PIATRA NATURALA

1.1. Consideratii generale

Piatra naturala ca material de constructii a fost folosita din cele mai vechi timpuri, utilizarea ei fiind legata de cele mai multe ori de existenta acesteia in zone apropiate locului unde s-au executat astfel de constructii. Conform datelor existente de-a lungul istoriei, corpurile de argila nearsa (chirpici) se utilizeaza de peste 8000 de ani in constructii, iar piatra cioplita de 5 6000 ani, .

Peretii primelor constructii din zidarie de piatra aveau un caracter masiv, fara goluri, ulterior unele tendinte de umanizare a arhitecturii, la romani si bizantini, au determinat aparitia peretilor cu goluri. Apare necesitatea iluminarii si aerisirii incaperilor ceea ce conduce la practicarea golurilor in pereti, initial avand dimensiuni mici.

Din punct de vedere al sistemului constructiv se disting, inca de la primele constructii, structuri cu ziduri portante si structuri cu schelet de rezistenta. O reducere a masivitatii peretilor se realizeaza prin adoptarea sistemelor constructive cu pereti transversali si longitudinali, cu structura rigida, la care rezemarea planseelor masive din zidarie, pe doua si pe patru laturi, cu structuri din bolti, conduce la o schema statica mai judicioasa.

Piatra naturala prezinta o serie de caracteristici ce ii confera atuurile unui bun material pentru constructii: se gaseste din abundenta, de prezinta sub o mare diversitate de tipuri, durabilitate, rezistente mecanice mari si in special rezistenta la foc, dar nu in ultimul rand, aspectul unor astfel de pietre, toate aceste caracteristici ce ii confera o larga utilizare in industria constructiilor.

Zacaminte de piatra naturala existente si calitatile deosebite ale acesteia ca material de constructii, au dus la dezvoltarea in timp a unei adevarate industrii de extragere si prelucrare a pietrei naturale, la introducerea unor mijloace tehnice perfectionate atat in cariere, cat si in atelierele de prelucrare.

Sursa de piatra naturala o constituie litosfera, care este alcatuita din roci.

Ø   Rocile sunt asociatii naturale de unul sau mai multe minerale predominante, cristalizate, sau amorfe.

In natura se intalnesc foarte rar minerale izolate, deoarece acestea contin aproape totdeauna diverse substante straine dispersate in ele, sub forma de solutie solida, sau de impuritati.

Din punct de vedere al ponderii elementelor chimice in compozitia rocilor, se poate observa ca doar noua elemente chimice din compozitia scoartei terestre reprezinta 96 % din totalitatea elementelor componente (O₂=50%, Si=26%, Al=7,5%, Fe+Ca+Na+Mg+K+H₂=12,5%)_{, de aceea majoritatea rocilor vor avea in compozitia lor mai ales minerale corespunzatoare acestor elemente.}

Ø   Mineralele sunt formatiuni solide, cu o compozitie chimica ce variaza in limite stricte si, in mod obisnuit, cristalizate.

Mineralele se prezinta, in mod obisnuit, sub forma de amestecuri de substante, in care predomina una, fiind definite astfel, din punct de vedere chimic drept "compusi mineralogici".

Peste cele 3000 de specii minerale cunoscute se pot diferentia, clasifica, dupa diverse criterii, dintre care pentru studiul materialelor de constructii, intereseaza:

- compozitia chimica ce diferentiaza mineralele in 9 clase si cu pH-ul bazic, neutru sau acid;

- duritatea constituentilor, unul din primele criterii de diferentiere a mineralelor si foarte important in luarea deciziilor in ceea ce priveste domeniul de utilizare a unei roci, diferentiaza mineralele in 10 clase de duritate naturala - scara Mosh. Un mineral dintr-o clasa zgarie toate mineralele din clasele inferioare.

Caracteristicile fizico-mecanice ale produselor din piatra naturala sunt cele ale rocilor de provenienta. La randul lor toate aceste caracteristici sunt determinate de modul de formare al rocilor (geneza), de structura si textura lor, care formeaza criterii de clasificare a rocilor.

2.1. Roci

Rocile s-au format prin racirea magmei sau prin solidificarea celor existente sub actiunea factorilor externi.

Rocile formeaza in scoarta terestra masive sau corpuri de volume mari ce s-au format prin racirea magmei sau prin modificarea rocilor existente sub actiunea unor factori modificatori externi.

Tabelul 2.1.

2.1.1. Tipuri de roci

Criteriile de clasificare a rocilor sunt diverse: compozitie mineralogica, geneza, caracteristici structurale, fizice.

2.1.1.a. Tipuri de roci clasificate dupa caracteristicile compozitionale

Compozitia mineralogica, este determinata de prezenta mineralelor principale, fapt care diferentiaza rocile dupa:

Ø        pH - acide, intermediare, bazice, ultrabazice;

Ø        indice de culoare - leucocrate deschise la culoare si melanocrate,     inchise la culoare;

Ø        duritate.

2.1.1.b. Tipuri de roci clasificate dupa structura si textura

Ø   Structura defineste marimea, forma si aranjamentul mineralelor sau granulelor dintr-o roca.

Marimea cristalelor determina o structura

Ø      fenocristalina, cristale macroscopice (dimensiuni mai mari de 5 mm);

Ø      microcristalina, marimea cristalelor cuprinsa intre 1 si 5 mm;

Ø      criptocristalina, marimea cristalelor de maxim 1

Deci, dupa gradul de cristalizare al mineralelor rocile pot prezenta structura :

Ø      holocristalina (holos = complet), alcatuite in totalitate din minerale cristalizate (marimea cristalelor depinzand de viteza de racire a magmei si respectiv de conditiile de temperatura si presiune geologice in cazul formarii rocilor metamorfice) iar marimea cristalelor formeaza structuri echigranulare sau grauntoase cu cristale mari de dimensiuni apropiate si structuri inechigranulare sau porfirica - fenocristali inglobati intr-o masa alcatuita din micro sau criptocristali(fig.2.1 a,b);

fig.2.1 a fig.2.1.b holocristalina holocristalina

echigranulara (grauntoasa) inechigranulara (porfirica)

Ø      hipocristalina (hipos = mai putin) alcatuita din minerale cristalizate inglobate intr-o masa minerala sticloasa (amorfa) fiind caracteristica rocilor formate in apropierea scoartei terestre unde viteza de racire a topiturilor a fost relativ mare (fig.2.2).

Ø      vitroasa (hialina), forma din minerale in stare sticloasa (amorfa), structura caracteristica rocilor de suprafata la care viteza mare de racire a topiturilor nu a permis cristalizarea (fig.2.3.).

fig.2.2. hipocristalina    fig.2.3. vitroasa

Marimea granulelor constituente, dintr-o roca determina o structura

Ø      psefitica compusa din granule cu dimensiuni mai mari de 2 mm

Ø      psamitica compusa din granule cu dimensiuni de (0,022) mm

Ø      pelitica compusa din granule cu dimensiuni mai mici de 0,02 mm

Ø   Textura defineste modalitatea de dispunere in spatiu a cristalelor sau granulelor.

Astfel rocile pot fi:

Ø      Roci cu textura masiva sau neorientata cand nu se observa un anume aranjament in spatiu al granulelor. Au minerale sub forma grauntoasa si formeaza roca cu caracteristici similare dupa orice directie (izotropie) );

Ø      Roci cu textura stratificata, cu aranjarea in straturi a granulelor, dar in fiecare strat se regasesc in aceleasi proportii mineralele constituente ceea ce face ca proprietatile sa difere functie de unghiul dintre directia de incercare si aceste straturi, iar roca sa prezinte fenomenul de clivaj (desfacerea in foi - exemplu: unele gresii, mica);

Ø      Roci cu textura sistoasa, formata din straturi, dar cu deosebiri mineralogice intre acestea;

Ø      Roci cu textura vacuolara, ce prezinta goluri de forma neregulata (vacuole).

Tipuri de roci clasificate dupa geneza.

Procesele care au condus la formarea rocilor in scoarta terestra pot fi endogene (magmatism, metamorfism) si exogene (sedimentare, diageneza).

plutonice (abisale, intrusive)

granit, grandiorit,sienit, diorit

hipoabisale( filoniene)

porfir, porfirit

Roci memetamorfice

extrusive(vulcanice)

dacit, trahit, andezit, bazalt, tuf vulcanic   

cuartite, gnaisuri, marmura

detritice neconsolidate

grohotisuri, prundisuri, pietris, nisip, mal

detritice consolidate

breccii, gresii, conglomerate

de precipitatie

gips, calcare, travertin

biogene (organogene)

calcare cochilifere, diatomit

Fig. Geneza rocilor

Magma este un amestec de minerale topite de tipul silicatilor si aluminatilor si in proportii reduse oxizi ai unor metale si alte impuritati.

Ø      Rocile formate din racirea magmei poarta denumirea de roci magmatice.

Magmatismul cuprinde totalitatea proceselor care au condus la consolidarea magmei.

Magma este o masa topita, compusa, in principal din silicati, bogata in substante volatile si formata in scoarta terestra la mare adancime.

Topiturile de silicati, ce iau nastere in vecinatatea scoartei cu mantaua terestra formeaza magmele primare (ce au compozitie bazaltica) si care se pot raci la:

- suprafata, dand nastere la roci vulcanice sau rocile extrusive (dacit, trahit, andezit, bazalt, tuf vulcanic);

in crapaturile din scoarta terestra, la adancimi diferite formand roci hipoabisale sau filoniene (porfir, porfirit);

Din magma primara, prin procese de diferentiere, se separa topituri cu vascozitati ridicate , numite magme secundare ( cu compozitie granitica) ce se racesc lent, la presiuni mari si formeaza rocile plutonice, abisale sau intrusive (granit, grandiorit, sienit, diorit, gabrou)

Rocile magmatice se impart in sase familii, diferentiate prin compozitia chimica si mineralogica (granite, granodiorite, sienite, diorite, gabrouri, periodolite); in cadrul familiilor, rocile se deosebesc prin geneza, proportia mineralelor predominante si structura.

Granitul fiind roca reprezentativa pentru aceasta categorie de roci, acestea mai poarta denumirea de roci granitice si sunt alcatuite din fenocristale de cuart (dioxid de siliciu), feldspati si mica.

Fig.    Structura microscopica a rocilor granitice

Roci inrudite cu granitul sunt: sienitul, dioritul, gabroul si diabazul. Diferenta intre aceste roci este datorata proportiei de cuart ce scade pana la disparitie, locul sau fiind luat de diferiti silicati de fier, calciu, magneziu.

Rocile granitice prezinta rezistenta mare la compresiune (120 - 140 N/mm²) si la uzura, au o buna comportare la inghet-dezghet repetat si sunt stabile din punct de vedere fizico-chimic. Sunt roci dure, iar in spartura se disting usor mineralele componente.

Culoarea rocilor de tip granitic poate fi neagra, cenusie, roz, rosie cu incluziuni albe, cenusii, negre si verzi.

Rezistentele mecanice sunt cu atat mai mari cu cat granulatia structurala vizibila cu ochiul liber este mai fina, iar continutul de cuart este mai mare. Rezistentele mecanice se reduc cand creste continutul de mica din compozitia mineralogica a rocii.

Acest tip de roci se lucreaza foarte greu, se lustruiesc frumos si isi pastreaza lustrul. Se utilizeaza pentru realizarea de monumente, pavaje, borduri, trepte etc.

Roci filoniene - s-au format prin patrunderea magmei in straturile scoartei terestre prin crapaturi produse de miscari tectonice sau de alta natura diferita de cea geologica; racirea producandu-se la adancimi mici, a determinat formarea unei structuri compacte, compusa dintr-un amestec de cristale de diferite dimensiuni: fenocristale, microcristale si criptocristale , remarcandu-se tendinta de dezvoltare a cristalelor pe directia filonului.

Reprezentativ pentru acest tip de roca este porfirul, iar aceste roci mai poarta si denumirea de roci porfirice. Spre deosebire de rocile granitice, la cele porfirice in conditiile aceleiasi structuri holocristaline si a texturii neorientate, se poate observa o masa fina cristalizata de feldspati (microcristale si criptocristale) in care apar cristale de cuart sau de mica .

Structura microscopica a rocilor porfirice

Dupa compozitie, prin analogie cu rocile granitice, porfirul poate fi granitic, sienitic sau dioritic.

Ca si rocile granitice, rocile porfirice prezinta densitate si rezistente mecanice mari, sunt stabile din punct de vedere chimic. Sunt roci dure si se lustruiesc frumos.

Culoarea rocilor de tip porfiric poate fi verde, rosie, albastra, nuanta albastruie sau cenusie.

Avand in vedere caracteristicile fizico-mecanice si chimice, aceste roci pot fi utilizate in constructii pentru realizarea de socluri, monumente, dar nu la pavaje, deoarece prin uzura devine lunecos.

Roci efuzive - s-au format prin racirea magmei la suprafata scoartei terestre; racirea la suprafata avand loc cu viteza mare, va avea drept urmare formarea unei structuri hemicristaline (formata din cristale mici si minerale amorfe), sau chiar numai o structura amorfa.

In functie de conditiile de formare, rocile efuzive se clasifica in:

- roci efuzive compacte;

- roci efuzive poroase.

Rocile efuzive compacte - al caror prototip il reprezinta bazaltul, mai poarta denumirea de roci bazaltice, au structura hemicristalina fin granulata sau compact sticloasa cu aparitii de cristale mari izolate.

Roci inrudite cu bazaltul sunt: andezitul, trahitul, dacitul, fiecare dintre ele cu caracteristici si utilizari specifice.

Bazaltul - se prezinta ca o roca de culoare negricioasa sau neagra. Mineralele principale care il compun sunt: feldspati, oxid de fier, silicati de fier si magneziu etc.

Bazaltul este o roca cu densitate aparenta si rezistenta la compresiune foarte mare (R_c = 300 400 N/mm²)^. Este un material foarte dur, din care cauza se prelucreaza greu. Prezinta stabilitate chimica redusa datorita prezentei in structura a mineralelor amorfe, dar se comporta bine la actiunea intemperiilor (variatii de umiditate, temperaturi extreme etc.). Se intrebuinteaza ca piatra de pavaj, la realizarea monumentelor etc.

Trahitul - este o roca bazaltica de culoare cafenie in diferite nuante. Structura este vitros-poroasa formata din feldspati, cuart, mica etc., dar si cu unele cristale mari izolate. Este o roca dura, rezistenta, se lucreaza greu si nu se lustruieste. Se utilizeaza: pentru realizarea de socluri, trepte de scari etc.

Andezitul - este o roca hemicristalina, ce are in compozitie feldspat si minerale fero-magneziene. Cristalele mari din structura andezitului sunt de feldspati sau magnetit.

Andezitul este o roca cu densitate si rezistente mecanice mari. Este un material dur, care se prelucreaza greu, iar culoarea este cenusie inchisa spre brun. Se utilizeaza in general pentru realizarea pavajelor.

Roci efuzive poroase - sunt roci rezultate fie prin solidificarea magmei la suprafata scoartei terestre in prezenta unei surse de gaz sau vapori de apa (lava, scoria bazaltica, piatra ponce), fie din aglomerarea si cimentarea cenusilor vulcanice spalate de ploi, din depozite supraterane (tufuri vulcanice).

Cenusile vulcanice sunt materiale rezultate prin solidificarea materialului pulverizat in timpul eruptiilor vulcanice si care ca urmare a racirii rapide prezinta structura amorfa.

Structura acestor roci este in general vitroasa si spongioasa, cu caracteristici fizico-mecanice si chimice variabile si utilizari in concordanta cu aceste caracteristici.

Piatra ponce - este un rezultat al formarii zgurii de deasupra magmei in conditiile degajarii de gaze si vapori, avand drept consecinta crearea unei structuri spongioase si foarte usoare. Prezinta rezistenta la compresiune redusa, se lucreaza usor si se comporta bine ca piatra de constructii (material termoizolator).

Lava - este de fapt magma topita, solidificata in timp scurt in prezenta aerului si formand o structura sticloasa. Datorita modului de formare este un material poros, dur si casant si se lucreaza greu.

Tuful vulcanic - este format prin cimentarea cenusilor vulcanice. Este un material cu densitatea aparenta mica si usor de prelucrat, cu bune rezistente la intemperii. Se utilizeaza: pentru realizarea de inlocuitori de caramida, agregate concasate pentru betoane etc.

Ø      Rocile sedimentare s-au format prin actiunea unor factori distructivi chimici, fizici si biologici asupra rocilor preexistente.

Aceste roci s-au format in natura fie prin depunere de sfaramaturi din alte roci preexistente, fie prin cristalizari si precipitari din solutii, fie prin acumulari de resturi organice. Primele se numesc si roci detritice (detritus= gramada de sfaramaturi) si se formeaza astfel : - in regiunea muntoasa, diferentele de temperatura sant mari nu numai intre anotimpuri, dar chiar in decurs de 24 ore : in plin soare, temperatura pe stanca se apropie de 50 ⁰C, iar la miezul noptii coboara sub 10 ⁰ C. Aceste variatii de temperatura produc in roca eforturi mari.

Ø     Diferentele de temperatura nu se transmit instantaneu in toata masa materialului, deci dilatarea termica nu este uniforma, straturile superficiale dilatandu-se si contractandu-se mai mult decat partea interioara a rocii.

Ø      Componentii mineralogici ai rocii au coeficienti de dilatare diferiti, asa ca mai ales in rocile cu fenocristale, acestea se vor dilata diferit. Cand eforturile interioare depasesc coeziunea materialului, roca se fisureaza. Prin fisuri patrunde apoi apa din precipitatii, si cand ingheata, din cauza maririi de volum ce se produce, se nasc in roca actiuni expansive atat de puternice, incit partile fisurate se desprind si cad la baza peretilor stancosi, formand depozite de .granule colturoase numite grohotisuri.

Prin actiunea apelor rezultate din topirea zapezilor si din ploi, aceste depuneri sunt luate si duse in aval prin rostogolire, granulele se freaca intre ele si din granule colturoase se transforma in granule rotunjite. Prin reducerea vitezei granulele se depun treptat, mai intai cele mari si apoi granulele din ce in ce mai mici. Primele, formeaza depozitele numite prundisuri, caracterizate prin forma rotunjita a granulelor. Granulele mai mici de 7 mm formeaza depozitele numite nisipuri, iar acelea sub 0,05 mm formeaza malurile. Granulele foarte mici de nisip (sub 1 mm) ,avand masa redusa, sunt purtate de ape in suspensie, evitandu-se astfel rostogolirea, si deci pastrand forma colturoasa. In aceste conditii nisipul se prezinta aspru la pipait, conditie obligatorie pentru nisipurile necesare mortarelor si betoanelor. Granulele mai mici de 0,05 mm pot fi transportate si de vant, iar depozitele formate 'prin depunerea granulelor aduse de vant se numesc prafuri.

Toate depozitele enumerate (grohotisuri, prundisuri si nisipuri sant formate din    gramezi de granule nelegate intre ele; Astfel, aceste depozite se numesc roci sedimentare necimentate.

Prin golurile acestor depozite pot patrunde si apele cu diverse substante dizolvate sau in suspensie ce pot precipita in goluri si sa cimenteze.

Aceste cimenturi pot fi generate de:

Ø      bioxidul de siliciu aflat in apa in dispersie coloida care genereaza cimentul cel mai rezistent;

Ø      carbonatul de calciu care se gaseste dizolvat in apa sub forma de carbonat acid de calciu (bicarbonat de calciu) si care se descompune rezultand bioxid de carbon si carbonat de calciu. Rezulta un ciment mai slab .

Ø      Tot cimenturi mai slabe dau argilele si substantele bituminoase.

Prin actiunea acestor substante, din rocile sedimentare necimentate iau nastere roci sedimentare cimentate. Astfel, din grohotisuri se formeaza breciile caracterizate prin forma colturoasa a granulelor cimentate , din prundisuri se formeaza conglomerate caracterizate prin forma rotunjita a granulelor cimentate, iar din nisipuri se formeaza gresiile, cele mai rezistente gresii fiind acelea cimentate cu bioxid de siliciu, deci gresiile silicioase. Din maluri si prafuri prin cimentare cu ciment calcaros ia nastere roca poroasa numita loess.

breccie conglomerat

structura rocilor detritice consolidate

Rocile formate prin cristalizari si precipitari din solutii se numesc roci de precipitatie. Cele mai importante roci de acest fel din punct de vedere al industriei materialelor de constructie sant ghipsul si calcarul. Ghipsul se formeaza prin cristalizare din bazine marine izolate, care se concentreaza prin evaporarea naturala a apei. De la un anumit grad de concentrare al apei marine, cand continutul in clorura de sodiu a depasit o anumita limita, in loc sa cristalizeze gipsul (sulfat de calciu dihidratat), cristalizeaza anhidritul (sulfat de calciu anhidru). Gipsul se foloseste ca material de baza in industria liantilor.

Calcarele de precipitatie se formeaza din solutiile naturale de carbonat acid de calciu, care se descompune in carbonat de calciu foarte greu solubil si bioxid de carbon :

Ca (HCO₃ )₂ ↔ CaCo₃ ↓ +CO₂ ↑ +H₂ O

Procesul este reversibil si din ecuatia data se deduce ca reactia se va desfasura de la stanga la dreapta atunci cand presiunea partiala a bioxidului carbon deasupra solutiei scade si permite degajarea gazului din solutie.

Cele mai multe calcare sunt formate din calciu. Dupa modul de formare si vechimea lor in zacamant, calcarele pot avea diferite grade de compactitate, incepand de la calcarul compact si terminand cu tuful calcaros, de formatie noua si cu porozitate foarte mare.

0 pozitie intermediara este reprezentata de roca numita travertin, formata prin precipitarea carbonatului de calciu peste diverse vegetale (alge, muschi, plante), care dispar prin putrezire si lasa o roca bogata in vacuole. Travertinul se poale taia usor in placi si se polizeaza frumos, fiind mult intrebuintat ca material pentru placarea exterioara a constructiilor.

Rocile formate din acumulari de resturi organice se numesc roci organogene. Cele mai importante roci organogene sant calcarele organogene si unele roci silicioase. Calcarele organogene sant formate din cochilii calcaroase cimentate intre ele si se numesc calcare cochilifere. In general, aceste calcare sant poroase din cauza unei cimentari necomplete, densitatea lor aparenta fiind cu aproximativ 25% mai mica decat a unui calcar compact. Dintre rocile formate din resturi silicioase de microorganisme, mai importante sunt diatomitul si tripoli, care au fost descrise in. Rocile sedimentare necimentate si cimentate se caracterizeaza prin textura stratificata.

Ø      Rocile metamorfice s-au format din rocile existente ca urmare a modificarii conditiilor de temperatura sau presiune si a miscarilor tectonice (cuartite, gnaisuri, marmure).

Daca unul din tipurile de roci enumerate sufera in scoarta actiunea unor presiuni mari, datorita cutarii straturilor, sau a incalzirii la temperaturi ridicate, sau din cauza trecerii unui curent de magma prin apropierea lor, ele isi schimba foarte mult fie structura si textura, fie compozitia chimica, dand astfel nastere la roci noi, numite roci metamorfice. Metamorfozarile pot fi produse si pe cale chimica prin actiunea gazelor fierbinti, a vaporilor sau solutiilor asupra diferitelor roci sensibile la asemenea actiuni. Acesti factori actioneaza simultan (mai ales presiunea si temperatura), avand ca urmare transformarea compozitiei si formei cristalelor si provocand aranjarea lor dupa anumite directii orientate in straturi, fiecare strat fiind format dintr-un anumit fel de minerale.

Se formeaza astfel o textura sistoasa, caracteristica rocilor metamorfice. Cele mai importante transformari, care la roci folosite in constructii sant urnitoare

Din rocile eruptive iau nastere gneisurile si micasisturile. Gneisurile sunt roci dure, avand cam aceeasi compozitie mineralogica ca si rocile granitice, insa cu structura sistoasa. Micasisturile se caracterizeaza prin faptul ca au straturi de cristale de mica printre straturile formate din ceilalti componenti mineralogici. Aceasta textura este un neajuns pentru rezistentele mecanice ale rocii, ea prezentand un plan de rezistenta redusa dea lungul straturilor de mica.

Din gresiile silicioase se formeaza rocile dure numite cuartite, din cauza transformarii cimentului silicios din amorf in cristalin si deci a generalizarii structurii cristaline in toata masa rocii.

Calcarele supuse la presiuni mari se transforma intr-o roca compacta si frumos cristalizata, numita marmura. (De multe ori in tehnica, denumirea de marmura se da oricarei roci care se poate lustrui, ceea ce este gresit; prin marmura, trebuie sa se inteleaga numai calcare metamorfozate, compacte si cristalizate).

Argila se metamorfozeaza in ardezie, roca ce se poate desface usor in placi, folosite ca material pentru invelitori.

In concluzie, rocile metamorfice se caracterizeaza prin modul de formare si prin sistozitate.

CARACTERISTICILE FIZICO-MECANICE ALE PIETREI NATURALE DE CONSTRUCTIE

Pentru folosirea in constructii a pietrelor naturale este necesara cunoasterea comportarii lor fata de actiunile agentilor fizici si chimici, respectiv agentii atmosferici, umezeala, inghet dezghet, solicitarile mecanice.

Astfel, asupra pietrei pentru constructii se fac o serie de incercari si determinari de santier si de laborator.

Din examinarea pietrei, cu ochiul liber, cu lupa sau cu microscopul se poate constata daca piatra este omogena, daca n-are fisuri sau intruziuni de materii straine care ar face-o improprie folosirii.

Din examinarea sparturii rezulta concluzii privind prelucrarea si folosirea:

daca spartura este plana, piatra se va prelucra usor in blocuri cu fete plane;

daca spartura este convexa sau concava, piatra se va prelucra greu in forme regulate. Spartura foioasa sau aschioasa cere o prelucrare atenta, fara smucituri.

Spartura cristalina sau zaharoida, arata ca piatra va primi un lustru frumos prin slefuire.

O preocupare importanta trebuie sa fie studiul stratificatiei, stiind ca de regula, piatra trebuie pusa in opera in aceeasi pozitie in care se gaseste in cariera.

Densitatea poate constitui un indice de calitate, deoarece obisnuit exista un raport intre cresterea densitatii pietrei si cresterea rezistentei mecanice.

Densitatea aparenta poate fi importanta in calculul greutatii constructiei; ea este importanta de asemenea la alegerea componentelor betoanelor. Din punct de vedere al densitatii aparente se deosebesc roci foarte usoare ( cu ρ_a ≤ 1200 kg/m³ ), usoare, semigrele, grele, foarte grele (ρ_a ≥3000 kg/m³ )

Compactitatea pietrelor naturale si direct legata de aceasta, porozitatea lor sant importante deoarece constituie un indice asupra comportarii probabile a materialului la inghet si dezghet repetat.

Normele prevad pentru utilizarea curenta a pietrei la lucrari executate la suprafata solului o compacitate de minimum 85%, dar cel putin 95% pentru lucrari in fundatii sau in mediu umed.

Capacitatea de absorbtia apei, cantitatea de apa absorbita de o piatra atunci cand ea este imersata in apa, este important de cunoscut caci permite aprecierea pericolului de inghet ca si a aceluia de umiditate a constructiilor.

Pentru pietrele naturale de constructii, capacitatea de absorbtie apei se determina in trei situatii: la presiune normala, prin fierbere si la presiune inalta.

- Capacitatea de absorbtie a apei la presiune normala se determina cantarind cuburi din piatra de incercat, dupa ce au fost incalzite la 105 110C pana ce au ajuns la masa constanta; apoi se cufunda in apa pana la 1/4 din inaltime, dupa o ora pana la 1/2 din inaltime, dupa alta ora pana la 3/4 si in sfarsit se cufunda in intregime.

Se fac cantariri repetate pana cand masa ramane constanta, oricat se prelungeste imersiunea. Diferenta dintre cele doua cantariri da cantitatea de apa absorbita care este raportata la volumul cuburilor de proba.

-Capacitatea de absorbtie a apei prin fierbere se determina fierband in apa distilata timp de doua ore probele de material. Absorbtia de apa este determinata prin compararea maselor probelor dupa uscare la 110C, pana la masa care precede fierberea in apa, si cea determinata dupa fierbere.

Daca in timpul fierberii probele se avariaza, materialul se considera necorespunzator.

- Capacitatea de absorbtie a apei sub presiune inalta se determina astfel: dupa cintarirea probelor ajunse la masa constanta la 105110C, acestea sant introduse in apa distilata sub clopotul unei masini pneumatice. La scaderea presiunii aerului, aerul din porii pietrei se ridica sub forma de bule prin apa distilata.

Dupa ce iesirea aerului s-a terminat, se scoate clopotul masinii pneumatice si se lasa probele in apa inca 2 ore la presiune normala, apoi se introduc, cu vas cu tot, fara a fi scoase din apa, intr-un recipient adaptat la o presa hidraulica, unde se tin sub presiune de 150 atm timp de 24 ore. Prin cantarire se determina cantitatea de apa absorbita.

Raportul dintre absorbtia la presiune normala si absorbtia la 150 atm se numeste coeficient de saturatie.

Pentru piatra folosita la zidarie neexpusa la inghet este suficienta prima proba.

Pentru pietrele folosite la exterior, se cere proba absorbtiei prin fierbere, iar pentru lucrari importante este de dorit si a treia proba.

Din punct de vedere al capacitatii de absorbtie a apei sunt : roci foarte putin absorbante (sub 0,5 %), putin absorbante , absorbante, foarte absorbante.

Cedarea apei se determina prin tinerea probelor dupa ce au fost saturate cu apa, intr-un exicator cu acid sulfuric si cantarirea lor repetata pana ce ajung la masa constanta. Se afla astfel cantitatea de apa cedata, care se exprima prin procente de greutate raportata la greutatea cuburilor uscate.

Proba cedarii apei indica modul in care se va comporta constructia: daca va fi sau nu uscata si sanatoasa ( piatra care cedeaza greu apa trebuie evitata).

Higroscopicitatea este proprietatea pietrei de a absorbi apa prin capilaritate (nu prin submersiune). Coeficientul de higroscopicitate se determina tinand un cub cu latura de 5 cm, uscat in prealabil la 105 110C, cu baza cufundata in apa cu 5 mm, timp de 24 ore. Diferenta intre masa initiala si cea constatata dupa 24 ore, impartita la 25 (25 cm² = sec-tiunea probei) si la 24 (24 ore = timpul necesar absorbtiei) da coeficientul de higroscopicitate.

Coeficientul de higroscopicitate arata daca exista sau nu pericol de igrasie in cladirile construite cu piatra studiata.

Permeabilitatea este determinata de un coeficient ce arata cantitatea de apa ce poate trece prin porii pietrei, in timp de o ora, pe unitatea de suprafata. Pentru determinare se trece apa printr-un cub de piatra cu la-tura de 7 cm saturat cu apa pana la masa constanta. Apa este adusa dintr-un rezervor printr-un tub de sticla fixat pe suprafata pietrei cu un mastic impermeabil. Se masoara cantitatea de apa scursa prin tub la

intervale date si se raporteaza la timpul trecut de la inceperea probei.

Cunoasterea permeabilitatii pietrei este importanta in constructia zidariei subsolurilor, a barajelor, a zidurilor de sprijin etc.

Gelivitatea este caracteristica pietrei de a se avaria cand este supusa inghetului si dezghetului repetat, sau chiar de a prezenta dupa inghet, fara avariere aparenta, scaderi sensibile (peste 15%) in rezistenta la compresiune. Piatra geliva nu poate fi folosita in constructii.

Determinarea se face asupra unor cuburi cu latura de 5 cm imbibate sau nu initial cu apa, dupa conditiile in care piatra se va gasi in constructie. Cuburile se supun la un numar determinat (intre 25 si 200) de cicluri de cate 4 ore inghet la aer, la minus 15 20C si dezghet in apa la plus 15 20C. Dupa numarul prevazut de cicluri, se cerceteaza cu lupa daca nu s-au produs fisuri sau alterari. In caz negativ cuburile se supun si la proba de compresiune pentru verificarea rezistentei.

0 proba rapida se poate face prin racirea corpurilor de proba timp de circa o ora la -70C si aruncarea lor in apa calda la +40C. Astfel proba dureaza numai 75 minute.

0 proba mai simpla se poate face prin cufundarea repetata a cuburilor de proba intr-o solutie fierbinte de sulfat de sodiu si cercetarea pietrei dupa racirea si cristalizarea sulfatului de sodiu. Uneori acest procedeu face insa sa treaca drept gelive si pietre sanatoase.

Pentru prevenirea riscurilor gelivitatii, unele recomandari prevad folosirea pietrei de constructii numai dupa ce timp de o iarna a stat depozitata in aer liber, asezata rasturnat fata de pozitia avuta in cariera.

Aceasta recomandare are in vedere doua obiective:

Ø      in primul rand, prin expunerea timp de o iarna a pietrei la inghet da prilej blocurilor care prezinta fisuri sau zone gelive, sa se degradeze; in acest fel se elimina riscul de a se prelucra asemenea pietre care s-ar distruge mai tarziu, dupa punerea in opera;

Ø      in al doilea rand, se lasa timp apei de cariera sa se evapore. Apa de cariera este umezeala naturala a pietrei din zacamant.

S-a constatat ca unele pietre naturale puse in opera imediat dupa extragerea din cariere se dovedesc mai tarziu gelive, in timp ce aceleasi pietre, daca au fost lasate sa se usuce pe deplin inainte de prelucrare punerea in opera, dovedesc o buna rezistenta la inghet.

Explicatia acestui fenomen consta in aceea ca apa de cariera contine solutie de saruri minerale care odata cu evaporarea ei astupa porii pietrei, impermeabilizand-o.

Daca piatra este pusa in opera inainte de desavarsirea acestui proces, exista riscul ca apa de cariera, impreuna cu sarurile pe care le contine, sa difuzeze in mortarul de zidarie, lasand astfel porii pietrei deschisi si expusi actiunii inghetului.

Rezistenta la actiunea gazelor de fum se determina prin supunerea placilor de piatra, intr-o atmosfera umeda, la actiunea succesiva a unor curenti de C02 si de S02, apreciindu-se apoi alterarile survenite dupa un interval de timp dat.

Incercarea aceasta este importanta mai ales pentru piatra folosita in placarea fatadelor cladirilor centrelor importante industriale, a caror atmosfera are un bogat continut de bioxid de carbon, bioxid si trioxid de sulf. De asemenea, ea este importanta pentru piatra folosita in finisarea cladirilor si peroanelor garilor situate pe trasee in care tractiunea cu abur joaca un rol important.

Foarte importanta este determinarea rezistentei la compresiune. Ea se face pe cuburi cu latura de 5 cm, uscate la 105 110C, ce se supun comprimarii intr-o presa de laborator, pana la rupere.

Se constata ca daca probele au fost intai saturate cu apa la presiune normala, rezistenta lor este mai scazuta, cu un coeficient de inmuiere specific fiecarei pietre.

De asemenea, la probele de piatra supuse la inghet si dezghet se constata scaderea rezistentei cu un coeficient de gelivitate.

Coeficientii de inmuiere si de gelivitate trebuie sa fie sub 15%.

Rezistenta la soc se determina facand sa cada, de la diverse inaltimi, un ciocan - ciocan Feopll - de 50 daN asupra cuburilor de piatra, si determinandu-se lucrul mecanic necesar pentru spargerea acestora.

Determinarea rezistentei la soc este importanta pentru pietrele ce vor ii folosite la executarea scarilor, soclurilor, ancadramentelor de usi si in general a tuturor elementelor ce ar putea fi expuse loviturilor.

Rocile pot fi :roci foarte putin rezistente (sub 1N.cm/cm³ ), putin rezistente , mediocre, rezistente, foarte rezistente (peste 10N.cm/cm³ )

Rezistenta la uzura se determina prin slefuirea unui cub de proba, la un numar dat de ture ale masinii cu care se face determinarea . Se exprima prin pierderea procentuala a greutatii dupa slefuire.

Pot fi : roci cu rezistenta la uzura foarte mica (sub 0,05 g/cm ² ), cu uzura mica, mijlocie, uzura mare, uzura foarte mare(peste 0,4 g/cm² )

Determinarea rezistentei la uzura este importanta pentru pietrele folosite la pardoseli, scari si pavaje. In aceeasi pardoseala sau pavaj nu se pot asocia pietre cu coeficient de uzura foarte diferit, intrucat se vor produce in timp denivelari, unele pietre uzandu-se mai mult decat celelalte. De asemenea, pardoselile din pietre cu coeficienti de uzura diferiti nu se pot lustrui bine intrucat pietrele dure cer alt abraziv si alta viteza de frecare decat cele moi.

Coeficientul de calitate (uzura Deval) - roci slabe (coeficient de calitate sub 7), mediocre, acceptabile, bune, foarte bune,excelente (coeficient de calitate mai mare de 15).

Pentru pietris, piatra sparta, nisip intervin determinari cu caracter specific acestor materiale.

Nu este necesar intotdeauna sa se faca toata seria de determinari prezentate mai sus.

In general, caracteristicile pietrelor din diverse cariere in curs de exploatare sant cunoscute si studii aprofundate se fac numai la punerea in exploatare a unor zacaminte noi sau la folosirea unor pietre de provenienta incerta.

Mai concludenta decat multe probe de laborator este cercetarea zacamantului in cariera, cercetarea constructiilor vechi unde s-a folosit piatra respectiva si chiar a pietrelor de cimitir, care pe langa faptul ca au stat expuse tuturor intemperiilor au si avantajul de a purta o data certa.

Dupa cum rezulta din diversele incercari, pietrele naturale de constructie au rezistente la compresiune mari, variind intre 4000 daN/cm² pentru unele roci eruptive si 800 900 daN/cm² pentru unele roci sedimentare.

Continutul in minerale dure (duritate Mohs mai mare de 5,5) si rezistenta la compresiune - roci foarte moi, moi, duritate mijlocie, foarte dure.

Tipuri de roci folosite in constructii:

Pentru industria constructiilor si a materialelor de constructii intereseaza in mod deosebit urmatoarele tipuri de roci:

Granite - roci plutonice, familia granite; acide (SiO₂ 65 %); minerale esentiale: cuart, ortoza, albit, oliglaz; leucocrate, structura holocristalina, grauntoasa; textura masiva; rezistenta mare la compresiune; compacte; principalele cariere: Iacobdeal, Meri, Urvis, Greci. Macin, Turcoaia; domenii de folosire: placari, zidarii, pavaje, agregate.

Dacite - roci hipoabisale, familia granodiorite; acide; minerale esentiale: cuart, ortoza, albit, plagiglasi; leucocrate; structura porfirica; textura masiva; rezistente mecanic; principalele cariere din tara: Poieni, Poiana Ilvei, Valea Draganului; domenii de folosire: pavaje, agregate.

Andezite - roci hipoabisale; familia diorite; intermediare; minerale esentiale: ortoza, albit, oliglas, andezim; leucocrate; structura porfirica; textura compacta; rezistente mecanic; principalele cariere: Chileni-Suseni, Melnas, Bicsad, Pietroasa, Deva, Poiana Negri, Vlahita; domenii de folosire:placaje, agregate.

Bazalt - roca vulcanica; bazica (SiO₂ = 48 52 %); minerale esentiale: anortit, piroxeni, amfiboli, olivina; melanocrate; structura porfirica; textura compacta slab vacuolara; rezistenta mare la uzura; porozitate redusa; principalele cariere: Lucavat, Racos; domenii de utilizare: pavaje, zidarii la poduri, agregate.

Tuf vulcanic - roci vulcanice; bazice; minerale esentiale: ortoza, albit, plagioclasi; melanocrate; structura specifica; textura compacta; usoare, poroase, absorbante; principalele cariere: Deva, Cepari, Dej, Marsid, Tociloasa; domenii de folosire: zidarii, agregate usoare, materiale izolatoare, materii prime pentru tras, zeoliti.

Gresii - roci sedimentare de origine mecanica; culoare diversa in functie de mineralele continute; structura psemitica; textura masiva; rezistente mecanic; principalele cariere: Alba, Geoagiu, Pojorata, Soveja, Tarcau, Urvis de Beius; domenii de folosire: zidarii, placaje, pardoseli, agregate.

Calcare - roci sedimentare de precipitatii; minerale esentiale: calcita; culoare diferita functie de mineralele asociate; structura criptocristalina; textura compacta; cu zone vacuolare; caracteristici fizico-mecanice variate; principalele cariere: Caprioara, Carpinis, Geoagiu, Moneasa, Pojorata, Vascau; domenii de folosire: zidarii, placaje, agregate, fabricarea varului si cimentului.

Gips - roci sedimentare de precipitatie; minerale esentiale: gips; culoare gri-galbui; structura holocristalina; textura compacta; principalele cariere: Aghiresti, Cuzlau, Sincaieni, Pucioasa; domenii de folosire: materii prime la fabricarea liantilor pe baza de gips - ipsos, anhidrit etc., adaos pentru reglarea prizei la cimenturi.

Travertin - roci sedimentare de precipitatie; culoare alb-cenusiu, brun; principalele minerale: calcit, cuart; textura vacuolara; structura microcristalina; principalele cariere: Borsec, Carpinis, Geoagiu; domenii de folosire: placaje, pardoseli.

Marmura - roci metamorfice; principalele minerale: calcit si in proportii reduse, muscovit, cuart, pirita, hematita; culoare diversa functie de natura impuritatilor: alb, gri, roz, rosu, verde, negru; structura criptocristalina; textura compacta; rezistente mecanic, porozitate redusa, rezistente la gelivitate si uzura; principalele cariere: Alun, Caprioara, Moneasa, Ruschita, Varatec, Gura-Vaii; domenii de folosire: placari exterioare si interioare, pardoseli, mozaicuri, lucrari de arta.

Cuartit - roca metamorfica; minerale esentiale: cuart, muscovit, biotit; structura granoblastica; textura masiva; dure, rezistenta medie la compresiune, foarte rezistente la uzura; principalele cariere: Aghiresti, Greci, Macin, Nadrag, Urvis; domenii de folosire: placi antiacide, materii prime la fabricarea produselor refractare.

Ardezie - roca metamorfica; culoare neagra; textura sistoasa; absorbtie mica, rezistente la gelivitate; domenii de folosire: sub forma de placi subtiri - 1,5 mm, impermeabile, stabile la apa; principalele cariere: Greci, Cerna-Dobrogea.

Produse de piatra pentru constructii

Produsele din piatra naturala rezulta prin extragerea rocilor din cariere sau din balastiere.

Produsele de cariera se obtin prin sapare cu ajutorul explozivilor, cand nu se pun probleme de marime si microfisurare a blocurilor si prin taiere pentru obtinerea blocurilor mari nefisurate; produsele astfel obtinute se pot folosi ca material nefinisat sau pot suferi transformari (dimensiuni, forma, aspect).

Produsele de balastiera se obtin prin sapare mecanica din zacaminte, spalarea si sortarea materialelor, rezultand produse granulare.

Pietre naturale pentru constructii

Pietre neprelucrate

ØPietrele neprelucrate sunt bucati de roca folosite la forma si dimensiunile in care au rezultat din dislocarile cu explozivi sau cu foarte putine modificari (indepartarea muchiilor, a proeminentelor etc.).

Piatra bruta - bucati de forma neregulata, cu dimensiunile aproximativ egale, folosite la fundatii, ziduri de sprijin.

piatra bruta

Piatra pentru anrocamente - bucati cu masa cel putin 100 kg, folosite la protectia malurilor si fundatiilor canalelor de scurgere a apelor.

Lespezi - placi folosite pentru pereuri, trotuare si pardoseli.

Protectia malurilor cu anrocamente si pereuri

Pietre prelucrate

Pietrele prelucrate sunt bucati de roca ce au fost supuse unor operatii de fasonare dupa extragere din cariera si inainte de a fi puse in opera.

Fata vazuta a pietrelor prelucrate poate fi finisata in urmatoarele moduri:

Ø      Finisare dreapta; fata vazuta este realizata intr-un singur plan, putand avea de jur imprejur un chenar lucrat altfel decat campul .

Finisare dreapta si in bosaj

Ø      Finisare in bosaj; fata vazuta este realizata intr-un singur chenar, care este in planul fatadei (chenar = margine de 2 4 cm).

Ø      Finisare din gros; campul lucrat cu ciocanul, rezultand creste si adancituri.

Ø      Finisare spituita; finisare cu spitul, rezultand adancituri in planul fetei.

Ø      Finisare buceardata; campul lucrat cu bucearda (ciocan cu crestaturi) rezultand o fata cu adancituri mici.

Ø      Finisare pieptanata; realizarea unor santuri paralele cu ajutorul pieptenului (unealta din otel cu mai multi dinti).

Ø     

bucearda

Finisare similata; fete cu santuri scurte, indreptate in directii diferite, realizate cu gradina (pieptene cu un singur dinte).

Ø      Finisare vermiculata; camp lucrat cu spitul in santuri continue neregulate.

Ø      Finisare prin sablare; prelucrarea suprafetelor cu un jet de nisip, rezultand fete cu mici adancituri.

Instrumente pentru prelucrat fata vazuta a pietrei:

a.- spit: b - dalta; c - gradina; d - ratascheta

Ø      Finisare frecata; finisare in camp drept cu denivelari mai mici de 1 mm.

Ø      Finisare slefuita; fete netede cu denuvelari mai mici de 0,5 mm.

Ø      Finisare lustruita; fete cu luciu tip oglinda.

Principalele tipuri de pietre prelucrate sunt:

A.     Pietre pentru zidarii

sectiune

Moloane - blocuri din piatra cu o fata vazuta, prelucrata, iar fetele laterale cioplite sau lucrate in echer pe adancimi de 3 7 cm, avand coada cel putin egala cu inaltimea fetei vazute (coada este dimensiunea perpendiculara pe fata vazuta). Dupa gradul de prelucrare a fetei vazute, molonul poate fi: brut (fata vazuta prelucrata cu ciocanul), cu fete indreptate (fata vazuta prezinta denivelari de maximum 1 cm), regulat sau neregulat (fata vazuta este un poligon regulat - patrat, dreptunghi, hexagon etc. - sau neregulat .

Zidarii din moloane

Din moloane se realizeaza zidarii cu o fata vazuta, coada molonului fiind inglobata in beton.

Boltar; bucati folosite la realizarea boltilor avand forma acestora si putand fi: boltar cheie, contracheie, de nastere .

Tipuri de boltari

Piatra de talie; bucati de forma regulata avand cel putin patru fete prelucrate si din care se realizeaza zidarii cu doua fete vazute .

Zidarii din piatra de talie

B.  Pietre pentru pardoseli

Dale din piatra; placi de grosime mai mare de 3 cm si laturile mai mari de 40 cm, cu fata vazuta prelucrata si de forma poligonala cu laturile inegale.

Placi din piatra; placi de grosimi mici si cu fata vazuta de forma poligonala cu laturile egale.

Piatra de mozaic; granule poliedrice, rezultate din prelucrarea rocilor dure, folosite la realizarea mozaicurilor decorative interioare sau exterioare.

C. Pietre folosite la placaje

Placi din piatra: placi de mica grosime cu fata vazuta finisata prin slefuire sau lustruire si fetele adiacente acesteia prelucrate in echer pentru realizarea rosturilor inchise; fata nevazuta se prelucreaza cu rugozitati pentru o mai buna aderenta la stratul suport.

D. Pietre prelucrate pentru pavaje

Sunt bucati de forma regulata, destinate imbracamintilor, ancadramentelor si delimitarii cailor rutiere.

Calap; pietre de forma cubica cu laturile de 9 cm sau prisme cu dimensiunile 7 x 7 x 9 cm .

Pavele; bucati de forma prismatica, cu denumiri specifice (fig. 2.9):

- pavele normale: tip dobrogean (18 x 12 x 13 cm) si

tip transilvanean (17 x 17 x 13 cm);

- pavele abnormale, cu dimensiuni ce variaza in urmatoarele limite: (12 16) x (8 11) x (10 13) cm.

pavje rutiere

Butise pentru pavaje; pavele folosite la marginea imbracamintilor rutiere, avand lungimea de 1,5 ori cu cea a pavelei utilizate in restul lucrarii si cu rolul de a realiza decalarea rosturilor.

Borduri din piatra; blocuri din piatra cioplita care servesc la incadrarea partii carosabile sau a trotuarelor.

AGREGATE NATURALE

ØAgregatele naturale sunt materiale granulare, rezultate din sfaramarea naturala sau artificiala a rocilor, folosite ca materiale in vrac (pentru izolari termice, ruperi de capilaritate, fundatii (etc.) sau aglomerate in materiale compozite (mortare, betoane etc.).

PRODUSE DE BALASTIERA

Sunt materiale sfaramate natural (din categoria rocilor sedimentare de origine mecanica neconsolidate) ce se pot livra in urmatoarele forme:

Nisip de rau (natural); material granular cu granulatia maximp 7,1 mm, folosit la realizarea mortarelor, betoanelor etc.

Nisip fin; nisip cu granulatia maxima 1 mm; se foloseste la realizarea mortarelor din stratul vizibil.

Nisip grauntos; nisip natural cu granulatia 3, 15 7,1 mm; folosit in special la prepararea betoanelor.

Pietris; material granular cu granulatia de 7,1 71 mm; se foloseste sortat (7,1 16; 16 31; 31 71 mm) la prepararea betoanelor, straturi pentru ruperi de capilaritate, umpluturi, material filtrant etc.

Margaritar; pietris cu granulatia 7,1 16 mm.

Bolovani de rau; material granular cu granulatia 71 160 mm; folosit la realizarea unor tipuri speciale de betoane sau materia prima pentru obtinerea agregatelor sfaramate artificial.

Balast; amestec natural de nisip, pietris si eventual bolovani de rau; serveste la realizarea produselor de balastiera sau la umpluturi pentru fundatii.

Agregate balastiera

Agregate naturale sfaramate artificial

Materiale granulare, grosiere sau fine, obtinute prin sfaramarea artificiala a rocilor (concasare, macinare, granulare, sortare etc.).

Filer; material prafos, obtinut prin macinarea fina a rocilor in mori cu bile, cu granulatia maxima 0,09 mm; folosit pentru marirea durabilitatii elementelor de constructii care utilizeaza lianti hidrocarbonati.

Nisip de concasaj; nisip obtinut prin sfaramarea rocilor si sortarea materialului; se foloseste la realizarea betoanelor.

Piatra sparta; material granular obtinut prin concasarea (sfaramarea) rocilor, granulatia 7,1 71 mm; se foloseste la realizarea betoanelor speciale (foarte grele, absorbante, pentru radiatii, usoare etc.), pentru lucrari de drumuri, caz in care sorturile si denumirile acestora sunt: savura - piatra sparta cu granulatia maxima 8 mm; split - piatra sparta cu granulatiile: 8 16; 16 25; 25 40 mm.

Piatra sparta mare; material granular, obtinut prin concasarea rocilor cu granulatia 71 160 mm; pentru lucrari de drumuri granulatia este 63 160 mm.

Cribluri; agregat natural artificial cu granulatii rotunjite (obtinute prin concasare si granulare) cu granulatia 3,15 25 mm).

Agregat de concasaj

AGREGATE ARTIFICIALE

ØAgregatele artificiale sunt materiale granulare obtinute prin sfaramarea unor subproduse (zguri, deseuri ceramice etc.) sau fabricate in mod special (argile expandate, perlit expandat, cenusi aglomerate etc.).

Caracteristicile tehnice ale agregatelor.

In functie de densitatea lor in gramada, in stare afanata, agregatele naturale se impart in doua clase:

Ø      agregate grele, compacte, daca au ρ _ga ≥1200 kg/m³;

Ø      agregate usoare, daca au ρ _ga ≤1200 kg/m³;

Caracteristicile agregatelor grele.

Agregatele grele sunt destinate realizarii straturilor de fundatii si prepararii betoanelor si mortarelor, domenii care impun, in principal, exigente de rezistenta si durabilitate.

. Natura rocii: agregatele trebuie sa provina din roci stabile, nealterabile in aer sau apa, rezistente la inghet-dezghet; nu se pot folosi agregatele provenite din roci feldspatice sau cu textura sistoasa, iar cele care contin Si02 in stare amorfa se pot folosi numai dupa efectuarea unor determinari de laborator privind reactivitatea acestora cu liantii.

. Impuritati. substante prezente in cantitati mici in masa agregatului, dar care au actiuni defavorabile in cazul folosirii acestor agregate la prepararea betoanelor (maresc suprafata specifica - argile, parti levigabile-, prezinta inconstanta de volum - mica, carbuni -, reactioneaza chimic defavorabil cu liantii - humus, sulfati - etc.).

Continutul de impuritati, este reprezentat de substante care in cantitati mici in masa agregatului, pot avea actiuni defavorabile cand sunt folosite la realizarea betoanelor.

Normativele in vigoare limiteaza prezenta urmatoarelor impuritati: corpuri straine, argila, mica libera, carbune, humus, parti levigabile, sulfati si saruri solubile.

Corpurile straine sunt in agregat sub forma de bucati de argila, resturi vegetale sau animale etc. si creeaza defecte in structurile in compozitia carora intra, afectand negativ rezistentele mecanice. Prezenta acestora in proba de material se constata prin examinare vizuala.

Continutul de argila din nisip se determina pe o proba medie de 500g nisip care se separa in doua sorturi (0-1si 1-7), se iau cate 30g din fiecare sort, se introduc in cate un pahar, se adauga apa si se fierbe 3-4 minute. Paharele se introduc pe rand la agitator unde se lasa cate 10 minute. Aceste amestecuri se completeaza cu apa, se agita cu o bagheta si cu ajutorul unui tub de aspiratie se indeparteaza suspensia formata, pana cand aceasta devine limpede. Continutul de argila se determina cu relatia:

(1.7)

in care:

- x = fractiunea 0-1, in%;

- y = fractiunea 1-7,1, in %;

- m₁ = cantitate nisip sort 0-1,dupa spalare, in g;

- m₂ = cantitate nisip sort 1-7,1, dupa spalare, in g.

Continutul de mica libera se determina pe nisip uscat la masa constanta, sortat, din care mica libera se extrage cu penseta din sorturile mari si in curent de apa ascendent, se cantareste si se raporteaza la masa initiala, procentul admis fiind strict limitat.

Continutul de carbune se determina pe o proba de nisip uscat care se introduce intr-un cilindru gradat, se toarna solutie concentrata de clorura de calciu, se agita amestecul, se lasa sa sedimenteze nisipul iar solutia se trece printr-o hartie de filtru. Carbunele filtrat se usuca, se cantareste, se raporteaza la masa initiala si in procente se compara cu valorile normate.

Continutul de humus se apreciaza prin reactia de culoare pe care o da amestecul de nisip cu o solutie de NaOH cu concentratia de 3%, la 24 ore de la amestecare si agitare. Culoarea obtinuta se compara cu culorile etalon, de la galben spre brun marcandu-se continutul de humus peste limitele admise in amestecurile de betoane.

Partile levigabile se determina prin introducerea unei probe de nisip uscat intr-un vas in care se adauga apa, se agita amestecul, se lasa in repaos 15 secunde, se scurge apa in exces. Operatia se repeta pana cand apa ce se scurge devine curata. Nisipul astfel spalat se usuca, se cantareste, iar raportul intre masa de material spalat si masa initiala de nisip in procente se compara cu valorile normate.

Continutul de sulfati se determina pe o proba de nisip uscata, macinata si mojarata in anumite conditii, cu masa de 100g. Aceasta se introduce intr-un cilindru gradat, se adauga apa distilata, amestecul se agita si se filtreaza. Solutia filtrata se aciduleaza cu cateva picaturi de acid clorhidric 37% si se adauga solutie de clorura de bariu 10%. Aparitia unei tulburari sau a unui precipitat de culoare alba indica prezenta sulfatilor. Prezenta sulfatilor nu este permisa in amestecurile de betoane, iar daca se doreste se poate determina cantitatea exacta de sulfati prin metoda cantitativa (are la baza aceleasi principii de determinare cu metoda calitativa).

Continutul de saruri solubile se determina pe o proba de 50g de nisip care se mojareaza pana cand trece in totalitate prin sita 0,02, se introduce intr-un pahar de laborator, se adauga apa distilata si se incalzeste in baia de apa timp de 2.4 ore. Lichidul din pahar se filtreaza, se introduce intr-o capsula de portelan, se evapora apa din solutia respectiva pe capsula ramanand doar sarea, care se cantareste si raportata la masa initiala (procentual), se compara cu valorile normate.

. Caracteristicile fizico-mecanice se refera la caracteristicile structurale -densitate aparenta, densitati in gramada, porozitate aparenta, absorbtie de apa, rezistenta la gelivitate, etc.- si caracteristicile mecanice - rezistenta la strivire in stare uscata si in stare saturata, coeficientul de inmuiere la apa, rezistenta la compresiune a rocii de provenienta a agregatelor de concasaj, rezistenta la inghet-dezghet

Densitatea - se determina pentru a cunoaste caracteristicile structurale (compacitate, porozitate) si reprezinta masa unitatii de volum a unui material.

Se calculeaza cu relatia:

[ g / cm³ ; kg / m³ ; t / m³ ]

in care:    - m = masa probei determinata in stare uscata la masa constanta;

- V = volumul probei si poate reprezenta:

volumul real ( V ), ce reprezinta volumul de material lipsit de pori;

volumul aparent ( V_a ), ce reprezinta volumul materialului in care sunt inclusi porii din structura acestuia;

volumul in gramada ( V_g), ce reprezinta volumul materialului granular inclusiv golurile dintre granule.

Fiecarui tip de volum determinat ii corespunde un tip diferit de densitate, se determina pe un numar standardizat de probe, astfel:

Densitatea reala - pentru a efectua determinarea se procedeaza la sfaramarea probei si mojararea acesteia.

O cantitate de masa m se introduce intr-un picnometru ( balon de sticla cu dop rodat si un prea-plin cu diametru capilar ) dupa care se completeaza cu lichid de referinta. Efectuand cantariri ale picnometrului: uscat si gol, plin cu apa, uscat cu pulbere, cu pulbere si lichid, se poate calcula volumul real si in final densitatea reala.

Fig. 1.13 Picnometre

Densitatea aparenta (poate avea valori mai mici de 1200kg/m³ pana la valori mai mari de 3000kg/m³) este importanta in aprecierea greutatii constructiei, in calculul caracteristicilor structurale, etc.

Dimensiunile care se masoara Metoda cu cilindrul gradat

Determinarea densitatii aparente presupune masurarea masei si volumului aparent al probei cu structura nemodificata.

Pentru masurarea masei se va avea in vedere ca proba de material sa fie uscata la masa constanta, in caz contrar se specifica umiditatea.

Masurarea volumului aparent se va face prin masurari directe la probele de material cu forma geometrica regulata(cu sublerul cu precizie de masurare 0,01mm) si prin volum de apa dezlocuit in cilindrul gradat sau cantarire la balanta hidrostatica la probe cu forma geometrica neregulata.

Pentru probe poroase, imersarea in apa (in cazul de fata lichid de referinta deoarece proba nu reactioneaza chimic cu lichidul si trebuie sa aiba densitate cunoscuta si viteza de evaporare mica pentru a nu-si modifica volumul in timpul determinarilor) presupune absorbtia acesteia si denaturarea marimilor masurate. Din acest motiv probele se pregatesc prin saturare la masa constanta sau prin acoperire cu un strat uniform de parafina, operatii prin care se impiedica absorbtia de apa din cea destinata determinarii.

Densitatea in gramada (in vrac) este o determinare specifica materialelor granulare si reprezinta masa unitatii de volum de material granular.

Etapele de pregatire a probelor

Determinarea propriu-zisa presupune introducerea materialului granular intr-un vas de volum cunoscut (cu volume diferite in functie de dimensiunea maxima a granulei de agregat) si realizand starea afanata (materialul se lasa sa cada de la 10 cm in vas) sau indesata (materialul introdus in exces se supune la vibrare sau batere in conditii normate) a acestuia, se fac cantaririle cu precizia de masurare standardizata si se raporteaza la volumul vasului.

Volumul de goluri( V_gol ), este o caracteristica tehnica specifica tot materialelor granulare si reprezinta proportia de goluri dintr-un volum in gramada in stare afanata.

Relatia de calcul este:

in care : -V_sp = volumul spatiilor intergranulare;

-V_g = volumul in gramada in stare afanata.

Determinarea in conditii de laborator, consta in masurarea volumului de apa necesar umplerii spatiilor intergranulare si da indicatii asupra volumului scheletului mineral in straturile sau compozitele pe care le va forma.

Absorbtia de apa reprezinta cantitatea maxima de apa pe care o poate absorbi o proba de material (in cazul de fata piatra naturala) in conditii normate de incercare.

Se calculeaza cu relatia:

[ % ] (1.4)

in care: -m_u = masa in stare umeda;

-m = masa in stare uscata.

In conditii de laborator determinarea absorbtiei presupune in primul rand uscarea la masa constanta (pana cand diferenta intre doua cantariri succesive realizata la intervale de timp normate, devine nesemnificativa) si cantarirea probei de material (m), dupa care se realizeaza saturarea la masa constanta si cantarirea probei (m_u).

Aceasta caracteristica permite aprecierea pericolului de inghet si in acelasi timp a comportarii in conditii de umiditate a structurii respective.

Rezistenta la inghet-dezghet sau gelivitatea reprezinta capacitatea unui material de a rezista la actiunea temperaturilor alternante pozitive si negative in prezenta umiditatii.

Gelivitatea reprezinta numarul de cicluri de inghet-dezghet succesiv pe care un material aflat in stare saturata cu apa, le poate suporta fara ca pierderile de masa si de rezistenta sa depaseasca anumite limite standardizate.

Ciclul de inghet-dezghet presupune mentinerea probei saturate timp de 4 ore la temperatura de -(173)⁰C, dupa care probele se mentin in apa tot 4 ore, la temperatura de

+(205)⁰C.

Aprecierea comportarii la inghet-dezghet se realizeaza prin:

- pierderea relativa de masa sau coeficient de gelivitate (_g), care se calculeaza cu relatia:

[%] (1.5)

in care: - m = masa probei inainte de inghet-dezghet:

- m_g= masa probei dupa inghet-dezghet.

- pierderea de rezistenta la compresiune sau coeficient de inmuiere la gelivitate (_g), care se calculeaza cu relatia:

[%] (

in care: - R_m = rezistenta la compresiune pe probe martor, tinute in apa in conditii de laborator;

- R_g = rezistenta la compresiune pe probe supuse la inghet-dezghet.

Pentru materiale granulare se ia ca proba un anumit sort de agregat saturat (m), se supune ciclurilor de inghet-dezghet si se supune cernerii printr-un ciur cu dimensiunea ochiului mai mica decat dimensiunea minima a agregatului (m_g),calculandu-se coeficientul de gelivitate.

Rezistenta la soc ( R_soc ) apreciaza comportarea la actiuni dinamice a materialului fasonat sau sub forma granulara. Determinarea se realizeaza cu ajutorul ciocanului Fppl.

Pentru materiale granulare proba se constituie din anumite sorturi de agregat, se cantareste o cantitate normata, se introduce in cilindrul aparatului, se aplica un numar standardizat de lovituri ale berbecului aparatului, rezistenta la soc apreciindu-se prin modificarea granulozitatii materialului incercat. Aceasta se apreciaza prin cernerea materialului sfaramat printr-un ciur ce permite trecerea granulelor mai mici decat dimensiunea minima a granulelor neincercate. Cantitatea astfel obtinuta m₁, raportata la masa initiala m, reprezinta rezistenta la soc a materialului granular si se exprima matematic astfel:

%

- in care termenii din relatie au semnificatia prezentata anterior.

In cazul probelor fasonate, acestea se introduc pe nicovala aparatului de incercat, se lasa sa cada berbecul masurand reculul acestuia, pana cand reculul incepe sa scada. Se calculeaza lucrul mecanic necesar distrugerii probei, ca suma de reculuri crescatoare inmultite cu greutatea berbecului. Raportul intre lucrul mecanic astfel calculat si volumul probei incercate reprezinta rezistenta la soc pentru astfel de probe.

Rezistenta la uzura (R_uz) se poate determina in varianta cu material granular si in varianta cu probe fasonate, reprezentand capacitatea probei respective de a se opune uzurii provocata de frecare in anumite conditii.

Pentru material granular, acesta trebuie sa aiba o anumita granulozitate, se alege un numar de granule care se cantaresc m, se introduc in aparatul care provoaca uzura (aparatul Deval), se supun unui numar de rotatii care duc la uzura materialului, dupa care se constata prin cernere pierderea de material provocata de uzura m₁. Raportul intre pierderea de material si masa initiala de material reprezinta rezistenta la uzura, cu expresia matematica: