SUMMARY

During the removal of the formwork, an atypical crack state, with unusual cracking pattern occurred at a precast roof unit made of prestressed concrete. At the request of the producer, a research was initiated with three types of investigations: visual exams and geometrical measurements, in situ testing and an analysis considering the background of Limit States Design, composition of concrete and technology. b8p18px
The paper presents in a synthetic manner the above investigations and the results. The cause was found to be the plastic and autogenous shrinkage of concrete, due to the pouring of concrete in a hot steel formwork and a low reinforcing ratio in the end zones.

1. OBIECTUL CERCETARII

In vara anului 2004, la un producator de prefabricate, s-a observat ca la decofrarea elementelor prefabricate de acoperis din beton precomprimat de tip ECP 18 au aparut fisuri (vezi Figura 1) in vecinatatea zonelor de rezemare. Traseul acestora era atipic si nespecific acestui tip de prefabricate, iar la alte elemente tipizate similare (ECP 12 si ECP 15) dar cu deschideri mai mici, acestea nu au fost prezente.
Elementele prefabricate de tip ECP 18 se confectioneaza in baza proiectului tip 5041 elaborat de IPCT, elementele avand o latime constanta de 1.50 m, sectiunea variabila cu inaltimi intre 30 cm (la extremitati) si 75 cm (in camp), si o lungime totala de 17.65 m. Starile de eforturi initiale se induc prin intermediul a 8 toroane de tip TBP 12, cate 4 in fiecare nervura a elementului.

2. INVESTIGATII

La sesizarea producatorului, in vederea identificarii cauzelor aparitiei fisurilor, a cuantificarii nivelului de siguranta si a prognozarii evolutiei starii de fisurare, s-au efectuat trei tipuri de investigatii:
§ Inspectii tehnice vizuale ale elementelor prefabricate aflate in depozitul unitatii producatoare, complementate de masuratori ale parametrilor geometrici;

Fig. 1 Fisuri atipice in zona de rezemare a elementelor

Fig. 2 Fisuri in zona de racordare a placii cu blocul de rezemare
§ o incercare experimentala efectuata pe elementul prefabricat considerat a prezenta cele mai pronuntate fisuri;
§ o analiza teoretica atat din punctul de vedere al exigentelor impuse de proiectarea acestora prin Metoda Starilor Limita, cat si din punctul de vedere al compozitiei betonului, a tehnologiei de executie si a conditiilor de fabricare.
Inspectia vizuala a pus in evidenta urmatoarele aspecte:
§ o parte din elementele ECP 18 prezinta fisuri, la ambele extremitati (vezi Figurile 1 si 2);
§ deschiderea medie a acestor fisuri este de 0.1 mm, iar deschiderea maxima este de 0.2 mm;
§ fisurile apar doar in zona dintre nervuri (cu exceptia unei singure nervuri, la care fisura a penetrat pe 25 % din latimea nervurii);
§ din relatarile reprezentantilor producatorului, a reiesit ca elementele in cauza au fost turnate pe o vreme caniculara, in conditiile in care cofrajul metalic era incins.
Avand in vedere constatarile inspectiei vizuale, s-a hotarat efectuarea unei incercari pe elementul considerat ca fiind cel mai depreciat (Figura 3), in conformitate cu prevederile Metodologiei de incercare a prototipurilor si seriei zero la elementele prefabricate din punct de vedere al comportarii la solicitari statice - indicativ C 181-1998 a1i. Concluziile incercarii experimentale sunt:

Fig. 3 Aspecte ale incercarii efectuata pe un element ECP 18

Fig. 4 Fisurile atipice nu se dezvolta sub ultima treapta de incarcare

Fig. 5 Rezerve de capacitate portanta la ultima treapta de incarcare
§ fisurile atipice observate la decofrare si transfer nu au evoluat in timpul incercarii (vezi Figura 4);
§ elementul incercat satisface exigentele impuse de Starile Limita ale Exploatarii Normale (referitoare la starea de deformatii si fisurare) si Starile Limita Ultime (capacitatea portanta a elementului este suficienta).
In Figurile 6 si 7 este sintetizata evolutia starii de deplasari obtinuta pe durata incercarii experimentale.

Fig. 6 Starea de deplasare a elementului ECP 18 la primele
9 trepte de incarcare - descarcare

Analiza teoretica a inceput printr-o verificare a proiectului tip nr. 5041 elaborat de IPCT Bucuresti. S-a constatat ca acesta respecta toate exigentele si criteriile impuse de proiectarea dupa Metoda Starilor Limita, atat potrivit prevederilor STAS 10107/0-90: Calculul si alcatuirea

Fig. 7 Starea de deplasare a elementului ECP 18 intre treptele
28 si 41 de incarcare - descarcare elementelor structurale din beton, beton armat si beton precomprimat a2i cat si a ENV 1992-1-1 Eurocode 2: Design of Concrete Structures, part. 1 General rules and rules for buildings a3i. Singura abatere in raport cu prevederile constructive recomandate de STAS 10107/0-90 consta in faptul ca pe lungimea zonei de transmitere a armaturilor active nu sunt prevazute armaturi speciale pentru preluarea eforturilor de despicare care pot apare intre armaturi sau grupuri de armaturi, fiind asigurata preluarea integrala a acestora de beton. Aceasta abatere nu contravine practicii curente a betonului precomprimat, in acest fel evitandu-se aglomerari excesive de armaturi in zona de transmitere, garantand-se o mai buna calitate a sectiunii de beton. De altfel, fisurile care s-au observat la decofrare nu au un traseu specific eforturilor de despicare intre armaturi si sunt adiacente nervurilor.
Traseul fisurilor indica o tendinta de despicare a zonei de capat prin indepartarea celor doua nervuri, astfel incat avand in vedere investigatiile precizate mai sus, s-a efectuat o analiza a tehnologiei de executie si a materialelor puse in opera. Din prezentarea efectuata de reprezentantii producatorului, reiese ca tehnologia de executie prevazuta prin proiectul tip este respectata, singura abatere fiind inregistrata la turnarea betonului in conditii de canicula pe un cofraj metalic expus actiunii soarelui, chiar daca dupa aceea evaporarea excesiva a apei din amestecul de beton a fost prevenita cu ajutorul unor folii de mase plastice.
Continutul mare de ciment, de 600 kg/m3, in conditiile unui raport a/c=0.4, asociate unor temperaturi necontrolate pot conduce la contractii excesive ale betonului. In cazul elementelor analizate, din cele 3 tipuri de contractie pe care le sufera betonul, respectiv plastica, endogena si datorata uscarii dupa decofrare, primele doua au putut conduce la aparitia fisurilor analizate, dupa cum urmeaza:
§ contractia plastica: turnarea betonului intr-un cofraj metalic incins a condus la pierderea unei cantitati insemnate de apa prin evaporare; datorita continutului bogat in parte fina, migrarea apei in betonul proaspat devine tot mai dificila, astfel incat apare un fenomen de contractie locala materializata prin fisurarea betonului in echilibru cu mediul, materialul fiind supus unei contractii plastice inaintea prizei;
§ contractia endogena: in timpul prizei si intaririi, deformarea libera a betonului este controlata in principal de doi parametrii locali - temperatura si continutul de apa; temperatura betonului poate evolua in timp fie datorita reactiei de hidratare (reactie exoterma), fie prin diferenta de gradient termic cu restul structurii sau mediul ambiant; variatia temperaturii se regaseste in deformatiile libere ale betonului, proportionale cu un coeficient dat (coeficientul de dilatare termica, care se diminueaza pe masura ce reactia de hidratare avanseaza); de asemenea, continutul de apa libera poate varia datorita unor factori endogeni (prin hidratare se fixeaza o parte din apa disponibila) sau exogeni (prin transfer de umiditate cu mediul).
3. CONCLUZII

Deformatiile unitare datorate contractiei plastice si endogene pot sa ajunga pana la valori de circa 0.5¸0.6 ‰. In cazul analizat, aceste deformatii unitare excesive au condus la stari de eforturi parazite, materializate in cele din urma prin fisurarea locala a elementelor. Daca in zona centrala a elementelor in placa este prevazuta o carcasa a carei armatura transversala (perpendiculara pe directia principala a fisurilor) este A 4/180 STNB, in zona de racord a blocului de ancorare cu placa este prevazuta o carcasa a carei armatura pe directia transversala este cu circa 50 % mai redusa. Astfel, fisurile nu s-au produs in placa superioara situata in campul elementului, care este mai puternic armata si cu un cofraj mai deformabil, ci in zona de capat, unde in conditiile unei cantitati mai reduse de armatura deformatiile au fost restrictionate (impiedicate) de un cofraj mai rigid.
Elementele ECP 18 investigate, fabricate potrivit proiectului tip 5041 elaborat de IPCT Bucuresti, satisfac atat exigentele de exploatare cat si cele de siguranta impuse prin Legea nr. 10/1996 privind calitatea in constructii si prin documentele tehnice normative in vigoare.
Fisurile atipice aparute la extremitatile unor elemente se datoreaza suprapunerii urmatorilor factori: contractia plastica si endogena datorata turnarii betonului proaspat in tiparele metalice incinse de actiunea razelor solare, in conditiile mai slabei armari la partea inferioara a zonei de racordare a blocului de rezemare (sectiune plina) cu zona mediana (sectiune chesonata).
Pentru a se preveni in viitor aparitia unor astfel de fisuri, se recomanda ferirea tiparelor de actiunea solara pe vreme calda si inlocuirea barelor A 3/150 STNB cu bare A 4/150 STNB in zona fisurata.
La punerea in opera a acestor elemente este recomandabila matarea fisurilor cu mortar de ciment.

4. BIBLIOGRAFIE

a1i Metodologie de incercare a prototipurilor si seriei zero la elementele prefabricate din punct de vedere al comportarii la solicitari statice, indicativ C 181-1998.
a2i STAS 10107/0-90: Calculul si alcatuirea elementelor structurale din beton, beton armat si beton precomprimat.
a3i ENV 1992-1-1 Eurocode 2: Design of Concrete Structures, Part. 1 General rules and rules for buildings.