnic din Iași, 64(68)(2):41-

58.

3. Scutaru MC, Țăranu N, Comisu CC, Boacă G, Ungureanu D, Ghiga DA (2018) Sensors

for bridge structural health monitoring. Buletinul Institutului Politehnic din Iași. Lucrare

acceptată spre publicare.

4. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Mihai P (2017) Shear structural response of

double lap joints for composite pultruded elements. Buletinul Institutului Politehnic din

Iași, 63(67)(1):9-19.



113

5. Ungureanu D, Țăranu N, Hudișteanu I, Florența I, Lupășteanu V (2017) Shear structural

response of adhesively joints for FRP composites. Advanced Engineering Forum, 21:280-

285.

6. Hudișteanu I, Țăranu N, Bejan L, Oprișan G, Ungureanu D (2017) Progressive failure

envelopes for composite laminates. Buletinul Institutului Politehnic din Iași, 63(67)(1):31-

39.

7. Hudișteanu I, Țăranu N, Vlădoiu C, Ungureanu D, Lupășteanu V (2017) Structural

response of sandwich beams with different facing materials subjected to bending.

Advanced Engineering Forum, 21:294-300.

8. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Roșu AR, Mihai P (2016) The adhesion theories

applied to adhesively bonded joints of fiber reinforced polymer composite elements.


9. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Mihai P, Hudișteanu I (2016) Behaviour of

composite-to-composite interface for adhesively bonded joints experimental set-up.


10. Scutaru MC, Țăranu N, Comisu CC, Ungureanu D (2017) Development of performant

technologies for bridge monitoring. Buletinul Institutului Politehnic din Iași, 63(67)(1):55-

69.

11. Florența I, Țăranu N, Secu A, Ențuc IS, Scutaru MC, Ungureanu D (2017) Evaluation of

the wood strength class using the experimental approach. Buletinul Institutului Politehnic

din Iași, 63(67)(2):121-132.

12. Florența I, Țăranu N, Secu A, Roșu AR, Ungureanu D (2017) Analytical procedures for

calculation of horizontal displacement of timber shear walls. Advanced Engineering

Forum, 21:135-140.

13. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Hudișteanu I (2017) Influence of spew fillets

geometry on the bond strength of adhesively bonded FRP composite elements. Revista

Intersecții, 14(2):10-21.

14. Hudișteanu I, Țăranu N, Vlădoiu C, Ungureanu D (2017) Numerical investigations of

stresses and damage distributions on the layers of a sandwich beam with composite

laminated faces subjected to bending. Revista Intersecții, 14(1):45-58.

Lucrări publicate în volume ale conferințelor internaționale (8):

1. Ungureanu D, Țăranu N, Scutaru MC, Hudișteanu I, Ghiga DA (2018) Frp adhesively

bonded joints specimen preparation and testing procedures. Proceedings of the 18th

International Scientific Conference VSU’2018, Sofia, Bulgaria. Lucrare acceptată spre

publicare.



114

2. Hudișteanu I, Țăranu N, Ungureanu D, Scutaru MC (2018) interlaminar stresses analysis

on quasi-isotropic composite laminates Proceedings of the 18th International Scientific

Conference VSU’2018, Sofia, Bulgaria. Lucrare acceptată spre publicare.

3. Scutaru MC, Țăranu N, Comisu CC, Boacă G, Ungureanu D, Ghiga DA (2018) Bridge

instrumentation for structural health monitoring. Proceedings of the 18th International

Scientific Conference VSU’2018, Sofia, Bulgaria. Lucrare acceptată spre publicare.

4. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Hudișteanu I (2017) Microscopic study of surface

characteristics of fibre reinforced polymer composite elements. Proceedings of the 17th

International Scientific Conference VSU’2017, Sofia, Bulgaria, 130 – 135.

5. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Dupir (Hudișteanu) I (2016) Numerical

modelling of the tensile structural response of pultruded carbon fibre reinforced polymer

composite strips. Proceedings of the 16th International Scientific Conference VSU’2016,

Sofia, Bulgaria, 346 – 351.

6. Hudișteanu I, Țăranu N, Vlădoiu C, Ungureanu D (2017) Analytical and numerical

evaluation of the flexural response of sandwich beams. Proceedings of the 17th


7. Lupășteanu V, Țăranu N, Ungureanu D, Dupir (Hudișteanu) I (2016) Experimental

evaluation of the tensile strength of pultruded CFRP composite strips. Proceedings of the

16th International Scientific Conference VSU’2016, Sofia, Bulgaria, 205 – 210.

8. Hudișteanu I, Țăranu N, Lupășteanu V, Ungureanu D (2016) Comparative analysis of first

ply failure and progressive failure for symmetric composite laminates. Proceedings of the

16th International Scientific Conference VSU’2016, Sofia, Bulgaria, 134 – 139.

Lucrări publicate în volume ale conferințelor naționale cu participare internațională (1):

1. Lupășteanu V, Țăranu N, Mihai P, Ungureanu D (2017) Particularități privind cedarea

îmbinărilor adezive dintre oțel și produsele compozite polimerice armate cu fibre. A 15-a

conferință națională de construcții metalice cu participare internațională, Iași, 117-124.

Lucrări publicate în volume ale conferințelor naționale (1):

1. Ungureanu D (2016) Răspunsul structural al unei îmbinări adezive prin suprapunere

simplă solicitată la întindere uniaxială Creații universitare 2016 – Al IX-lea Simpozion

Național, Iași, România.



115

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

1. Akpinar S, Doru MO, Ozel A, Aydin MD, Jahanpasand HG (2013) The effect of the spew

fillet on an adhesively bonded single-lap joint subjected to bending moment. Composites Part

B, 55: 55-64.

2. ANSYS Workbench user’s guide (2009) Canonsburg, Pennsylvania, USA.

3. Ascione L, Caron JF, Godonou P, IJselmuijden K, Knippers J, Mottram T, Oppe M, Sorensen

G, Taby J, Tromp L (2016) Prospect for new guidance in the design of FRP, EUR 27666 EN,

doi:10.2788/22306.

4. Ascione F, Lamberti M, Razaqpur AG, Spadea (2017) Strength and stiffness of adhesively

bonded GFRP beam-column moment resisting connections. Composite Structures, 160:1248-

1257.

5. Barbero EJ (2011) Introduction to composite materials design, 2nd Edition. CRC Press, Taylor

and Francis, Boca Raton, USA.

6. Barbero EJ (2014) Finite Element Analysis of composite materials using Ansys. CRC Press

Taylor and Francis Group, USA.

7. Brackmann W, Geisβ PL, Klingen J, Schroder B (2009) Adhesive bonding. Materials,

Applications and Technology. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany.

8. Davis MJ, Bond DA (2017) The importance of failure mode identification in adhesive bonded

aircraft structures and repairs. Aircraft structural integrity section Directorate General of

Technical Airworthiness Royal Australian Air Force. Amberley detachement, 501 Wing,

RAAF Amberley 4306, Australia.

9. Dilger K (2010) Selecting the right join design and fabrication techniques. Advances in

structural adhesive bonding. CRC press Woodhead Publishing Limited, UK, 295-313.

10. Fernholz KD (2010) Bonding of polymer matrix composites in ed. Dillard AD (2010)

Advances in structural adhesive bonding. CRC press Woodhead Publishing Limited, UK, 265-

291.

11. Ghiga DA, Țăranu N, Ențuc IS, Ungureanu D, Scutaru MC (2018) Modern strengthening

techniques for masonry structures. Buletinul Institutului Politehnic din Iași, 64(68)(2):41-58.

12. Hollaway LC (2010) A review of the present and future utilisation of FRP composites in the

civil infrastructure with reference to their important in-service properties. Construction and

Building Materials, 24:2419-2445.

13. Hudişteanu I, Ţăranu N, Isopescu DN, Bejan L, Axinte A, Ungureanu D (2016) Improving

the mechanical properties of composite laminates through the suitable selection of the

corresponding materials and configurations. Revista Română de Materiale, 46(2):232-241.

14. Hudișteanu I, Ţăranu N, Lupășteanu V, Ungureanu D (2016) Comparative analysis of first

ply failure and progressive failure for symmetric composite laminates. Proceedings of the 16th




116

15. Hudişteanu I , Ţăranu N, Bejan L, Oprişan G, Ungureanu D (2017) Progressive failure

envelopes for composite laminates. Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 63(67)(1):31-39.

16. Hudișteanu I, Ţăranu N, Vlădoiu C, Ungureanu D (2017) Analytical and numerical

evaluation of the flexural response of sandwich beams. Proceedings of the 17th International

Scientific Conference VSU’2017, Sofia, Bulgaria, 24 – 29.

17. Hudișteanu I, Țăranu N, Vlădoiu C, Ungureanu D (2017) Numerical investigations of stresses

and damage distributions on the layers of a sandwich beam with composite laminated faces

subjected to bending. Revista Intersecții, 24(1):45-58.

18. Hudișteanu I, Țăranu N, Vlădoiu C, Ungureanu D, Lupășteanu V (2017) Structural response

of sandwich beams with different facing materials subjected to bending. Advanced

Engineering Forum, 21:294-300.

19. Hudișteanu I, Țăranu N, Isopescu DN, Ențuc IS, Oprișan G, Ungureanu D (2018) Numerical

analysis of interlaminar damage evolution on various composite laminates. ModTech

International Conference. Modern Technologies in Industrial Engineering, IOP conference

series materials science and engineering (lucrare acceptată spre publicare).

20. Li YF, Badjie S, Chen WW, Chiu YT (2016) Case study of first all-GFRP pedestrian bridge

in Taiwan. Case Studies in Construction Materials, 1:83-95.

21. Lupășteanu V, Țăranu N, Mihai P, Oprișan G, Lupășteanu R, Ungureanu D (2016), Behaviour

of CFRP-to-steel interfaces in adhesively bonded joints. Romanian Journal of Materials,

46(4):515-522.

22. Lupășteanu V, Țăranu N, Ungureanu D, Dupir (Hudișteanu) I (2016) Experimental

evaluation of the tensile strength of pultruded CFRP composite strips. Proceedings of the 16th


23. Lupășteanu V, Țăranu N, Mihai P, Ungureanu D (2017) Particularități privind cedarea

îmbinărilor adezive dintre oțel și produsele compozite polimerice armate cu fibre. A 15-a

conferință națională de construcții metalice cu participare internațională, Iași, 117-124.

24. Lupășteanu V, Țăranu N, Ungureanu D (2018) Failure particularities of adhesively bonded

joints between steel and carbon fibre reinforced polymers composite elements. Buletinul

Institutului Politehnic din Iași, 64(68)(1):63-72.

25. Rahman NM, Sun CT (2014) Strength calculation of composite single lap joints with Fiber-

Tear-Failure. Composite Part B: Engineering, 62:249-255.

26. Rodríguez RQ, de Paiva WP, Sollero P, Rodrigues MRB, de Albuquerqueb ÉL (2012) Failure

criteria for adhesively bonded joints. International Journal of Adhesion and Adhesives, 37:26-

36.

27. da Silva LFM, Dillard DA, Blackman B, Adams RD (2012) Testing adhesive joints. Wiley-

VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany.

28. Stoian V, Nagy-Gyorgy T, Dan D, Gergely J, Daescu C (2004) Composite Materials for

Construction. Ed. Politehnică, Timișoara, România.



117

29. Țăranu N, Ungureanu D, Lupășteanu V, Scutaru MC, Maxineasa SG (2018) Experimental

and numerical studies of the shear structural response of adhesively bonded single lap joints

between GFRP composite profiles. 18 International Multidisciplinary Scientific

GeoConference SGEM 2018 (lucrare acceptată spre publicare)

30. Ungureanu D (2016) Răspunsul structural al unei îmbinări adezive prin suprapunere simplă

solicitată la întindere uniaxială Creații universitare 2016 – Al IX-lea Simpozion Național, Iași,

România.

31. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Hudișteanu I (2016) Numerical modelling of the

tensile structural response of pultruded carbon fibre reinforced polymer composite strips.

Proceedings of the 16th International Scientific Conference VSU’2016, Sofia, Bulgaria, 346 –

351.

32. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Mihai P, Hudișteanu I (2016) Behaviour of

composite-to-composite interface for adhesively bonded joints. Experimental set-up.

Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 62(66)(3):29-41.

33. Ungureanu D, Ţăranu N, Lupăşteanu V, Roșu AR, Mihai P (2016) The adhesion theories

applied to adhesively bonded joints of fiber reinforced polymer composite elements. Buletinul

Institutului Politehnic din Iasi, 2,62 (66):37-45.

34. Ungureanu D, Țăranu N, Isopescu DN, Lupășteanu V, Mihai P, Hudișteanu I (2017)

Analytical and numerical study of adhesively bonded composite pultruded elements. Revista

Română de Materiale, 47(4):522-531.


geometry on the bond strength of adhesively bonded FRP composite elements. Revista

Intersecții, 14(2):10-21.

36. Ungureanu D, Țăranu N, Hudișteanu I, Florenţa I, Lupășteanu V (2017) Shear structural

response of adhesive joints for FRP composites. Advanced Engineering Forum, 21:280-285.

37. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Mihai P (2017) Shear structural response of double

lap joints for composite pultruded elements. Buletinul Institutului Politehnic din Iași, 1,

63(67):9-20.


geometry on the bond strength of adhesively bonded FRP composite elements. Intersections,

14(2): 10-21.

39. Ungureanu D, Țăranu N, Isopescu DN, Lupășteanu V, Scutaru MC, Hudișteanu I (2018),

Failure particularities of adhesively bonded joints between pultruded GFRP composite

profiles. ModTech International Conference. Modern Technologies in Industrial Engineering,

IOP conference series materials science and engineering (lucrare acceptată spre publicare).

40. Ungureanu D, Țăranu N, Lupășteanu V, Isopescu DN, Oprișan G, Mihai P (2018)

Experimental and numerical investigation of adhesively bonded single lap and thick adherents

joints between pultruded GFRP composite profiles. Composites Part B: Engineering, 146:49-

59.

Documents

ÎMBINĂRI ADEZIVE PENTRU ELEMENTE Dragos - Rezumat...ÎMBINĂRI ADEZIVE PENTRU ELEMENTE PULTRUDATE DIN COMPOZITE POLIMERICE ARMATE CU FIBRE ii 5.5 Concluzii 26 Capitolul 6 Principii