Determinarea rezistentelor mecanice

1 DETERMINAREA REZISTENŢELOR MECANICE ALE MATERIALELOR DE CONSTRUCŢII 1 DETERMINAREA PROPRIETĂŢILOR BETONULUI ÎNTĂRIT 11 Determinarea densităţii aparente (masei volumice aparente) Efectuarea determinării Această proprietate a betonului se determină pe epruvetele folosite la determinarea rezistenţelor mecanice, astfel: - se cântăresc epruvetele; - se determină dimensiunile epruvetelor (măsurarea cu şublerul); - se calculează volumul aparent utilizând formulele geometrice; - se calculează densitatea aparentă Înregistrarea rezultatelor Proba Masa [g] Dimensiuni, [mm] Volum aparent, „Va” Densitate aparentă, „a” L l h 1 beton simplu 2 beton armat dispers cu fibre de polipropilenă 2 beton armat dispers cu fibre de oţel 3 beton de înaltă rezistenţă Interpretarea rezultatelor Tip Densitate aparentă Foarte greu (a  2500 kg/m 3 ) Greu (2200  a  2500 kg/m 3 ) Semigreu (2000  a  2200 kg/m 3 ) Uşor (800  a 2000 kg/m 3 ) Foarte uşor (a  800 kg/m 3 ) Betonul analizat ARE/ NU ARE densitatea minimă necesară pentru a putea fi analizat 12 Determinarea rezistenţei la încovoiere Solicitarea unui element de către acţiuni exterioare (forţe sau momente) astfel încât în orice secţiune a lui să nu apară decât moment încovoietor se numeşte încovoiere (Fig 1) 2 P P l b h Fig 1 Prin rezistenţa la încovoiere se înţelege efortul unitar prin raportarea momentului maxim încovoietor la modulul de rezistenţă al secţiunii W M Rti  ; relaţie în care: M – momentul încovoietor maxim; W – modulul de rezistenţă Unitatea de măsură în SI [N/m2]; uzual se utilizează şi [daN/cm2], [N/mm2] Efectuarea determinării: Rezistenţa la încovoiere se determină cu aparatul Fruhling – Michaelis pe prisme având dimensiunile de 4 x 4 x 16cm (Fig 2) 4 3 5 1 2 Aparatul Fruhling – Michaelis este alcătuită din: 1 – postamentul aparatului; 2 – şurub de reglare; 3 – dispozitiv pentru încercarea la încovoiere cu reazem la 10 sau 12cm; 4 – cârlig de racord la sistemul de pârghii; 5 – proba Fig 2 După fixarea epruvetei se porneşte aparatul care se blochează automat la ruperea prismei Se cântăreşte găleata în cazul utilizării aparatului Fruhling - Michaelis (P = 50G [N]) şi/sau se citeşte direct la presă valoarea forţei P 3 Se calculează valoarea momentului încovoietor maxim: 4 lP 2 l 2 P Mmax   , [Nm] Se calculează modulul de rezistenţă cu relaţiile: - secţiune dreptunghiulară: 6 hb W 2  - secţiune pătrată: 6 a W 3  - secţiune circulară: 32 d W 3  - secţiune inelară:   D32 dD W 44   Se calculează rezistenţa la încovoiere cu relaţia: 33ti a lP 2 3 6 a 4 lP W M R     [daN/cm2] - unde: - P - forţa de rupere, [daN]; - l - distanţa dintre reazemele dispozitivului, [cm]; - a - latura cubului [cm] Determinarea rezistenţei la întindere prin încovoire se poate şi cu presa hidraulică, pe epruvete prismatice cu dimensiunile de 100x100x550 mm (Fig 3) Fig 3 4 Solicitarea – încărcarea va avea o creştere de (52) daN/cm2 pe secundă, până la rupere Având în vedere că betonul este un material inelastic şi anizotrop pentru a obţine rezistenţa la întindere a betonului din zona întinsă a elementului încovoiat aceasta valoare se corectează cu un coeficient de elasticitate al betonului Pentru cazuri normale valoarea acestui coeficient este cuprinsă între 0,5 şi 0,6: Rt = (0,5 + 06)Rti Înregistrarea rezultatelor Nr epruv Forţa P Latura secţiunii a Dist “l” dintre reazeme 3ti a lP 2 3 R   n R R n 1 ti med ti   [daN] [cm] [cm] [daN/cm 2 ] [daN/cm 2 ] Beton simplu 1 10 30 2 10 30 Beton armat dispers cu fibre de polipropilenă 3 10 30 4 10 30 Beton armat dispers cu fibre de oţel 5 10 30 6 10 30 Beton de înaltă rezistenţă 7 10 30 8 10 30 Interpretarea rezultatelor Betonul analizat ARE/ NU ARE rezistenţa la întindere din încovoiere necesară 13 Determinarea rezistenţei la compresiune Solicitarea unui element cu una sau două forţe egale şi de sens contrar, având ca scop micşorarea dimensiunii în lungul direcţiei de acţiune se numeşte compresiune (Fig 4) Fig 4 5 Determinarea se efectuează cu presa hidraulică pe cuburi, cilindri sau resturi de prismă Modul de rupere a epruvetelor este prezentat în figura 5 b h b h a) b) c) Fig 5 În fig2a între platanele presei şi epruvetele cubice nu au fost împiedicate forţele de frecare, ruperea având loc prin umflarea epruvetei şi expulzarea părţii de la mijlocul epruvetei rezultând două trunchiuri de piramidă puse cap la cap, unghiul de rupere fiind de 45° În fig2b între epruvetă şi platanele presei s-a pus un material cuplant (vaselină, plastelină) împiedicând astfel frecarea Rezistenţa la compresiune se defineşte ca fiind efortul unitar normal (σ) la care elementul îşi pierde capacitatea portantă Rezistenţa la compresiune la 28 de zile determină clasa betonului şi se calculează cu relaţia: A P R c  , Relaţie în care: P – forţa de rupere citită la presă (N); A – secţiunea netă de rupere (mm2) Unitatea de măsură în SI [N/m2]; uzual se utilizează şi [daN/cm2], [N/mm2] Observaţie: în literatura de specialitate se întîlneşte şi notarea acestei rezistenţe cu: fckcub sau fckcil Efectuarea determinării Rezistenţa la compresiune se determină cu presa hidraulică (Fig 6) pe cuburi, cilindri sau pe resturile de prismă rezultate după determinarea rezistenţei la încovoiere În cazul determinării rezistenţei la compresiune pe resturile de prismă se vor utiliza două plăcuţe metalice ajutătoare pentru a se realiza un cub cu latura de 10 cm 6 6 3 1 5 F 7 4 C 8 9 2 Presa hidraulică este alcătuită din: 1 – platanul mobil (pistonul presei hidraulice); 2 – corpul fix al presei; 3 – ulei sub presiune care vine de la pompa hidraulică; 4 – cadrul fix al presei hidraulice; 5 – epruveta; 6 – platanul fix al presei; 7 – dispozitiv de rotire al platanului fix al presei pentru cazul în care epruveta nu are feţele paralele; 8 – manometrul presei la care se citeşte direct valoarea forţei de compresiune; 9 – postamentul rigid (beton armat) cu rolul de a fixa rigid presa Fig 6 Presa hidraulică După centrarea epruvetei în presă se aduce platanul superior cât mai aproape de suprafaţa probei, se porneşte presa, iar când epruveta cedează manometrul se blochează automat pe valoarea forţei de compresiune P Înregistrarea rezultatelor Nr epruv Dimensiuni Aria secţiunii, A = a · b Forţa de compres „P” Rezistenţa la compresiune „Rc” Rezistenţa la compresiune medie „Rc med ” a b [cm] [cm] [cm 2 ] [daN] [daN/cm 2 ] [daN/cm 2 ] Beton simplu 1 10 10 100 2 10 10 100 3 15 15 225 Beton armat dispers cu fibre de polipropilenă 4 10 10 100 5 10 10 100 6 15 15 225 Beton armat dispers cu fibre de oţel 7 10 10 100 8 10 10 100 9 15 15 225 Beton de înaltă rezistenţă 10 10 10 100 11 10 10 100 12 15 15 225 7 Interpretarea rezultatelor Clasa betonului rezultată în urma efectuării determinărilor Beton simplu Beton armat dispers cu fibre de: Beton de înaltă rezistenţă polipropilenă oţel 14 Determinarea rezistenţei la întindere prin despicare Rezistenţa la întindere prin despicare se determină pe cilindri, cuburi şi prisme Modul de aplicare al încărcării şi relaţiile de calcul ale acestei rezistenţe sunt prezentate în figura 7 l/2 P l P l l/2 d l P b P h P h a R td = 2Pdl Rtd= 2P lh Rtd= 2P lh Rtd= 2P ah Fig 7 Practic s-a costatat că această rezistenţă este mai mică decât rezistenţa la întindere centrică cu 10 – 15%, deci: Rt = (1,1 – 1,15)Rtd Între rezistenţa la compresiune a betonului şi rezistenţa la întindere există relaţia propusă de Frenet: 3 2 ct R5,0R  Practic raportul c t R R variază între 6 1 şi 20 1 Înregistrarea rezultatelor Nr epruv Dimensiuni epruvetă Distanţa dintre reazeme Forţa de rupere Rezistenţa la întindere prin despicare med tiR b h l P Rti [cm] [cm] [cm] [daN] [daN/cm 2 ] [daN/cm 2 ] 1 2 3 8 2DETERMINAREA PROPRIETĂŢILOR MORTARULUI ÎNTĂRIT 21 Consideraţii generale Caracteristicile în exploatare ale mortarelor pot fi anticipate printr-o serie de caracteristici determinate atât în stadiul de mortar proaspăt cât şi întărit Prin mortar întărit se înţelege un material compozit alcătuit din granule de nisip legate între ele cu piatră de ciment alcătuită din liant şi partea fină de nisip (diametrul mai mic de 0,2mm) având o structură rigidă Mortarul întărit are aspect de conglomerat, se comportă ca o rocă artificială; rezistenţele mecanice crescându-i în timp Determinările se fac pe următoarele tipuri de epruvete: - pentru rezistenţa la compresiune, rezistenţa la întindere, rezistenţa la încovoiere, contracţie axială şi rezistenţă la îngheţ – dezgheţ epruvetele au formă de prismă cu dimensiunile de 40x40x160 mm; - pentru aderenţa la stratul suport epruvetele sunt cilindrice, cu diametrul de 80 mm şi o înălţime de 15 mm Epruvetele se toarnă în tipare metalice din mortare preparate cu cel mult o oră înainte de turnare pentru mortare de var – ciment, ciment – var şi cu cel mult 20 de minute înainte pentru mortarele de ipsos cu întârzietor de priză Înainte de turnare mortarul se amestecă bine cu mistria cel puţin 3 minute Tiparele se umplu de regulă în 2 straturi, fiecare strat fiind compactat prin lovire cu maiul de 10 ori După turnare tiparele se acoperă cu o placă de sticlă până la decofrare Decofrarea se face după: - 48 de ore, în cazul mortarelor de var simplu; - 24 de ore, în cazul mortarelor de var – ciment, ciment – var; - 2 ore, în cazul mortarelor de ipsos Păstrarea epruvetelor după decofrare e foarte importantă, o păstrare necorespunzătoare putând compromite toate determinările O umiditate mai mare duce la o densitate aparentă modificată, la rezistenţe mecanice mai mici Prismele de mortar de var simplu şi ipsos vor fi păstrate în încăperi cu o umiditate de (655)%, şi o temperatură de (204)oC Prismele de mortar pe bază de ciment vor fi păstrate până la 7 zile în cutia cu aer umed (temperatură de (204)oC şi umiditate mai mare de 90%) iar apoi în aceleaşi condiţii ca cele din var sau ipsos Caracteristicile care se determină asupra mortarului întărit sunt: - densitatea aparentă; - rezistenţa la întindere din încovoiere; - rezistenţa la compresiune; - rezistenţa la îngheţ – dezgheţ; - adeziunea la suport; - contracţia axială 10 22 Determinarea densităţii aparente (masei volumice aparente) Efectuarea determinării Această determinare se face la 28 de zile Ea se face pe 3 prisme Se cântăresc prismele şi se obţine „mi” Se măsoară cele trei dimensiuni ale prismelor L, l şi h Cu relaţia: hLl mi a   (kg/m3) se calculează densitatea aparentă Înregistrarea rezultatelor Nr epruveta 1 2 3 Masa Volumul aparent Densitatea aparenta „a” Densitatea medie „ med a  ” Interpretarea rezultatelor Mortarul ESTE/NU ESTE corespunzător 23 Determinarea rezistenţei la încovoiere Efectuarea determinării Se face cu aparatul de „încercare la încovoiere” sau cu presa hidraulică, pe trei prisme cu dimensiunile 40x40x160mm Relaţia de calcul este: 2ti hb lP 2 3 R    , în care: P – forţa de rupere; l – distanţa dintre reazeme; b – lăţimea prismei; h – înălţimea secţiunii prismei Înregistrarea rezultatelor Nr epruv Forţa P Latura secţiunii a Dist “l” dintre reazeme 3ti a lP 2 3 R   n R R n 1 ti med ti   [daN] [cm] [cm] [daN/cm 2 ] [daN/cm 2 ] 1 2 3 Interpretarea rezultatelor Mortarul ESTE/NU ESTE corespunzător 11 24 Determinarea rezistenţei la compresiune Efectuarea determinării Se face pe cele 6 resturi de prismă după încercarea la încovoiere cu ajutorul unor plăcuţe prezentate în figura 8 la presa hidraulică Prismele se vor încerca totdeauna perpendicular pe direcţia de turnare – pe această direcţie rezistenţele sunt mai mici din cauza segregării mortarelor Fig 8 Relaţia de calcul este: A P R c  , unde: P – forţa de rupere; A – aria secţiunii (A=bxh); Înregistrarea rezultatelor Nr epruv Dimensiuni Aria secţiunii, A = a · b Forţa de compres „P” Rezistenţa la compresiune „Rc” Rezistenţa la compresiune medie „Rc med ” a b [cm] [cm] [cm 2 ] [daN] [daN/cm 2 ] [daN/cm 2 ] 1 2 3 Interpretarea rezultatelor Mortarul ARE/ NU ARE marca cerută în comandă 25 Determinarea aderenţei la mortare Aderenţa reprezintă solicitarea maximă pe unitatea de suprafaţă, măsurată prin încercarea prin întindere Prin această metodă se determină aderenţa prin tracţiune a diferitelor tipuri de materiale de construcţii, pe bază de lianţi minerali, valoarea aderenţei la tracţiune individuală fiind dată de următoarea formulă: As=L/A - unde: - As = valoarea individuala pentru aderenţa la tracţiune, în [N/mm 2]; - L = sarcina de tracţiune totală, în [N]; - A = aria de lipire (2500mm2), [mm2] 12 Efectuarea determinării Determinarea se realizează pe un mortar de consistenţă normală Ca suport pentru mortar se vor utiliza materialele din care se fac pereţii şi anume: beton, blocuri de silicat de calciu, cărămidă, BCA, etc, sau beton toate în stare de umiditate atmosferică Se aplică pe suport un strat de mortar cu ajutorul unui şablon pătrat cu latura de (50 ± 0,5 ) mm în grosime de: - 10 mm şi 20 mm pentru mortare de tencuială şi zidărie - 5 mm pentru gleturi Se introduce proba într-o pungă de polietilenă şi se închide ermetic După maturizare se lipesc pe probe capete de tracţiune, se întăreşte adezivul şi se aplică o forţă de întindere uniform crescătoare după cum urmează: Aderenţa [N/mm 2 ] Viteza de creştere a forţei [N/mm 2 *s] < 0,2 0,003 – 0,010 0,2 – 0,5 0,011 – 0,025 0,5 – 1,0 0,026 – 0,050 > 1,0 0,050 – 0,100 Se notează forţa de rupere şi modul de rupere care poate fi: - aderent când ruperea se face pe interfaţa substrat şi mortar; - coherent când ruperea se face în mortar sau în substrat Înregistrarea rezultatelor Adeziunea la suport (Rs) se calculează cu formula: A P RS  - unde: - P - forţa maximă la care s-a produs desprinderea epruvetei, în [N]; - A - aria suprafeţei de contact dintre mortar şi suport, în [mm2] Rezultatul se calculeaza ca media determinărilor, notandu-se şi modul de desprindere a mortarului, precizându-se unul dintre cazurile de mai jos: - A – desprinderea stratului de mortar de suport; - B – cedarea stratului de mortar; - C – cedarea materialului suport Observaţie: În cazurile B şi C, rezultatele obţinute nu reprezintă adeziunea mortarului la suport, ci rezistenţa la întindere a mortarului, respectiv a suportului; în aceste cazuri se considera că adeziunea la suport este superioară valorii obţinute la determinare 13 Interpretarea rezultatelor Desprinderea mortarului de stratul suport este de tip A / B / C 26 Determinarea aderenţei la mortarele pe baza de ipsos Prin această metodă se determină aderenţa prin tracţiune a diferitelor tipuri de materiale de construcţii (compuşi pe bază de ipsos), valoarea aderenţei la tracţiune individuală fiind dată de următoarea formulă: A L AS  - unde: - As = valoarea individuală pentru aderenţa la tracţiune, în N/mm 2 ; - L = sarcina de tracţiune totală, în N; - A = aria de lipire (2500mm2), în mm2; Aderenţa reprezintă solicitarea maximă pe unitatea de suprafaţă, măsurată prin încercarea prin întindere Efectuarea determinării - prepararea epruvetelor de încercat se va face în condiţii standard de temperatură şi umiditate:20˚C  2˚C şi 50%5% umiditate relativă - aparatele utilizate pentru determinări şi pentru preparări anticipate determinărilor trebuie să fie etanşe şi realizate din materiale rezistente la apă, şi să nu reacţioneze cu sulfatul de calciu (sticlă, tablă, oţel inoxidabil, oţel inobilat, ebonită, plastic); - mortarul de consistenţă normală se introduce în formele pentru determinarea aderenţei, amplasate pe substrat şi se nivelează cu ajutorul unei gletiere metalice După întărirea materialului, se lasă proba 7 zile, în condiţii standard de temperatură şi umiditate relativă Pe proba pregătită se lipeşte dispozitivul de tragere cu răşina epoxidică şi după întărirea răşinii se vor face determinările de aderenţă, prin aplicarea unei viteze de crestere a forţei între 0003 şi 01N/mm2, funcţie de rezistenţa la aderenţă aşteptată Se notează natura ruperii - în placă; - în liantul adeziv; - la interfaţă Înregistrarea rezultatelor Rezistenţa la rupere prin tracţiune Ru se calculează cu următoarea formulă: A F R uu  - unde: Ru - rezistenţa la rupere prin tracţiune, în N/mm 2; Fu - forţa maximă de rupere, în N; A - aria suprafeţei de încercat, în mm2 14 Rezultatul este media probelor individuale, calculată cu o precizie de 001 N/mm2 În multe cazuri, ruperea se face nu între substrat şi mortar ci în mortar sau în substrat sau în adezivul epoxidic In aceste ultime cazuri, aderenţa reală este mai mare decât cea determinată În aceste cazuri, calculul rezultatului mediu nu-şi are rostul Interpretarea rezultatelor Prin determinarea aderenţei la mortarele pe bază de ipsos rezultă o rupere: - în placă; - în liantul adeziv; - la interfaţă