reabilitarea str beton armat cercetare

8/7/2019 reabilitarea str beton armat cercetare

1/7

Raport de Cercetare

Grant: REABILITAREA STRUCTURILOR DE BETON ARMAT PRIN FOLOSIREACOMPOZITELOR PE BAZ DE FIBRE DE CARBON

Autor: ef lucr ri dr. ing. DAN SorinUniversitatea Politehnica din Timi oara

1. INTRODUCERE

Structurile de beton armat existente n num r mare sunt, multe dintre ele, proiectate corespunz tor laaciuni gravitaionale dar avnd o capacitate portant insuficient la aciuni orizontale de tip seism.Aceste structuri au fost proiectate conform standardelor n vigoare la data execuiei lor, standarde cares-au modificat i mbun t it de-a lungul anilor. Multe construcii existente au dep it durata deexploatare proiectat fiind nc n exploatare datorit costurilor mari de nlocuire. Normele deproiectare mai vechi nu au inclus msuri antiseismice sau au specificat nivele reduse ale ac iuniiseismice. Comportarea structurilor proiectate la aciuni gravitaionale este neductil i implicit prezint moduri de distrugere inacceptabile. Proiectarea s-a f cut n scopul realiz rii unei rezistene adecvatela aciuni orizontale. Normele recente, pe plan naional i internaional, au nceput s pun accentul pedetaliile de alc tuire i armare ale elementelor structurale n scopul comport rii ductile generale nparalel cu asigurarea cerin elor de rezisten .

De asemenea structurile ductile existente, avnd o alc tuire i armare bun , se pot comporta deficitar la nc rc ri orizontale datorit aciunilor seismice reale mai mari dect cele de proiectare, modific rilor destinaiei cldirilor, factorului de importan , deterior rilor de durabilitate n timp. S-a observat recent,la cutremurele din Hanshin-Awaji (Kobe, Japonia - 1995) i Kocaeli (Turcia - 1999), c structurile debeton armat existente, proiectate conform normelor mai vechi la nc rc ri gravitaionale sau for eseismice reduse, s-au comportat nesatisf c tor.

n prezent, proiectarea antiseismic structural a atins un nivel ridicat, oferind o imagine real asupraperformanelor de comportare structural . Pe de alt parte, simularea i evaluarea comport riistructurilor existente este n stadiul de dezvoltare prezentnd limit ri de sigurana n folosirea iaplicarea la un num r larg de tipuri de structuri.

Evaluarea comport rii structurilor existente la aciuni seismice a fost recent luat n considerare. Laora actual , cu excepia Normelor japoneze pentru evaluarea capacit ii seismice a cl dirilor existentede beton armat i a unor ndrum toare de proiectare, exist puine specificaii n normative cu privirela determinarea rezisten ei la aciuni seismice a construciilor existente. Cteva normative, cum ar fiEUROCODE 8, au nceput s cuprind indicaii pentru reabilitarea i consolidarea structurilor existente.

2. PREZENTAREA PROGRAMULUI EXPERIMENTAL

2.1. Realizarea elementelor experimentale

Unele construcii existente cu structura n cadre din beton armat sau cu parter flexibil necesit consolidarea zonelor flexibile i/sau sensibile structural, fapt care prezint o importan structural capital pentru comportarea ntregii cldiri la aciuni seismice.

Programul experimental se concentreaz pe posibilitatea aplic rii compozitelor pe baz de fibre decarbon la cadre de beton armat.

n acest scop s-au proiectat i executat cadre portal dublu ncastrate din beton armat avndcaracteristicile din Figura 1. Aceste elemente experimentale s-au alc tuit conform normelor deproiectare din anii 1970 pentru a se modela comportarea unei structuri presupuse existent

.

Revista de Politica Stiintei si Scientometrie - Numar Special 2005 - ISSN- 1582-1218 1/7


2/7

NOTE:-beton: C16/20-T3-II/A-S32,5R/0-16-otel pentru armaturi: OB37-acoperirea cu beton = 2,0cm

Figura 1. Detalii de alc tuire a cadrelor din beton armat.

Din motive de siguran la transport i montaj, cadrele din beton armat au fost realizate prefabricat ncofraj orizontal. Cadrele (Figura 2) au fost montate n poziia pentru ncercarea experimental iar nfinal au fost realizate fundaiile stlpilor.

S-a realizat consolidarea stlpilor (Figura 3) din beton armat cu materiale compozite pe baz de fibrede carbon (CFRP) Sika: lamele longitudinale Sika Carbodur ancorate n fundaii i nodurile superioare; es turi Sika wrap pentru confinarea transversal la ambele capete ale stlpilor.

Figura 2. Cadre experimentale din beton armat. Figura 3. Cadru consolidat cu CFRP.



3/7

Figura 4. Schema de nc rcare experimental .

ncercarea cadrelor s-a f cut conform Figurii 4.Pe rigla cadrului s-a simulat o nc rcaregravitaional uniform distribuit . For a orizontal aplicat a simulat aciunea seismic .

Pe timpul ncerc rii s-au m surat (sta ie de

achiziie a datelor) treptele de nc rcare(captoare de for ) i deformaiile: sgei(captoare de deplas ri); deformaii specifice narm turi i beton (timbre tensometrice).

Calculul, proiectarea i alc tuirea cadrelor s-arealizat astfel nct s apar articulaii plastice nrigle i n special n stlpi.

Raportul ntre nc rcarea vertical V i orizontal H s-a ales pentru a se ob ine lanul cinematic derupere de cadru prin apari ia articulaiilor plasticela capete de stlpi.

n acest scop nc rcarea vertical V a fostmeninut constant iar nc rcarea orizontal H acrescut pn la rupere (formarea articulaiilor plastice).

Modul de cedare a cadrelor din beton armat afost prin formarea articulaiilor plastice la capetede stlpi (Figura 5).

Dou tipuri de ncercri experimentale au fostrealizate:- pe cadre neconsolidate testate ini ial pn lalimita de curgere a arm turii, apoi consolidate cu

CFRP i re-testate n final pn la rupere;

Figura 5. Modul de cedare a cadrelor din betonarmat

- pe cadre neconsolidate testate ini ial pn n stadiul ultim, apoi consolidate cu CFRP i re-testate nfinal pn la rupere.

Valorile teoretice pentru analiza cadrelor din beton armat neconsolidate s-au determinat conformnormativului european EUROCODE 2, iar pentru cadrele consolidate cu CFRP s-au folosit prevederilefib bulletin Externally bonded FRP reinforcement for RC structures.

2.2. Rezultate experimentale

Date obinute din ncerc rile experimentale asupra cadrelor din beton armat neconsolidate iconsolidate sunt prezentate n Tabelul 1.

Tabelul 1. Rezultate experimentaleRaport consolidat / neconsolidat

pentru:Model Stareastructuriinc rcareorizontal S(daN)

Deplasareorizontal maxim (mm) nc rc ri Deplas ri

Neconsolidat 1600 * 5.441600 * 3.87

Cadrul 1Consolidat cuCFRP 4000 ** 30.20

- 0.71* / -

1600 * 4.60Neconsolidat3600 ** 15.271600 * 4.50

Cadrul 2

Consolidat cuCFRP 3800 ** 30.70

1.06 0.98* / 2.00**

Note: * starea limita de curgere a armturii

** starea limit ultim



4/7

Din datele prezentate n Tabelul 1 se pate observa:- valorile nc rc rilor orizontale maxime au fost alese diferit pentru cadrele din beton armatneconsolidate n scopul modific rii stadiului de aplicare a consolid rii: 1600 daN (starea limit decurgere a arm turii) pentru Cadrul 1 respectiv 3600 daN (starea limit ultim ) pentru Cadrul 2;- cre terea for ei orizontale maxime cu 6 % s-a obinut la Cadrul 2 consolidat chiar dac iniial a fostncercat neconsolidat pn la stadiul ultim;

- cre terea de rigiditate a structurii consolidate implic deplas ri orizontale mai mici la starea limit decurgere a arm turii (Figura 6).

0

400

800

1200

1600

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

[mm]

S [daN] Cadrul 1: B.A.

Cadrul 1: B.A.+CFRP

Cadrul 2: B.A.

Cadrul 2: B.A.+CFRP

Figura 6. Deplasri orizontale ale cadrelor din beton armat neconsolidate i consolidate cu CFRP.

Programul experimental a scos n eviden cteva aspecte foarte importante:

- desprinderea lamelelor verticale CFRP de peplcile metalice la nod (Cadrul 1) datorit eforturilor de ntindere (Figura 7);

- desprinderea lamelelor verticale CFRP de pefaa interioar a stlpilor (Cadrul 2) datorit eforturilor de compresiune (Figura 8) ceea ceindic necesitatea prevederii unor etrierisuplimentari pentru mpiedicarea flambajului;

- tendina de smulgere a betonului din jurulmortarului epoxidic folosit pentru ancorarealamelelor verticale CFRP n fundaii (Figura 9).

Figura 7. Desprinderea lamelelor verticale CFRPdatorit eforturilor de ntindere

Figura 8. Desprinderea lamelelor verticale CFRPdatorit eforturilor de compresiune

Figura 9. Smulgerea betonului i lamelelor verticale CFRP din fundaii



5/7

3. SOLU II MODERNE DE REABILITARE A CONSTRUC IILOR EXISTENTE DIN BETON ARMAT.APLICAREA CONSOLID RILOR CU COMPOZITE PE BAZ DE FIBRE DE CARBON (CFRP)

3.1. Fabrica de bere Timi oreana

La Fabrica de Bere "Timioreana", colectivul de cercetare a efectuat expertizarea i reabilitarea

structurii de rezisten de la hala de fierbere (Figura 10).Construcia este realizat din beton armat turnat monolit, cu structura din cadre verticale i planeeorizontale cu grinzi secundare i principale.

Figura 10. Hala de fierbere. Cadrul spaial.

Studiul st rii de eforturi pentru structura de rezisten a halei de fierbere s-a f cut spa ial pe schemastatic a cadrului spa ial analizat este cea prezentat n Figura 10.

Folosind rezultatele analizei statice s-au calculat valorile gradului nominal de asigurare la aciuni

seismice R conform Normativului P100-92. Valorile lui R Rmin au scos n eviden necesitateareabilit rii construciei prin consolidarea unui stlp i a unor grinzi principale transversale ilongitudinale.

Reabilitarea structurii s-a f cut prin alegereade c tre beneficiar a soluiei de consolidare /remediere cu compozite pe baz de fibre decarbon astfel care a urm rit:

- nemodificarea sau afectarea ntr-o mic msur a rigidit ii elementelor consolidate nscopul pstr rii distribuiei i raportului dintreeforturile care caracterizeaz structura

iniial ;- realizarea unor lucr ri care s secaracterizeze prin rapiditate n execu ie,costuri reduse i nederanjarea, pe c t posibil,a procesului tehnologic specific halei;- obinerea unei siguran e n exploatare i

odul de realizare a consolid rilor a fost

reducerea gradului de risc seismic aconstruciei expertizate.

Mconceput , proiectat (Figura 11) i realizat astfel:

Figura 11. Consolidarea cu CFRP a stlpilor i grinzilor

STILP

b

b Carbodur S1012

60x60

230C 60x50Sikawrap HEX

25

75

12

S1012 Carbodur

230C 60x50Sikawrap HEX

b-b

1.20

Carbodur

S1012

75

75

Sikawrap HEX

230C 60x50

1.20

Sikawrap HEX230C 60x50

1.20

S1012Carbodur Carbodur

S1012

Carbodur S1012

S1012 Carbodur

1.00

a-a aa

+3.451.40

70

75

+4.35

GRINDA

230C 60x50

Sikawrap HEX

(a)

(b)GRINDA

GRINDA

STILP

STILP



6/7

a) consolidarea stlpului (Figura 11a i 12a): utilizarea a 8 lamele longitudinale din fibre de carbonS512 (l ime 50 mm, grosime 1,2 mm), cte dou pe fiecare fa , pentru a compensa insuficienaarm turilor longitudinale, situaie care a condus la valoarea mic a gradului de asigurare la ac iuniseismice. Pentru confinarea zonelor plastice poten iale s-a dispus o nf urare n zona nodurilor cu oes tur din fibre de carbon de tipul Sikawrap 230C/60x50;

b) consolidarea grinzilor (Figura 11b i 12b): utilizarea unor lamele S1012 (l ime 100 mm, grosime1,2 mm) pentru armare longitudinal , la partea inferioar ; armare la for e t ietoare prin folosireaes turilor Sikawrap 230C/60x50. Aceste es turi compenseaz armarea insuficient prevzut laproiectarea structurii.

Figura 12b. Consolidarea grinzilor cu lamele i es turi dinfibra de carbon.

Figura 12a. Consolidarea stlpului cu lamele i es turi dinfibra de carbon.

3.2. Bloc din panouri mari prefabricate

Ca urmare a exploziei unei butelii de gaz la un bloc de garsoniere din Timioara colectivul decercetare a efectuat expertizarea i reabilitarea structurii de rezisten afectat (Figura 13).

Construcia este realizat din beton armat, custructura de rezisten vertical i orizontal dinpanouri mari prefabricate.

Defectele i avariile cldirii constau n:

- defecte datorit execuiei: fisuri i cr p turi npanourile prefabricate verticale i orizontale;

- defecte datorit exploat rii necorespunz toareinfiltraii de ap prin acoperiul teras i zonab ilor; desprinderea stratului de acoperire cubeton; coroziunea arm turilor;

- avarii cauzate de explozie(Figurile 14 i 15):dislocarea pere ilor transversali la camera n cares-a produs explozia i camerele adiacente prinsgei foarte mari (28 cm), beton zdrobit iputernic fisurat, arm turi smulse; degrad riimportante la panouri adiacente zonei unde s-aprodus explozia prin fisuri mari i dese. Figura 13. Bloc de garsoniere din panouri mari

prefabricate.



7/7

Figura 14. Dislocarea panourilor verticale. Figura 15. Fisurarea panourilor orizontale.

Soluii de reabilitare s-au ales de diferite tipuri funcie de gradul de avariere constatat:

- nlocuirea panourilor prefabricate dislocate cu panouri noi;

- consolidarea unor panouri puternic fisurate prin cm uire cu beton armat;

- consolidarea unor panouri fisurate prin aplicarea compozitelor pe baz de es turi din fibre de carbon(Figurile 16 i 17).

Figura 16. Consolidarea panourilor verticale. Figura 17. Consolidarea panourilor orizontale.


Documents

reabilitarea str beton armat cercetare