Efectul Fisurarii Asupra Durabilitatii Betonului

Ovidius University Annals of Constructions

Volume 1, Number 2, May 2000

Efectul fisurării asupra durabilităţii betonului Traian ONEŢ,

Zoltan KISS,

Almos BECSKI

Facultatea de Construcţii, Universitatea Tehnică Cluj-Napoca, Cluj-Napoca,3400, România __________________________________________________________________________________________ Abstract Cracks may influence the type and rate of transport of substance into concrete. Cracks are inevitable in concrete structures. However, the cracks width, orientation, extent and type can be controlled through the design, execution and curing phases. Keywords: Concrete, crack type, concrete structure design. __________________________________________________________________________________________ 1. Introducere Fisurile din beton, reprezentând căile disponibile pentru mecanismele de transport respectiv punctele de iniţiere a deteriorării progresive, influenţează considerabil durabilitatea betonului. Nu se pot realiza elemente de beton fără fisuri. Se poate însă micşora numărul şi deschiderea acestora, prin proiectare corectă şi prin adoptarea unei tehnologii adecvate de execuţie. Este cunoscut faptul că elementele din beton armat supuse solicitărilor exterioare (încovoiere, forfecare, întindere, compresiune, torsiune etc.) lucrează cu fisuri (stadiul II de lucru), drept consecinţă a rezistenţei la întindere şi a alungirii limită reduse a betonului. Fisurile în elementele de beton armat pot apărea şi din alte cauze (nefiind obligatorie existenţa acţiunilor) cum ar fi contracţia sau tasarea plastică a betonului proaspăt, reacţiile chimice dintre alcalii şi agregate, efectul ciclurilor de îngheţ-dezgheţ, expansiunea armăturii corodate etc. Fisurile din elementele de beton armat, luând în considerare factorii care le produc, pot fi clasificate în două mari categorii: •

fisuri datorate încărcărilor exterioare (fig.1);

•

fisuri datorate tensiunilor interioare (fig.2).

2. Fisuri datorate încărcărilor exterioare

ISSN-12223-7221

În exploatare, sub acţiunea încărcărilor exterioare, elementele din beton armat prezintă o serie de fisuri în zonele întinse unde alungirea limită a betonului este depăşită. Existenţa fisurilor contribuie la uşurarea pătrunderii substanţelor agresive în masa betonului, ceea ce conduce la coroziunea armăturii.

Fig. 1 Fisuri datorate încărcărilor exterioare Deschiderea, forma şi orientarea fisurilor influenţează considerabil durabilitatea elementelor din beton armat. Cercetările au arătat că influenţa deschiderii fisurilor asupra ratei de coroziune a armăturii este relativ redusă atunci când deschiderea fisurilor nu depăşeşte 0,4 mm. O importanţă majoră

© 2000 Ovidius University Press

280 Efectul fisurării asupra durabilităţii betonului / Ovidius University Annals of Constructions 2, 279-281 (2000)

Aceste tipuri de fisuri nu influenţează capacitatea portantă a betonului şi nu se modifică în timp, totuşi slăbesc construcţia prin faptul că permit pătrunderea apei în masa betonului, apărând astfel pericolul de îngheţ. Ele se formează la câteva ore după turnare, când betonul se găseşte încă în stare plastică. Fisurile datorate contracţiei plastice a betonului înaintea prizei apar cel mai des la plăci şi pot fi asociate cu umezirea (transpiraţia) suprafeţei (particule solide au tendinţa să coboare în amestecul de beton, în timp ce apa migrează la suprafaţă). Totodată, datorită grosimii reduse, uscarea betonului din plăci (evaporarea apei) se produce foarte rapid contribuind la formarea fisurilor. Fisurile care apar în plăci sunt paralele şi orientate aproximativ la 45o în colţurile elementului, iar distanţa dintre ele este de aproximativ un metru. Deschiderea lor este de 2-3 mm şi ele pot traversa plăcile pe toată grosimea, desigur deschiderea lor scăzând foarte rapid în raport cu adâncimea. În câmpul plăcilor se poate forma o reţea de fisuri orientate oricum, cu aspect de mozaic. 4. Fisuri datorate tasării plastice a betonului proaspăt

are însă grosimea şi compactitatea stratului de acoperire cu beton a armăturii. Fig.2 Fisuri datorate tensiunilor interioare Fisurile orientate în lungul armăturii (fisuri de aderenţă) sau fisuri din cauza coroziunii armăturii) sunt mult mai periculoase decât fisurile transversale, deoarece în cazul fisurilor transversale coroziunea este limitată la o suprafaţă redusă şi pericolul de decojire a stratului de acoperire cu beton practic nu există. 3. Fisuri datorate contracţiei plastice a betonului proaspăt

Aceste fisuri se produc, de regulă, în elementele cu înălţime mai mare (de exemplu la turnarea unor grinzi sau stâlpi prefabricaţi). Migrarea apei spre suprafaţa betonului proaspăt provoacă, sub acţiunea forţelor de gravitaţie, o reducere a volumului betonului (tasare). De multe ori această reducere de volum este împiedicată de existenţa unor armături sau de către cofraj. Astfel pot apărea fisuri în dreptul armăturilor aşezate la partea superioară a elementului, sau în dreptul etrierilor la turnarea grinzilor sau a stâlpilor în poziţie orizontală. Dacă armăturile sunt apropiate, datorită tasării betonului, pot apărea fisuri orizontale care produc separarea stratului de acoperire cu beton a rândului superior de armături. Atât fisurile produse de contracţia plastică cât şi cele produse de tasarea plastică a betonului pot fi evitate prin alegerea corespunzătoare a compoziţiei betonului (raport a/c mic), prin evitarea uscării rapide a betonului (umezire ulterioară) în primele ore după punerea în operă, prin revibrarea betonului etc.

T.Oneţ et al. / Ovidius University Annals of Constructions 2, 279-281 (2000)

281

5. Fisuri rezultate din variaţii termice timpurii

6. Fisuri din coroziunea armăturii

La unele construcţii din beton sau beton armat, cum ar fi anvelopa reactoarelor nucleare sau construcţiile inginereşti masive (baraje), este foarte importantă realizarea unor betoane compacte, lipsite de fisuri. Acest lucru, însă, este foarte greu de realizat. Se cunoaşte faptul că la betoanele masive, după turnare, există pericolul apariţiei fisurilor pe suprafaţa betonului. Aceste fisuri se datorează diferenţei de temperatură dintre suprafaţa şi miezul elementului sau contracţiei inegale la uscare după decofrare. Căldura degajată la hidratarea cimentului nu poate fi cedată cu uşurinţă mediului înconjurător. Gradientul de temperatură care se stabileşte între suprafaţă şi miezul betonului creşte cu sporirea temperaturii betonului şi cu scăderea temperaturii aerului exterior. Din această cauză, iau naştere eforturi de autoechilibrare, care sunt de compresiune în miezul elementului şi de întindere în stratul exterior. Eforturile de întindere, dacă depăşesc rezistenţa la întindere a betonului proaspăt, dau naştere la fisuri, distribuite în mod neregulat pe suprafaţa elementului. Aceste fisuri au adâncime de ordinul a câtorva milimetri sau centimetri şi în mod normal se închid atunci când diferenţa de temperatură dispare. Factorii principali care influenţează apariţia fisurilor din cauza diferenţei de temperatură sunt: factori de mediu, intensitatea vântului, temperatura şi umiditatea aerului exterior, intensitatea radiaţiei solare, posibilitatea de de evaporare, factori tehnologici, calitatea cofrajelor, timpul decofrării, modul betonării (continuu sau în rate), dimensiunile elementului de beton sau beton armat, tratarea ulterioară a betonului, compoziţia şi caracteristicile betonului, temperatura betonului la turnare, coeficientul de convecţie termică a suprafeţei betonului, tipul cimentului (căldura de hidratare a cimentului) şi cantitatea de ciment, raportul apă/ciment, cantitatea întârzierilor de priză, existenţa armării disperse a betonului.

În elementele de beton armat coroziunea armăturilor şi formarea ruginii reprezintă un proces de expansiune (rugina are un volum de aproximativ 8 ori mai mare faţă de oţelul iniţial), care dă naştere la eforturi de întindere în lungul armăturii. Coroziunea se produce dacă betonul, prin scăderea valorii pH sub 9 în dreptul armăturii, îşi pierde capacitatea de a o proteja anticoroziv, dacă procesele electrolitice sunt favorizate de mediu (umiditate relativă 70-80 % sau prezenţa apei) şi dacă oxigenul pătrunde până la armături. Fisurile apar atunci când eforturile de întindere depăşesc rezistenţa la întindere a betonului. Dacă coroziunea continuă, fisurile se dezvoltă progresiv până la dislocarea stratului de acoperire cu beton a barelor de oţel. 7. Concluzii Faptul că eforturile de întindere calculate sau deschiderea fisurilor calculate nu ating valorile specificate, nu înseamnă că nu se vor produce fisuri sau cele produse nu vor avea deschidere mai mică decât cele specificate. Verificarea la starea limită de fisurare se va considera ca o metodă convenţională de măsură şi control al fisurării. Stratul de acoperire mărit, dintr-un beton de bună calitate, utilizând armături mai puţine dar de diametru mai mare vor conduce la structuri mai robuste şi mai rezistente împotriva deteriorărilor decât limitând deschiderea fisurilor prin măsurile tradiţionale. 8. Bibliografie [1] * * * Structural Concrete, 1990, Textbook on Behaviour, Design and Performance Updated Knowledge of the CEB/FIP Model Code. [2] Oneţ T., Durabilitatea betonului armat, 1994, Editura tehnică, Bucureşti.