Stări limită de cracare
Stările limită de fisurare erau stări limită de serviciu .
Cu stările limită de fisurare, se asigură că modelul de fisură al unei structuri, conglomeratul de ciment trebuie să fie astfel încât să nu compromită funcționarea corectă a structurii și să o facă acceptabilă din punct de vedere estetic.
Generalitate
După cum se știe, testele de rezistență ale secțiunilor flexate din beton armat sunt efectuate, din motive de siguranță, în ipoteza că tot betonul tensionat, care este delimitat de axa neutră , este complet fisurat și, prin urmare, conglomeratul nu face orice contribuție.la rezistența la tracțiune și la care oferă doar armătura întinsă.
În realitate, fisurile se formează numai în acele secțiuni în care momentul de acțiune M este ≥ al momentului de fisurare M f al secțiunii.
Pentru M <M f nu se depășește rezistența la tracțiune a betonului, care, prin urmare, rămâne intactă și contribuie la rezistența la tracțiune a conglomeratului.
Prin urmare, într-o grindă reală îndoită, vor exista secțiuni în care fisurile au ajuns pe axa neutră unde rezistența este încredințată doar secțiunilor de armare și intacte, incluse între două fisuri consecutive, în care, în schimb, betonul colaborează la absorbția efortul tractiv.
Un concept fundamental al structurilor din beton armat este că fisurarea este aproape inevitabilă.
De fapt, datorită rezistenței reduse la întindere a betonului și a existenței unor constrângeri precum contracția și scăderea diferențială mică a constrângerilor, eliminarea completă a leziunilor este practic neeconomică; limitarea eforturilor de tracțiune în limitele compatibile cu betonul ar duce la structuri și armături mult mai masive care funcționează cu valori de solicitare extrem de mici decât cele așteptate.
Prin urmare, nu este recomandabil să eliminați complet fisurile mai mult sau mai puțin capilare care trebuie considerate necesare și indicative ale nivelului de colaborare dintre beton și oțel.
Printre altele, așa cum s-a menționat la începutul acestui paragraf, în teoria convențională a betonului armat se face referire la ipoteza betonului de tracțiune nereactiv și, prin urmare, în conformitate cu această ipoteză, trebuie considerat că fisurarea conglomeratul este acceptat convențional.
Cu toate acestea, modelele de fisuri excesive trebuie evitate, deoarece fisurile prea deschise pot facilita intrarea agenților externi agresivi care pot determina o reducere a durabilității materialului, de exemplu prin facilitarea coroziunii tijelor.
În contextul metodei de calcul a stării limită, problema este depășită prin introducerea a trei stări limită de fisurare diferite: induse de acțiuni structurale [1] :
- starea limită de decompresie;
- starea limită de formare a fisurilor sau fisurării inițiale;
- starea limită de deschidere a fisurilor.
Stare limită de decompresie
Starea limită de decompresie corespunde unei probabilități neglijabile de formare a fisurilor.
Se caracterizează printr-o secțiune comprimată peste tot sau la limita descărcată în fibra mai puțin comprimată.
Această verificare se aplică în acele cazuri în care nu este permisă o tracțiune în produs.
Deoarece secțiunea este complet comprimată, metodele de calcul nu necesită clarificări speciale, deoarece sunt reduse la o analiză elastică normală cu secțiunea de beton care reacționează complet, în care trebuie verificat că niciuna dintre fibrele secțiunii nu este întinsă.
În acest caz, este posibil să se procedeze prin impunerea descărcării fibrei mai puțin comprimate (diagramă triunghiulară a tensiunii).
În acest moment, aplicând metoda tensiunilor admisibile, deoarece este cunoscută secțiunea de reactiv omogenizat, se calculează momentul de decompresie M c , care nu trebuie să fie mai mic decât momentul de funcționare M:
- M ≤ M c
Limitați starea de formare a fisurilor
Starea limită de formare a fisurilor corespunde unei probabilități reduse, fixate a priori, de formare a fisurilor.
Se caracterizează prin existența unor zone tensionate în beton, dar astfel încât tensiunile relative să fie mai mici decât rezistența la tracțiune a conglomeratului.
Deoarece secțiunea este, de asemenea, în acest caz complet reactivă, ca și în starea limită anterioară, calculul este redus la o analiză elastică normală cu beton, în acest caz reacționând atât la comprimare, cât și la tracțiune, verificând că tensiunea maximă de tracțiune este mai mică decât:
- σ t = f ctm / 1.2
unde f ctm este rezistența la întindere simplă (axială) medie a betonului și este valabilă pentru clasele de rezistență ≤ C 50/60 (R ck 60):
- f ctm = 0,30 f ck 2/3 unde f ck este rezistența la compresiune cilindrică [2] .
Pentru verificarea acestei stări limită, comparativ cu formulele clasice ale staticii betonului armat, în acest caz trebuie luat în considerare faptul că modulul elastic de întindere al betonului E ct este diferit de cel compresiv E c .
Prin urmare, va exista un coeficient de omogenizare n referitor la armătură și unul n ' relativ la betonul tensionat:
- n = E s / E c (= 15)
- n '= E ct / E c (= 0,5).
Acest lucru va afecta, de asemenea, poziția axei neutre a secțiunii deviate care, după cum se știe, se obține prin impunerea anulării momentului static total al zonei de reacție față de această axă, în care zona omogenizată în mod corespunzător trebuie inclus și betonul tensionat.
Odată cunoscută poziția axei neutre, în cazul îndoirii drepte, aceasta se calculează utilizând metoda solicitării admisibile, impunând că solicitarea maximă de întindere în beton este egală cu σ t , momentul de încovoiere al primei fisuri M f care nu trebuie să fie mai mare decât cea a exercițiului M.
- M ≤ M f .
Stări limită de deschidere a fisurilor
Stările limită de deschidere a fisurilor corespund unei probabilități, fixată a priori, ca deschiderea caracteristică a fisurilor să nu depășească anumite valori.
Se caracterizează prin formarea de fisuri a căror valoare maximă nu trebuie să depășească valorile admise stabilite de NTC.
Valorile limită de deschidere a fisurilor general acceptate, în funcție de caz, corespund următoarelor valori nominale:
- w 1 = 0,2 mm
- w 2 = 0,3 mm
- w 3 = 0,4 mm.
Alegerea acestor valori nominale depinde de combinațiile de acțiuni, condițiile de mediu și sensibilitatea armăturii la coroziune [3] .
Combinație de acțiuni
În acest caz, sunt luate în considerare următoarele combinații de sarcină:
- aproape permanent;
- frecvent.
Conditii de mediu
În scopul protejării armăturilor împotriva coroziunii, trei condiții de mediu sunt identificate prin lege.
- obișnuit - căruia îi corespund următoarele clase de expunere : X0, XC1, XC2, XC3, XF1
- agresiv - corespunzător următoarelor clase de expunere: XC4, XD1, XS1, XA1, XA2, XF2, XF3
- foarte agresiv - corespunzător următoarelor clase de expunere: XD2, XD3, XS2, XA3, XF4
Sensibilitatea armăturilor la coroziune
Standardul distinge armăturile pentru betonul armat normal și precomprimat în două grupe:
- armături sensibile la care aparțin oțelurile pretensionate:
- armături insensibile la care aparțin oțelurile obișnuite și oțelurile protejate precum oțelurile zincate și inoxidabile.
Verifica
Verificarea este îndeplinită atunci când valoarea calculului deschiderii fisurii indicată de standardul cu w d nu este mai mare decât valoarea nominală w i (i = 1,2,3) aleasă.
Valoarea de calcul este egală cu:
- w d = 1,7 w m
unde w m reprezintă lățimea medie a fisurilor elementului generic din comglomeratul armat, care la rândul său este egală cu:
- w m = ε sm Δ sm
unde este:
- ε sm este unitatea medie de deformare a barei de armare
- Δ sm este distanța medie între sloturi
Pentru a calcula acești doi parametri, consultați punctul C4.1.2.2.4.6 din scrisoarea circulară din 2 februarie 2009 nr. 617 / CSLL.PP.
Explicație teoretică
Abordarea simplificată a problemei își are originea în cunoașterea fenomenului de aderență beton - oțel sau din relația dintre alunecarea relativă care are loc între tija de oțel și betonul întins și tensiunea tangențială care se dezvoltă la interfața dintre cele două. care este definită tensiunea de aderență τ ad .
De fapt, în conglomerat, după ce a avut loc fisurarea unor secțiuni, betonul întins intact schimbă tensiunile cu oțelul prin aderarea la barele de armare.
Aderența dintre oțel și beton
Aderența perfectă între bare de oțel și conglomeratul înconjurător este una dintre ipotezele fundamentale pentru efectuarea oricărui calcul convențional al secțiunii de beton armat, care impune ca deformările specifice din cele două materiale în contact să fie egale.
Aderența se datorează în principal nervurilor prezente pe suprafața exterioară a barelor, dar este, de asemenea, secundară forțelor de aderență intermoleculare care se dezvoltă la perimetrul dintre oțel și beton și fricțiunii rezultate din strângerea exercitată de beton asupra barelor datorită până la retragere . Caracteristicile aderenței sunt definite de tensiunea de aderență τ ad . Cea mai elementară ipoteză pentru calcularea τ ad se bazează pe ipoteza lui Brice care constă în asumarea unei tendințe constante a tensiunilor de aderență.
Considerăm inițial cazul elementar al unei tije încorporate într-un bloc de beton și supusă unei solicitări de tracțiune T.
În aceste condiții, tija va avea tendința de a ieși din blocul de conglomerat, această tendință mobilizează aderența dintre cele două materiale și determină în consecință să apară tensiuni de aderență de-a lungul perimetrului p al secțiunii Δl a tijei încorporată în bloc .
Impunând echilibrul la alunecarea tijei, cu ipoteza lui Brice, vom avea:
- T = τ ad p
unde este:
- T = πd 2 σ s / 4
- p = πdΔl
aceste valori substituite în formula anterioară dau:
- τ ad = σ s d / (4Δl)
unde este:
- σ s este tensiunea de tracțiune din oțel
- d este diametrul tijei.
Prin urmare, cu același efort T, valoarea minimă a lui sol astfel încât tija să nu iasă este:
- Δl min = σ s d / (4τ adamm )
unde τ adamm este stresul de adeziune admisibil care conform DM LL.PP. din 9 ianuarie 1996, pentru armăturile cu nervuri este egal cu:
- τ adamm = 3 τ c0 = 3 (0,4 + (R ck - 15) / 75) (N / mm 2 )
În ceea ce privește NTC 2008, valoarea rezistenței tangențiale a aderenței calculului este raportată la punctul 4.1.2.1.1.4.
Pentru valori mai mici Δl min , tija supusă lui T se desprinde; pierderea de aderență între oțel și beton este indicată cu termenul anglo-saxon slip slip .
Prin urmare, în secțiunile terminale ale tijelor, pentru a evita alunecarea acestora, trebuie adoptate lungimi de ancorare> de Δl min și, în orice caz, dacă nu sunt utilizate cârlige terminale, ancorarea trebuie să fie:
- > 150 mm;
- > 20 d (în mm) [4] .
Există și alte ipoteze în afară de cea a lui Brice, cum ar fi:
- ipoteza Saliger care prezice o tendință parabolică a stresurilor de adeziune
- ipoteza Wastlund care prezice o tendință triunghiulară.
Aceste ipoteze nu modifică substanțial rezultatele numerice obținute cu Brice și, de asemenea, fac calculul mai complex.
În zonele de ancorare a armăturilor se generează un tip de difuzie a sarcinii care este tipic tuturor zonelor de introducere a sarcinilor concentrate, care datorită formei sale este definită în literatură: difuzia sticlei .
De fapt, după aderență, solicitările tangențiale care trec în beton generează solicitări de tracțiune și compresiune principale în conglomerat.
Tensiunile de compresie, care trebuie să echilibreze forța de tracțiune în fier, datorită difuziei sticlei, urmează traiectorii curbate care tind să devină paralele cu bara la o anumită distanță de la capătul secțiunii ancorate, prin urmare, tensiunile de tracțiune apar în beton, care trebuie să fie perpendiculare în fiecare punct pe traiectoriile de compresie, sunt transversale la direcția barei.
Rezultatul acestor solicitări de tracțiune se numește forța de despicare.
Dacă solicitările de tracțiune depășesc rezistența betonului, acestea sunt cauza unor fisuri longitudinale mari (sau fisuri).
Zonele difuzive care sunt generate în zonele de ancorare ale barelor de armare sunt, prin urmare, regiuni D.
Controlul indicelui de aderență se efectuează prin intermediul testului de aderență ( Beam Test ) care se efectuează în conformitate cu cerințele standardului CNR - UNI 10020.
Notă
- ^ Fisurile din beton nu se datorează numai sarcinilor care acționează, adesea fisurile sunt legate de constrângeri precum contracția, sângerarea , coroziunea armăturii, reacția agregatelor alcaline , variațiile termice care determină apariția autotensării tracţiune. Aceste fenomene pot fi reduse, de exemplu, printr-un studiu adecvat al amestecului, o instalare adecvată și o întărire adecvată a turnării.
- ^ f ck = 0,83 R ck
- ^ alin. 4.1.2.2.4.5 din NTC
- ^ punctul 4.1.2.1.8 NTC 2008
