Comportarea si ruperea elementelor din beton armat supuse la oboseala

COMPORTAREA SI RUPEREA ELEMENTELOR DIN BETON ARMAT SUPUSE LA OBOSEALA

Fenomenul de oboseala este produs de încarcarile mobile date de podurile rulante industriale, de convoaiele rutiere si de cale ferata, sau de utilaje ori masini cu amplasament fix. Comportarea elementelor din beton armat sub efectul actiunilor variabile repetate, cu caracter dinamic, este conditionata de evolutia rezistentei materialelor componente si a legaturii dintre beton si armatura. Ruperea se produce casant, la solicitari mai mici decât în cazul încarcarilor statice, ca urmare a fenomenului de oboseala, care cauzeaza o diminuare a rezistentelor si a aderentei.

Rezistenta la oboseala a armaturii, respectiv a betonului, se pot ilustra prin curba lui Wöhler (punctul 2.2.1, fig. 2.13b), construita initial pentru elementele din otel.

Fig. 2.13 Ruperea betonului la oboseala

S-a constatat experimental ca armatura oboseste în betonul armat în aceeasi masura ca si în cazul încercarilor efectuate pe bare izolate. Otelul cu continut ridicat de carbon, barele cu profil periodic si în special cele ecruisate au cele mai mari reduceri de rezistenta la oboseala. Otelul cu palier de curgere (OB37) se comporta cel mai bine la încarcari repetate, dar chiar si în acest caz ruperea se produce casant. Otelul de tip STNB nu se utilizeaza în cazul încarcarilor repetate.

Oboseala betonului, manifestata prin procesul de accelerare a microfisurarii si apoi a fisurarii, conduce la scaderea rezistentei betonului cât si al modulului sau de elasticitate. Acest aspect determina scaderea rigiditatii elementului si cresterea deformatiilor sale. Accentuarea numarului si a deschiderii fisurilor, respectiv cresterea deformatiilor, are loc mai ales în preajma ruperii elementelor supuse la oboseala.

Pentru armatura, cresterea deformatiilor datorita oboselii înseamna sporirea efortului unitar. Fenomenul de oboseala se manifesta deci printr-o oarecare redistribuire a eforturilor între beton si armatura.

Aderenta este influentata de asemenea negativ de încarcarile repetate dinamice. Oboseala betonului, prin degradarea structurii acestuia, poate conduce la scaderea efortului unitar de aderenta si la aparitia unor fisuri înclinate în zona armaturilor.

Comportarea elementelor din beton armat la oboseala este influentata, pe lânga efortul unitar maxim, de numarul n de cicluri repetate si de coeficientul de asimetrie al ciclului, , unde s_min s_max reprezinta eforturile unitare minime, respectiv maxime, produse de actiuni în beton si în armaturi. În consecinta, se disting: coeficientul de asimetrie pentru beton, r_b, respectiv pentru armatura, r_a

Valoarea coeficientului de asimetrie r [-1,1] caracterizeaza ciclurile de încarcare-descarcare prezentate schematic în figura 2.13a:

ciclu oscilant: 0 < r < 1;

ciclu pulsator: r = 0;

ciclu alternant,

nesimetric: -1 < r < 0

simetric: r = -l

Actiunile repetate produc în elementele structurale solicitari variabile în lungul lor, cuprinse între anumite valori maxime si minime.

De exemplu, în cazul.unei grinzi continue, fortele mobile transmise de rotile unui convoi mobil produc momente încovoietoare cu înfasuratoarea având alura din figura 10.1.

Se observa ca în functie de raportul momentelor încovoietoare , în lungul grinzii se întâlnesc mai multe tipuri de cicluri.

Eforturile unitare s_min sunt produse de momentul încovoietor cel mai mic din sectiunea de verificare, iar s_max de momentul încovoietor cel mai mare, în valoare absoluta. De exemplu, pentru determinarea eforturilor s_min se utilizeaza momentele , pozitive sau negative, conform zonelor hasurate ale diagramei de momente din figura 10.1.

Fig. 10.1 Cicluri de solicitare la oboseala la o grinda continua cu convoi mobil

Sectiunile de verificare în lungul grinzii, din punctul de vedere al oboselii, pot sa coincida cu cele în care se face în mod obisnuit verificarea la starea limita de rezistenta (momente maxime în valoare absoluta, în câmpuri si pe reazeme), dar apar în plus sectiuni critice, în care solicitarea este mai defavorabila, si anume alternant-simetrica.

Ciclul alternant simetric este cel mai defavorabil din punctul de vedere al rezistentei elementului din beton armat, deoarece produce amplitudinea  cea mai mare de solicitare; betonul fisureaza concomitent în fibrele opuse ale grinzii, iar în armaturi eforturile unitare variaza între si . În consecinta, rezistenta la compresiune a betonului este minima (pct. 10.2.1); de asemenea, pentru r_a = -1 se produce cea mai mare reducere a rezistentei otelului (anexa 9).

Ruperea elementelor din beton armat sub efectul actiunilor repetate se produce casant, fie în urma oboselii betonului, fie a armaturii, prin:

zdrobirea betonului comprimat, la elementele cu procente mari de armare, solicitate la încovoiere sau în cazul I de compresiune excentrica, la cele din betoane de clasa inferioara si la elementele solicitate în cazul II de compresiune excentrica, indiferent de calitatea betonului si de cantitatea de armatura;

- ruperea armaturii, la elementele cu procente mici sau mijlocii de armare, solicitate la încovoiere sau în cazul I de compresiune excentrica, la elementele întinse si în cazul utilizarii armaturilor cu rezistenta scazuta la oboseala;

distrugerea aderentei dintre beton si armatura, daca nu se asigura prin proiectare si executie alcatuirea corespunzatoare.