Betonul – generalitati
Betonul este o rocă artificială, un conglomerat obținut prin amestecarea, în diverse proporţii, de liant (ciment), apă, agregate (pietriș, piatră spartă, nisip) și eventual mici adaosuri de substanțe chimice (aditivi). Aceste substanțe au rolul de a modifica structura și proprietățile betonului întărit, cum sunt rezistența la coroziune și îngheț.
Betonul este un material ieftin cu o rezistenţă foarte bună la compresiune, iar în ceea ce priveşte rezistenţa la întindere, în timp, prin diverse teste şi încercări mecanice s-a constatat că este cea mai mică rezistenţă a betonului, reprezentând doar 1/6–1/20 din rezistenţa la compresiune, în funcţie de clasa betonului. Rezistenţa betonului la compresiune este direct proporţională cu tipul materialelor utilizate (nisipul de mare nu se poate compara cu nisipul de carieră rezultat din diorit şi bazalt), cantitatea de ciment folosit, cantitatea de apă folosită (cu cât mai puţină cu atât mai bine), lungimea agregatelor şi natura lor.
Betonul (simplu, armat sau precomprimat) este unul din cele mai folosite materiale structurale deși, în forma sa modernă, a apărut relativ recent, în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Producția mondială la nivelul anului 2010 fiind de circa 1 tonă pe cap de locuitor!
Unul din lucrurile de care putem fi siguri atunci când lucrăm cu structurile de beton armat, îl reprezintă apariţia fisurilor la suprafaţa elementelor structurale, acest lucru fiind perfect normal dacă fisurile sunt sub anumite limite, iar ca exemplu, dacă grosimea crăpăturilor din beton sunt de grosimea unui fir de păr şi cu o lungime până la aproximativ 20-25cm, în funcţie de mărimea elementului de beton, nu sunt motive de îngrijorare.
Betonul armat (beton si oţel) a fost inventat și dezvoltat concomitent de mai multe persoane la mijlocul secolului al XIX-lea. În 1854, J. L. Lambot a construit la Paris ambarcațiuni din beton armat cu sârmă și plasă de sârmă, dar metoda nu s-a răspândit până când un grădinar, Joseph Monier, a patentat metoda pentru manufactura ghivecelor de flori în 1867. În 1854, un englez, William Wilkinson, din Newcastle a început să construiască case din beton armat.
Între 1850 și 1880, un francez, Francois Coignet, a construit case de beton întărite cu bare de oțel în Anglia și Franța. În SUA, Taddheus Hyatt a inventat și experimentat în anii 1870 bârne din beton armate cu oțel. Prima clădire din beton armat din SUA este considerată a fi una construită de E.W. Ward în 1875 în orașul Port Chester, New York.
Oţelul, ca şi lemnul, este un material simetric, asta înseamnă că aproximativ, rezistenţa la tensiune este egală cu rezistenţa la compresiune, însă aici intervine un fenomen care se numeşte flambaj, adică din cauza lungimii barei de oţel, nu putem să beneficiem decât de tensiune pentru că la compresiune bara se va îndoi relativ uşor.
Cu un design atent al elementului de oţel se poate ajunge să se pună în valoare şi partea de compresiune prin îndepărtarea părţii materiale de centrul profilului astfel cea mai ineficientă formă de oţel, pe partea de compresiune este bara, iar cea mai eficientă este ţeava. Când oţelul este o bară îi spunem armătură (striată sau nestriată), iar când se urmăreşte găsirea unei forme care să sporească rezistenţa la compresiune îi spunem profil.
Oţelul ajută şi la compresiune prin faptul că formează împreună cu etrierii o cuşcă pentru beton şi nu îl lasă se se dea la o parte nici după ce s-a sfărâmat, iar clădirea va sta în picioare un timpul unui cutremur sau a unei explozii chiar dacă elementul de beton este compromis.
IMPORTANŢA ACOPERIRII MINIME CU BETON
Durabilitatea betonului armat depinde în mare măsură de protecția armăturilor, realizată prin intermediul acoperirii cu beton a acestora. Oţelul lucrează cu betonul pentru a forma o structură rigidă. Oţelul contribuie cu rezistenţa lui la tensiune iar betonul contribuie cu rezistenţa lui la compresiune, astfel putem spune că betonul şi oţelul conlucrează.
După cum am mai menţionat, la suprafaţa betonului apar crăpături, iar acest lucru nu este deloc neobişnuit şi nici un indiciu că betonul ar fi de o calitate proastă. Aceste crăpături sunt limitate de către armătură, care dacă este poziţionată corect, va proteja betonul şi va limita crăpăturile. Dacă legătura dintre beton şi oţel este una puternică, lăţimea acestor crăpături va fi una foarte mică, aproape nesesizabilă. Crăpăturile au în general o formă conică, adică lăţimea lor se va micşora pe măsură ce pătrund betonul în adâncime.
Nerespectarea acoperirii cu beton pentru fiecare element în parte (fundaţii 5cm, stâlpi şi grinzi 3cm, planşeu 1,5cm în funcţie de grosime) poate avea consecinţe dezastruoase asupra structurii. Oţelul îşi măreşte de 3 ori volumul în rugină, adică acţionează ca o presă puternică de la interior la exterior, care va înlătura din ce în ce mai mult beton şi va duce la deteriorarea completă a masei de beton armat. Oţelul de diametru 14 milimetri a fost pus acolo pentru că este nevoie de el pentru a tensiona corect elementul de beton armat, iar dacă rugina mănâncă din diametrul barei de oţel atunci elementul de beton (fundaţia, grinda, stâlpul) devine insuficient armat.
În concluzie, protejarea oţelului are prioritate faţă de aspectul betonului, adică oţelul trebuie bine îngropat în beton pentru al proteja, utilizarea distanţierelor fiind absolut necesară.
TIMP ÎNTĂRIRE BETON
Betonul se întăreşte în aproximativ 2 ore, în următoarea fază betonul trebuie să rămână singur în picioare fără să cadă sub propria greutate. Această fază apare de obicei după 3 zile însă vara în soare se poate scurta şi la 2 zile. Atenţie însă, în urma decofrării există posibilitatea degradării colţurilor stâlpilor, adică pot rămâne în cofraj (evident cofraj prost executat, prea rugos, cu găuri şi şanţuri în suprafaţă), sau a grăbirea decofrării şi lipsa pregătirii personalului poate duce la căderea elementului cu totul. Astfel că grija faţă de decofrare înainte de limita de 3 zile este un risc care poate duce chiar până la accidente mortale. În cazul stâlpilor întotdeauna aşteptaţi minim 7 zile până să decofraţi.
De ce trebuie să folosim vibratorul de beton?
Un factor poate puţin înţeles sau ştiut, care contribuie la calitatea betonului, este apa. Sau mai bine zis, lipsa ei. Cu cât un beton are mai multă apă în el cu atât probabilitatea de a rezista în timp, este şi ea mai mică.
Din păcate exemple pot fi multe, însă de aici putem trage concluzia că un beton “uscat” este un beton puternic și durabil. Cantitatea de apă din beton fiind mică, laptelui de beton îi va fi mai greu să înconjoare agregatele și noi trebuie sa îl ajutăm. Iar aici intervine vibratorul de beton și procesul de vibrare a betonului.
Compactarea şi eliminarea aerului este esențială pentru obținerea rezistenței şi durabilității maxime a betonului comandat. Cel mai simplu şi eficient procedeu de a obţine acest lucru este vibrarea cu vibratorul de beton imersabil.
Atenție!!! Lovirea cofrajului de beton nu reprezintă vibrarea betonului. De fapt nici nu face mare lucru iar uneori poți face mai mult rău decât bine lovind confrajul.
Betonul trebuie turnat în straturi succesive de aproximativ 50 cm) sau mai puțin dacă este cazul şi fiecare strat trebuie vibrat complet înainte de a se turna următorul. Acest lucru face ca bulele de aer să ajungă la suprafață şi astfel betonul nu are goluri în interior. Stratul următor va trebui vibrat înainte ca stratul anterior să se întărească. Astfel se va asigura o fuzionare a celor două straturi iar astfel vom putea spune că avem un beton MONOLIT (adică un beton dintr-o singura bucată). Capul vibrator trebuie să pătrundă în stratul anterior aproximativ 10 cm (sau mai mult) pentru a asigura o priză perfectă între cele două straturi.
Când betonul nu este monolit (adică vibrat şi făcut să se comporte ca şi cum ar fi fost turnat tot deodată) pot apărea probleme, segregări.
Pentru o metodă corectă de a vibra betonul trebuie să se ţină cont de faptul că întotdeauna capul vibrator va trebui introdus vertical (de sus în jos) în beton. Suprafaţa din jurul capului de vibrare se va compacta complet. Niciodată nu trebuie să lovim cu capul vibrator, armătura sau cofrajul, în urma lovirii armăturii cu capul vibrator putem pune în mișcare părți din armătură iar acestea se pot scutura de beton, iar betonul nu va mai face priza dorită. Unul din avantajele vibrării betonului este și faptul că armătura este mai bine ținută de un beton compactat, dacă lovim armătură, facem exact opusul. Mărimea efectului de vibrare depinde de mărimea capului vibrator, frecvența şi amplitudinea mişcării de vibrare, vâscozitatea betonului, amestecul de agregate, densitatea şi mărimea
armăturilor din oţel, distanţa faţă de cofraj (în general, se poate considera un efect de compactare pe un diametru de 10 ori diametrul capului vibrator).
Luând în considerare aria betonului din jurul capului vibrator, se poate considera că zona compactată complet are forma unui cerc. Pentru o compactare completă vibratorul va fi imersat în așa fel încât cercurile date de efectul de compactare să se întrepătrundă pentru a nu avea nici o arie necompactată/vibrată.
Capul vibrant se va extrage vertical (exact cum s-a introdus) şi încet pentru a lăsa golul format să se umple ușor.
Nu trageți capul vibrant de-a lungul betonului deja turnat, deoarece se poate întâmpla ca o parte din aer să rămână prins în interior. Nu țineți vibratorul prea mult imersat în beton deoarece există riscul separării particulelor componente cu efect direct în reducerea rezistenței betonului. Un alt lucru care poate duce la separarea particulelor componente ale betonului este turnarea lui de la o înălțime prea mare.
GREŞELI FĂCUTE LA TURNAREA BETONULUI
1. Betonul este prea gros (vâscozitate mare).
Un lucru bun de altfel însă de cele mai multe ori, prima soluţie pentru această problemă este turnarea de apă în masa betonului, lucru care poate distruge betonul. Din păcate este o greșeală care se face foarte des și care are un influență majoră în rezistența betonului final. Întărirea betonului, de fapt a pastei de ciment este o reacție chimică, orice cantitate de apă în plus nu va fi folosită în această reacție dar va ocupa un loc în masa betonului. Apa în exces va genera un beton mai poros, cu rezistențe mai slabe.
2. Aruncarea betonului cu lopata sau turnarea de la înălțime mare.
Acest mod de punere în operă a betonului este greșit deoarece produce segregări. Segregarea betonului este aglomerarea de pietriș (agregate) în anumite locuri fără ca acestea să fie legate de piatra de ciment. Betonul cu segregări nu mai este omogen și din această cauză rezistența acestuia este afectată semnificativ. În plus, în zonele cu segregări, armătura nu mai este protejată și va fi afectată de coroziune. Segregările care nu sunt profunde pot fi remediate relativ ușor. Dacă segregarea este extinsă în adâncime, betonul afectat se va îndepărta cu foreza, iar în anumite situații se poate ajunge până la demolarea și refacerea elementului de beton.
3. Turnarea betonului în cofraje ne-etanșe, turnarea direct pe pietriș.
Conduce la pierderea laptelui de ciment din compoziția betonului proaspăt. Practic, se pierde liantul dintre granulele de agregat obținându-se un beton cu rezistență redusă. Acest viciu conduce de asemenea la segregări.
4. Lipsa de muncă calificată de pe șantier și numărul redus de oameni.
A turna betonul în cofraje, în bolţari, în ţevi, etc. nu este un proces chiar uşor. Pe lângă faptul că ai nevoie de o condiţie fizică foarte bună şi rezistenţă la efort fizic, trebuie să ştii şi cum să îl torni. Aici experienţa joacă rolul cel mai important. Densitatea betonului este de 1.5-2.0 tone pe metru cub, iar a betonului armat poate ajunge pana la 2.5 tone pe metru cub. Betonul în sine este un material ieftin, însă structurile de beton armat, în special cele cu mai multe etaje, nu sunt. De cele mai multe ori, calitatea betonului turnat şi finisat depinde de gradul de pregarire a muncitorilor, de seriozitatea lor, de experienţă, dar nu în ultimul rând de nivelul alcoolemiei din sânge.
5. Lipsa echipamentului de protecție la turnare.
Lipsa mănuşilor şi a echipamentului de protecţie în general (ochelari, cizme de cauciuc, cască şi salopetă – îmbrăcăminte care te acoperă complet) poate avea un impact negativ asupra turnării. Mănuşa trebuie să fie impermeabilă şi calduroasă. În momentul când betonul este livrat, este bine să avem o echipă de muncitori odihniţi, hrăniţi şi bine echipaţi, apţi pentru a se lupta cu betonul o zi întreagă. Pompa de beton şi cifa, costă pe timp, iar o întârziere costă bani pentru beneficiar. Timpul în care betonul este lucrabil este limitat şi el, iar o echipă sau grup de muncitori care simt arsuri la mâini, nu va da rezultatele dorile, aparând impresia de neglijenţă grosolană şi când nu este cazul.
6. Vibrarea incorectă sau nevibrarea betonului.
Vibrarea betonului are un rol determinant în atingerea unor rezistențe corespunzătoare ale betonului întărit. Prin vibrare se elimină aerul existent în masa betonului proaspăt producându-se astfel compactarea acestuia. Pentru betonul turnat în șantier vibrarea se execută cu vibratorul intern. Timpul de vibrare este strâns legat de lucrabilitatea betonului. În mod evident, un beton fluid va avea nevoie de un timp scurt de vibrare 5-10 secunde în timp ce un beton foarte vârtos are nevoie de 1.5 – 2 min, însă vibrarea excesivă este nocivă, producând alegerea pastei de ciment de agregate și conducând în final la segregări.
7. Lipsa distanţierilor din cofraj și de pe armatură.
La turnarea, vibrarea, compactarea betonului se vor exercita niște forţe asupra armăturilor. Dacă ele nu sunt bine securizate, legate și distanțate de cofraje, vom ajunge să turnăm un beton care nu conlucrează cu armătura. In multe cazuri această turnare poate fi inutilă ba chiar păguboasă. Aş putea spune că turnarea betonului în locurile greşite sau plasarea armăturii în locurile greşite poate reprezenta cea mai mare greşeală din cele nouă expuse. Motivul este că odată întărit, în forma greşită ( adică fără armatură înglobată cu acoperirea recomandată a armăturii), este extraordinar de greu să mai repari greşeală, iar de cele mai multe ori este necesară demolarea turnării greşite şi înlocuirea ei. Aceste lucru se poate dovedi FOARTE FOARTE scump, iar el poate duce proiectul la faliment. De aceea, de cele mai multe ori se ignoră şi gata.
8. Turnarea betonului pe caniculă.
La temperaturi ridicate, exista riscul ca o parte apa din betonul proaspăt sa se evapore. În plus, timpul de priza a betonului este redus (adică betonul se întărește mai repede). Aceste fenomene produc contracții mari ale betonului la întărire care la rândul lor conduc la o fisurare puternica a elementelor de beton.
Pentru contracararea efectelor nocive pe care turnarea pe timp foarte călduros le are asupra betonului, se iau măsuri de protecție a elementelor de beton împotriva expunerii directe la soare, acoperire cu rogojini umede, udarea permanenta îndată ce betonul s-a întărit.
9. Turnarea pe timp friguros şi măsurile de protecție.
Betonul proaspăt turnat la temperaturi sub 0 grade, poate să înghețe. Apa care încă nu este legată chimic, își va mări volumul producând fisurarea elementului de beton.Betonul proaspăt care a fost afectat de îngheț va avea rezistența la compresiune mult diminuată. De cele mai multe ori un element de beton afectat de îngheț la turnare este compromis.
Pe timpul iernii se poate turna beton, chiar și la temperaturi negative. Datorită faptului că reacția de hidratare a cimentului este exotermă, la temperaturi mai ridicate de -3 C nu sunt necesare măsuri speciale, mai ales dacă turnare se face în elementele masive, stâlpi, grinzi, fundații. Cu anumite măsuri constând în preîncălzirea agregatelor și prepararea cu apă caldă și adăugarea de anumiți aditivi se poate turna beton și la temperaturi sub -3C. Împreună cu izolarea cofrajelor, turnarea de beton proaspăt încălzit are menirea de a menține în masa betonului o temperatură pozitivă până la întărirea betonului.