Crăparea betonului
Această intrare sau secțiune pe inginerie nu citează sursele necesare sau cele prezente sunt insuficiente. |
Crăparea în beton este un fenomen practic inevitabil și apare sub formă de fisuri vizibile (macro-fisuri) și invizibile (micro-fisuri) cauzate de acțiuni externe statice și dinamice și / sau constrângeri care stresează o structură concretă de-a lungul vieții sale.
Formarea fisurilor în beton reprezintă principalul dezavantaj al acestui material, în special în scopul durabilității acestuia.
Pentru o lungă perioadă de timp, formarea fisurilor în beton a fost considerată dăunătoare, ceea ce a provocat o întârziere în utilizarea betonului armat .
Ulterior s-a realizat că dacă fisurile rămân foarte fine și, prin urmare, sunt evitate leziunile mari, în condiții normale, durabilitatea materialului este protejată în mod adecvat [1] .
Această situație se realizează printr-o distribuție adecvată a armăturii și prin utilizarea unor diametre nu excesive ale tijei.
Mecanism de formare a fisurilor
În cadrul structurilor solicitate, alcătuite din materiale izotrope și omogene , solicitările se deplasează în funcție de traiectorii, numite izostatice, care la fiecare punct se intersectează la 90 ° și tangențele relative coincid cu direcția principalelor solicitări , care sunt cele care de fapt acționează în element - într-o structură flexionată există izostate de tracțiune și compresie. Prin urmare, tensiunile σ și τ sunt doar valori convenționale utilizate pentru a facilita calculul și care apar din presupunerea unui sistem de referință cartesian cu axa x paralelă cu axa solidului De Saint Venant [2] .
Deja în 1927 Emil Mörsch a afirmat că tensiunea de forfecare τ reprezintă o valoare teoretică convențională și nu o tensiune reală. De fapt, dacă se utilizează cercul Mohr , se poate observa că, într-o stare de tensiune plană, prezența numai forfecării corespunde cu două solicitări principale (una de compresie și cealaltă de tracțiune) care, pe lângă faptul că sunt perpendiculare între ele, sunt legate de un sistem coordonat înclinat la 45 ° față de cel standard.
În realitate, materialul diferă de la secțiune la secțiune, astfel încât prima fisură se va declanșa în secțiunea cea mai puțin rezistentă, atât prin depășirea stresului critic normal de fisurare (N cr ) , cât și prin atingerea momentului critic de fisurare (M cr ) . Noile fisuri se vor forma la o anumită distanță de la prima până la o stare de stabilizare în care nu se vor mai forma fisuri noi, dar se pot produce numai creșteri în lățime.
Rezistență și durabilitate
Betonul, ca toate materialele din piatră, are o rezistență mare la compresiune, dar o rezistență la tracțiune foarte mică (de obicei egală cu 1-7 N / mm 2 ).
Prin urmare, atunci când este supus unor acțiuni statice și dinamice externe și / sau constrângeri (atunci când este împiedicat sau altfel împiedicat) [3], astfel încât să inducă tensiuni de tracțiune mai mari decât cele pe care materialul le poate suporta, acest lucru se fisurează.
Odată crăpat, betonul nearmat nu mai poate rezista la tracțiune, îndoire sau solicitări excentrice normale, prin urmare, în construcția structurilor este întotdeauna combinat cu tije de armare . Odată ce elementul este crăpat, adică împărțit în mai multe segmente definite de crăpături, acesta face ca barele de armare să fie tensionate în întregime de tensiunea de tracțiune sau de moment, în cazul unui element flexionat. Tensiunile tangențiale τ, care apar de-a lungul interfeței beton-oțel, se opun deci filetării și reduc o deschidere ulterioară ulterioară.
Prezența armăturilor aranjate în mod adecvat în interiorul conglomeratului de beton, însă, chiar dacă reducerea lățimii macrofisurilor care ar apărea dacă betonul nu ar fi armat, nu poate împiedica formarea lor, ci doar împarte-le în diferite fisuri de lățime mai mică.
Prezența acestor fisuri, deși nu compromite rezistența betonului armat, afectează durabilitatea materialului și, în unele cazuri, îl reduce, expunând barele la aer și declanșând fenomene oxidative în oțel: de fapt, fisurile pătrund în beton prin crăpături.agenți atmosferici agresivi care în timp pot provoca deteriorarea caracteristicilor mecanice ale conglomeratului și, de asemenea, a oțelului de armare.
Prin urmare, chiar și un proiect de amestecare a betonului, studiat cu un raport scăzut apă / ciment pentru a obține un conglomerat dens și, prin urmare, impermeabil la agenții agresivi externi, poate fi anulat prin apariția fisurilor și / sau micro-fisurilor (acestea din urmă nu sunt vizibile) cu ochiul liber) în timpul maturării .
Prin urmare, este esențial să rețineți că în structurile de beton armat fisurarea este inevitabilă, deoarece încercarea de a conține tensiunile de tracțiune în limitele compatibile pentru beton ar implica structuri și armături mult mai masive care ar funcționa cu valori de solicitare extrem de mici decât cei așteptați; de aceea eliminarea completă a leziunilor este practic neeconomică. Un model de fisură care nu este o indicație a unei situații patologice de instabilitate trebuie, prin urmare, considerat nu numai necesar, ci un indicator al nivelului de colaborare structurală dintre beton și oțel.
Acest concept stă la baza teoriei convenționale a betonului armat, în care se face trimitere la ipoteza betonului de întindere nereactiv , ceea ce înseamnă că toate secțiunile au ca rezultat partea lor tensionată complet crăpată până la axa neutră .
Singura modalitate de procedare, dată fiind imposibilitatea eliminării leziunilor funcționale din beton, este limitarea lățimii fisurilor, atât pentru a limita acțiunea agenților agresivi, cât și din motive estetice.
Influența modulului elastic
În plus față de valoarea scăzută a rezistenței la tracțiune, a doua cauză principală care determină o tendință ridicată de fisurare în beton în prezența constrângerilor este valoarea ridicată a modulului Young al lui E, care este responsabil pentru deformabilitatea slabă, în special la nivelul timpul eșecului.fragil.
De fapt, tensiunea de tracțiune indusă de o scurtare egală cu ε complet prevenită, datorită de exemplu contracției , poate fi calculată ca o primă aproximare cu legea lui Hooke:
- σ t = E * ε
din care se poate deduce că cu aceleași contracții tensiunea generată este direct proporțională cu E.
Tipuri particulare de fisuri
- microfisuri ( de asemenea , Craquelé sau foșnet): este o rețea de fisuri subțiri și superficiale și în mod normal , reprezintă doar o problemă estetică. Sunt abia vizibile, cu excepția cazului în care betonul se usucă după ce suprafața a fost udată;
- scalare : apare ca o delaminare a betonului și este cauzată în principal de ciclurile de îngheț / dezgheț;
- ieșire : leziune constând în detașarea superficială a unei porțiuni mici din zona circulară a indicatorilor de beton ai reacției alcaline-agregate ;
- spalling : expulzare locală a capacului de beton datorită fenomenelor precum coroziunea barelor de armare sau atunci când tijele sunt expuse unor excursii termice puternice (incendii).
Remedii
În plus față de remediile clasice, cum ar fi întărirea umedă a turnării, care permite reducerea fisurilor legate de o evaporare rapidă a apei de amestecare, utilizarea unei distribuții adecvate a armăturii și nu a unor diametre excesive ale tijelor; o modalitate de a limita modelul fisurilor este de a introduce fibre de altă natură ( beton armat cu fibre ) în amestec.
Reguli
Acest concept a fost preluat de cele mai avansate reglementări ( Eurocod 2, NTC 2008 etc.) odată cu introducerea stărilor limită de fisurare prin care trebuie verificat dacă fisura trebuie limitată la un nivel care nu afectează corectitudinea funcționarea structurii și pentru a face apariția ei acceptabilă din punct de vedere estetic.
Notă
- ^ alin. 1 F. Leonhardt - E. Monning - Calcul de proiectare și tehnici de construcție vol. 1
- ^ alin. 5.1.3 F. Leonhardt - E. Monning - Calcul de proiectare și tehnici de construcție vol. 1
- ^ De exemplu, contracțiile de origine higrometrică sau termică, dacă sunt contrastate, se transformă de fapt în solicitări de tracțiune
Bibliografie
- Jurnalul Enco - F ca fisuri, dar și ca fibre
- Crăparea termică a betonului armat: soluții posibile - în Clinicadelcalcreto.it
- E. Cosenza, G. Manfredi, M. Pecce (2015) - Structuri din beton armat. Bazele designului, Hoelpi, Milano.
