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Il documento ACI 224R-16 dell'American Concrete Institute fornisce linee guida complete per gli ingegneri per valutare e controllare la crepatura in componenti concreti in diverse condizioni di carico e ambientale. Capire come calcolare correttamente e limitare le larghezze di crack assicura che le strutture mantengano la loro integrità, resistere alla corrosione dei requisiti di rinforzo e di protezione estetica.

Comprendere l'importanza del controllo della larghezza di Crack

Il ceppo in cemento armato è un fenomeno inevitabile che si verifica a causa della debolezza intrinseca della trazione del cemento. Mentre il cemento presenta un'eccellente resistenza alla compressione, la sua capacità di trazione è significativamente inferiore, in genere solo circa il 10% della sua forza di compressione. Quando gli stress trasali superano la resistenza alla trazione del cemento, le crepe formano.

La preoccupazione primaria di larghezze di crepa eccessiva è il potenziale per la corrosione di rinforzo in acciaio incorporato, che può influenzare significativamente l'aspetto della struttura e ridurre la sua durata di servizio. Quando le crepe sono troppo larghe, forniscono vie per l'umidità, l'ossigeno, i cloruri e altri agenti aggressivi per raggiungere l'acciaio rinforzante.

Oltre alle preoccupazioni strutturali, il controllo della larghezza di crepa è essenziale per mantenere l'aspetto estetico delle superfici in cemento a vista. Le ampie fessure incerte possono diminuire l'appeal visivo del cemento architettonico e sollevare preoccupazioni tra i proprietari di edifici e gli occupanti sulla sicurezza strutturale, anche quando le crepe non rappresentano una minaccia strutturale immediata.

Panoramica delle linee guida ACI 224R-16 ed evoluzione

Il documento ACI 224R ha subito diverse revisioni dalla sua pubblicazione iniziale nei primi anni '70, con ogni iterazione che incorpora nuovi risultati di ricerca e esperienza pratica. La prima edizione è stata pubblicata dal comitato ACI 224 sul cracking, e gli obiettivi della relazione sono di dare le principali cause di cracking in criteri e procedure di controllo della crepa rinforzati e previsti.

Il rapporto presenta le principali cause di cracking e procedure di controllo delle crepe consigliate, che coprono il controllo della cracking a causa dell'essiccazione del restringimento e del controllo delle crepe nei membri flessori, sovrapposizioni e costruzione di calcestruzzo di massa in dettaglio. Il documento serve come una risorsa completa per gli ingegneri strutturali, fornendo sia lo sfondo teorico che la guida pratica per il controllo delle crepe in vari tipi di strutture concrete.

Ambito e copertura di ACI 224R

Il documento copre il controllo di cracking in membri flessografici, il controllo delle crepe in lastre e piastre a due vie, larghezze di crepa tollerabili rispetto alle condizioni di esposizione in cemento armato, la fessura flessorale in calcestruzzo prestressato, la fesura di ancoraggio-zona in calcestruzzo prestressato, il controllo delle crepe in travi profonde e la rottura della tensione.

Le linee guida sottolineano che il controllo delle crepe deve essere raggiunto attraverso un corretto dettaglio piuttosto che solo attraverso il calcolo. La base per i codici di pratica per limitare la cracking del carico di servizio è radicata nelle equazioni per prevedere larghezze di crepa, e la tendenza nel design del calcestruzzo rinforzato e prestressato è quella di fornire un corretto dettaglio, come la fornitura di rinforzo minimo e la corretta selezione dei diametri delle barre, spaziatura delle barre e riduzione del restringimento.

Widths di merletto tollerabile basato sulle condizioni di esposizione

Uno degli aspetti più pratici dell'ACI 224R è la sua guida su larghezze di crack accettabili per diverse condizioni di esposizione, che aiutano gli ingegneri a stabilire criteri di progettazione adeguati in base alle condizioni ambientali che la struttura dovrà affrontare durante la sua vita utile.

Raccomandate Massime Larghezza di Crack

ACI 224R-01 fornisce linee guida per larghezze di crepa tollerabili al volto di trazione delle strutture in cemento armato per condizioni tipiche, tra cui: aria secca o membrana protettiva (0.016 pollici o 0.41 mm), umidità, aria umida, suolo (0.012 pollici o 0.30 mm), dinacitura chimica (0.007 pollici o 0.18 mm), acqua marina e spray marino, bagnatura e asciugatura (0,006 pollici o 0.15 mm), strutture

Il rapporto afferma che occorre esercitare una sentenza di ingegneria e altri fattori, come la copertura concreta, vanno considerati come elementi di revisione di tali valori, che riconoscono che la larghezza di fessura da sola non è l'unico fattore determinante della durata, e che fattori come la qualità concreta, la profondità di copertura e l'ambiente di esposizione specifico svolgono tutti ruoli importanti.

Esposizioni di classificazione

Le condizioni di esposizione elencate in ACI 224R riflettono i diversi gradi di gravità che gli ambienti differenti impongono alle strutture in calcestruzzo. Le strutture in ambienti asciutti e protetti possono tollerare crepe più ampie senza preoccupazioni di durata significativa, mentre quelle esposte ad ambienti aggressivi come la dediazione di sostanze chimiche o acqua di mare richiedono un controllo molto più stretto della larghezza di crepa.

ACI 224R-01 raccomanda una larghezza massima di 0,007 pollici (0,18 mm) per i membri esposti a sostanze chimiche de-icing.Questo limite rigoroso riflette la natura altamente corrosiva dei sali di decinatura contenenti cloruro, che possono avviare e propagare rapidamente la corrosione dell'acciaio rinforzante quando penetrano attraverso crepe.

Per le strutture di conservazione dell'acqua, la larghezza massima consigliata di 0,004 pollici (0,10 mm) è ancora più restrittiva. Questo controllo stretto è necessario non solo per prevenire la corrosione, ma anche per ridurre al minimo la perdita di acqua attraverso il cemento, che è un requisito di manutenzione primaria per serbatoi, serbatoi, e strutture simili.

Fattori che interessano lo sviluppo della larghezza di Crack

La larghezza delle crepe che si sviluppano in elementi in cemento armato è influenzata da numerosi fattori intercorrelati: capire questi fattori è essenziale sia per prevedere larghezze di crepa che per implementare efficaci misure di controllo della crepa durante la progettazione e la costruzione.

Caratteristiche di rinforzo

La quantità, la distribuzione e le caratteristiche dell'acciaio rinforzante influiscono significativamente sullo sviluppo della larghezza di crepa. Un adeguato rinforzo, utilizzato in quantità adeguate, ridurrà il numero e le larghezze delle crepe, distribuendo i ceppi di restringimento lungo il rinforzo attraverso le sollecitazioni di legame, in modo che un maggior numero di crepe strette avvenga invece di alcune ampie crepe.

I tre parametri importanti nella fessura flessorale sono lo stress, la copertura e la spaziatura a barre; di questi, lo stress in acciaio è il parametro più importante. I livelli di stress più elevati nel rinforzo a carichi di servizio portano a una maggiore tensione e quindi a fessure più ampie.

Le barre che sono distanziate troppo lontano non possono distribuire efficacemente le crepe, con conseguente meno ma più ampie crepe. Al contrario, la distanza più stretta della barra promuove la formazione di più numerose ma più strette crepe, che è generalmente più auspicabile sia da prospettive di durata che da prospettive estetiche.

Il diametro della barra influisce sulla larghezza della crepa attraverso la sua influenza sulle caratteristiche del legame e sull'area efficace del cemento in tensione che circonda ogni barra. Le barre di diametro più piccole generalmente forniscono un migliore controllo della crepa rispetto alle barre più grandi con l'area totale dell'acciaio equivalente perché possono essere distribuite più efficacemente durante la zona di tensione.

Rivestimento della copertura in calcestruzzo

Il rivestimento in cemento sopra l'acciaio rinforzante, la dimensione della barra, la geometria superficiale della barra di rinforzo e la distribuzione dell'acciaio nella zona di tensione sono fattori importanti che influiscono sulle larghezze di crepa.

Da una prospettiva di larghezza di crepa, una maggiore profondità di copertura generalmente si traduce in fessure di superficie più ampie per un dato livello di sforzo di rinforzo. Ciò si verifica perché la crepa deve propagarsi attraverso uno spessore maggiore di cemento dal livello di rinforzo alla superficie. Tuttavia, questa relazione è complessa, poiché la copertura adeguata è anche essenziale per la durata e la protezione dalla corrosione.

Il fattore principale che interessa la larghezza di crepa è la distanza dal punto calcolato alla barra d'acciaio più vicina, cioè lo spessore della copertura di cemento; la larghezza di crepa di superficie è solo formata dallo stress irregolare e dalla deformazione del cemento intorno alla barra d'acciaio. Questa comprensione forma la base per i metodi di calcolo della larghezza di crepa che considerano il gradiente di sforzo dal rinforzo alla superficie di cemento.

Condizioni di caricamento e livelli di stress

Le condizioni di carico determinano i livelli di stress sia in calcestruzzo che in rinforzo, che influiscono direttamente sull'estrazione che provoca crepe da aprire.

La storia di carico conta anche. I carichi prolungati possono portare a effetti dipendente dal tempo come il strisciamento e il restringimento, che possono causare crepe per allargarsi nel tempo anche se il carico applicato rimane costante.

Proprietà e Mix Design in calcestruzzo

Le proprietà del calcestruzzo stesso influiscono significativamente sul comportamento di cracking. La resistenza alla trazione del cemento determina quando le crepe si formano prima, mentre il modulo di elasticità influenza la distribuzione di tensione tra il cemento e il rinforzo.

Le caratteristiche di rinforzo del mix di cemento sono particolarmente importanti: poiché l'essiccazione avviene non uniformemente dalla superficie verso il nucleo di cemento, il restringimento creerà tensioni interne di trazione vicino alla superficie e la compressione nel nucleo, e il restringimento differenziale può causare la deformazione e le crepe di superficie.

Gli aggregati con maggiore rigidità forniscono maggiore resistenza al restringimento, riducendo potenzialmente le larghezze di crepa ma aumentando eventualmente il numero di crepe. Il rapporto tra acqua e cemento, il contenuto e l'uso di materiali cementizi supplementari influenzano tutte le caratteristiche di restringimento del calcestruzzo e la resistenza alla trazione.

Fattori ambientali

Le variazioni di temperatura causano l'espansione termica e la contrazione, che possono indurre tensioni e crepe. Le gocce di temperatura rapide sono particolarmente problematici, in quanto possono causare contrazione termica che supera la capacità di trazione del calcestruzzo.

L'essiccazione è un processo lento, e può richiedere molti anni prima che il ritiro definitivo sia raggiunto perché la perdita di acqua dal cemento temperato è graduale. Le strutture in climi secchi sperimentano un'essiccazione più rapida e estesa, potenzialmente portando a una più grave rottura di restringimento.

Quando il cemento cerca di restringere o contrarsi a causa di essiccamento o di cambiamenti di temperatura, qualsiasi restrizione a questo movimento induce tensioni trasligenti. Lo stress trasile indotto da restrittivo restrittivo di essiccamento si riduce con il tempo a causa di strisciamento o stress rilassamento, e le crepe si sviluppano solo quando lo stress trazione netto raggiunge la resistenza alla trazione del cemento.

Basi teorica per la Predizione della Larghezza di Crack

Comprendere i meccanismi teorici dietro la formazione e la propagazione della crepa è essenziale per sviluppare metodi di previsione precisi. Due teorie primarie sono state sviluppate per spiegare il comportamento della larghezza di crepa in cemento armato: la teoria del vincolo e la teoria del no-slip.

Teoria di Bond-Slip

La teoria del paranco fu proposta da R. Saligar nel 1936 e detiene che la crepa dipende principalmente dalla forza di legamento tra barra di acciaio e cemento; nella sezione incrinata, il fallimento del legame avviene tra la barra di acciaio e il cemento, e quando la barra di acciaio allunga, i rimbalzi di cemento e produce relativa slittamento.

Secondo questa teoria, la larghezza di crepa è essenzialmente uguale alla relativa scivolo tra la barra di rinforzo e il cemento circostante nella posizione di crepa. Lo stress di legame tra l'acciaio e il cemento varia lungo la lunghezza della barra, essendo più alto nella posizione di crepa e diminuendo con la distanza dalla crepa. Questa variazione dello stress di legame provoca il movimento differenziale che si manifesta come larghezza di crepa alla superficie di cemento.

Teoria di nosci

La teoria del no-slip è stata stabilita negli anni '60 e presuppone che la larghezza di crepa sulla superficie della barra di acciaio sia zero, utilizzando il gradiente di tensione dalla barra di acciaio della sezione crackata alla superficie della struttura come il meccanismo per calcolare la crepa, e il metodo di teoria elastica può essere utilizzato per calcolare la differenza di sforzo tra la barra di acciaio e una certa posizione per determinare la larghezza di crepa a quella posizione.

Questa teoria assume che all'interno della gamma di larghezza di crepa consentita, si possa ignorare la relativa scivolo tra barre di rinforzo deformate e cemento. Invece, la larghezza di crepa è calcolata in base al gradiente di sforzo che si sviluppa dal livello di rinforzo alla superficie del cemento.

Sviluppo delle equazioni di larghezza di Crack

L'equazione di Gergely-Lutz è stata sviluppata nel 1968 attraverso analisi statistiche sui dati di test di crack di sei gruppi di membri flessonici per determinare l'importanza di ogni fattore di influenza, con i principali fattori che determinano la larghezza di crepa, compreso lo spessore della copertura di cemento, l'area trasversale effettiva del cemento traslato, il numero di barre di acciaio, il grado di tensione trasversale

Queste equazioni in genere incorporano parametri come lo stress in acciaio, copertura in cemento, spaziatura a barre e l'area di tensione effettiva di cemento che circonda ogni barra. I coefficienti in queste equazioni sono derivati dall'analisi di regressione dei dati sperimentali, assicurando che le previsioni corrispondano ragionevolmente alle larghezze di crepa osservate nei campioni testati.

Metodologie di calcolo della larghezza del collo

ACI 224R e documenti correlati presentano diversi approcci per il calcolo e il controllo delle larghezze di crepa nelle strutture in cemento armato, che vanno dal calcolo diretto della larghezza di crepa al controllo indiretto attraverso limitazioni di spaziatura.

Calcolo della larghezza del cranio diretto

I metodi di calcolo diretti tentano di prevedere la larghezza effettiva di crepa che si svilupperà in condizioni di carico di servizio, che in genere comportano la determinazione della tensione nel rinforzo e nel cemento, quindi utilizzando equazioni empiriche per valutare la larghezza di crepa risultante alla superficie di cemento.

L'approccio generale comporta diversi passaggi. In primo luogo, il momento di carico o la forza del servizio è determinato in base a carichi non fabbricati. Successivamente, lo stress nel rinforzo nella posizione di crepa è calcolato utilizzando l'analisi della sezione trasformata o altri metodi appropriati. Il ceppo di rinforzo viene poi calcolato dallo stress utilizzando il modulo di elasticità dell'acciaio. Infine, questa varietà viene utilizzata in combinazione con parametri geometrici (copertura, spaziatura, diametro della barra) per calcolare la larghezza di crepatura prevista.

Una forma semplificata di calcolo della larghezza di crepa può essere espressa come relativa alla larghezza di crepa alla differenza di tensione tra il rinforzo e il cemento, moltiplicata per una lunghezza caratteristica che dipende dalla spaziatura e dalla distribuzione del rinforzo. La formulazione specifica varia a seconda del codice o della linea guida che segue, ma il principio fondamentale rimane coerente in diversi approcci.

ACI 318 Approccio di Spaccatura

Attualmente, i requisiti ACI 318-14 si basano sulla convinzione che può essere fuorviante calcolare le larghezze di crack esplicite, data la variabilità intrinseca in cracking, e la base di progettazione è stata commutata negli ultimi anni alla premessa che la larghezza di crepa non è direttamente legata alla durata a lungo termine, con profondità di copertura e qualità concreta essendo di maggiore importanza, in quanto può essere fuorviante per utilizzare un metodo di progettazione che prevede di calcolare efficacemente le larghezze.

Il controllo del crack è ottenuto in ACI 318 attraverso l'uso di un criterio di spaziatura per il rinforzo dell'acciaio che si basa sullo stress in condizioni di servizio e sulla copertura chiara sulle barre. Questo approccio riconosce le difficoltà pratiche e le incertezze inerenti alla previsione di larghezze di crack esatte e si concentra invece sul controllo dei parametri noti per influenzare la cracking.

Il metodo di limitazione della spaziatura fornisce la massima spaziatura consentita tra barre di rinforzo in funzione dello stress in acciaio calcolato a carichi di servizio e della copertura in calcestruzzo.

Parametri in Crack Width Equations

Indipendentemente dal metodo di calcolo specifico utilizzato, diversi parametri chiave appaiono costantemente in equazioni di previsione della larghezza di crepa:

  • Steel stress (fs): Lo stress nel rinforzo a carichi di servizio, tipicamente calcolato in base a momenti o forze non fabbricati.
  • Copertina di cemento (dc o cc):[ La distanza dal centro della barra di rinforzo alla superficie di cemento più vicina.
  • ]Bar spaziatura (s): La distanza centrale-al centro tra barre di rinforzo adiacenti.
  • Effettivo spazio di tensione (A): L'area di cemento in tensione che circonda ogni barra di rinforzo, che influenza come le crepe si propagano dalla barra alla superficie.
  • Diametro a barra (db): Il diametro delle barre di rinforzo, che influisce sulle caratteristiche del legame e sulla distribuzione delle crepe.
  • Fattore beta (β):] Un coefficiente che rappresenta il gradiente di tensione dal livello di rinforzo alla fibra di tensione estrema, particolarmente importante nei membri flessori.

Calcolo della resistenza d'acciaio al carico di servizio

La determinazione accurata dello stress in acciaio in condizioni di carico di servizio è fondamentale per la previsione della larghezza di crepa. Il calcolo inizia tipicamente con la determinazione del momento di cracking della sezione, che è il momento in cui la resistenza alla trazione del calcestruzzo viene prima superata.

Una volta che si verificano crepature, il comportamento della sezione cambia in modo significativo. L'analisi della sezione incrinata richiede la determinazione della profondità dell'asse neutro e del momento dell'inerzia della sezione trasformata incrinata. Lo stress dell'acciaio può essere calcolato utilizzando il rapporto tra il momento di servizio applicato, le proprietà della sezione incrinata e la distanza dall'asse neutro al rinforzo.

Per motivi di progettazione, molti codici permettono che lo stress dell'acciaio sia approssimato come due terzi della resistenza alla resa, fornendo un approccio semplificato che evita l'analisi dettagliata del carico di servizio. Tuttavia, per previsioni di larghezza di crepa più accurate o per verifica delle strutture esistenti, il calcolo dello stress effettivo dell'acciaio basato sui carichi di servizio è preferibile.

Applicazione a diversi elementi strutturali

I principi del calcolo e del controllo della larghezza di crepa si applicano in vari tipi di elementi in cemento armato, anche se considerazioni specifiche possono variare a seconda della forma strutturale e delle condizioni di carico.

Membri flessori (soci e lastre di un solo raggio)

I membri flessografici come travi e lastre a senso unico sviluppano crepe perpendicolari alla direzione delle tensioni causate da momenti di flessione. La larghezza di crepa al volto di tensione è di primaria preoccupazione, in quanto questo è dove si verificano le crepe più ampie e dove sono più visibili.

Il comportamento di cracking in lastre spesse di una sola strada (raffronto di profondità 15-20) è simile a quello in fasci poco profondi, e per lastre di una sola via con una copertura di cemento trasparente in eccesso di 25,4 mm (1 in.), l'equazione di larghezza di crepa può essere correttamente applicata se β = 1,25 a 1.35.

In membri flessografici, la distribuzione del rinforzo è particolarmente importante: il rinforzo in basso in fasci semplicemente supportati o il rinforzo superiore sui supporti in membri continui dovrebbe essere adeguatamente distanziato per garantire un adeguato controllo della crepa.

Lastre e piastre bidirezionali

Le lastre a due vie presentano una complessità aggiuntiva perché la fessura può avvenire in più direzioni a seconda della distribuzione del momento. Il rinforzo deve essere distribuito correttamente in entrambe le direzioni per controllare efficacemente la crepa. I principi di calcolo della larghezza di crepa rimangono simili, ma l'analisi deve considerare lo stato di stress biassiale e l'interazione tra il rinforzo in direzioni perpendicolari.

Nelle lastre piane e lastre piatte, occorre prestare particolare attenzione alle regioni a strisce di colonna dove i momenti negativi sono più alti. Queste aree sono inclini a rompere sulla superficie superiore, che può essere esteticamente problematico in soffitti esposti e possono influenzare la durata se non correttamente controllata.

Membri in tensione diretta

Un rapporto separato del Comitato ACI 224 (ACI 224R) copre il controllo delle fessure in membri concreti in generale, ma contiene solo un breve riferimento alla rottura della tensione, mentre ACI 224.2R si occupa specificamente di cracking in membri sottoposti a tensione diretta.

Le equazioni possono essere utilizzate per prevedere la probabile larghezza massima di crepa in membri completamente crepati, anche se come con membri flessori, c'è una grande variabilità nella larghezza massima di crepa. I membri della tensione richiedono un'attenta attenzione alla distribuzione di rinforzo per garantire che le crepe siano ben distribuite piuttosto che concentrate in pochi luoghi.

Esempi di membri di tensione includono travi di cravatta, accordi di tensione nelle capriate, pareti o lastre soggette a restrittivi o movimenti termici. Il calcolo della larghezza di fessura per i membri della tensione è generalmente più semplice che per i membri flessografici perché la distribuzione dello stress è più uniforme, ma le conseguenze di un controllo inadeguato della crepa possono essere gravi.

Profondo di fasci e regioni sconvolte

Le travi profonde e altre regioni disturbate (D-regions) dove le sezioni piane non rimangono piane richiedono una particolare considerazione per il controllo delle crepe. La distribuzione dello stress in queste regioni è complessa e la semplice teoria del fascio non si applica.

Il rinforzo distribuito sia in senso orizzontale che verticale è tipicamente necessario in travi profonde per controllare la crepatura in tutta la regione web. Le equazioni di previsione della larghezza di crepa sviluppate per i fasci normali non possono essere direttamente applicabili, e il giudizio di ingegneria combinato con le pratiche di dettaglio adeguate diventa particolarmente importante.

Prestressed Concrete Members

I membri del calcestruzzo prefornito sono progettati per rimanere imprecisi o per avere una fessura limitata sotto carichi di servizio. Quando si verificano fessurazione in parte i membri prestressati, il calcolo della larghezza di crepa deve tenere conto degli effetti della prestressing, compreso lo stress ridotto di trazione nel cemento e la presenza di entrambi i rinforzi prestressanti e non pre-prestressati.

La larghezza di crepa nei membri prestressati è generalmente più piccola rispetto a quelle dei componenti in cemento armato comparabili a causa della prestress di compressione che deve essere superata prima che si verifichi la rottura trazione. Tuttavia, quando le crepe formano, possono essere più ampiamente distanziate, e la corretta distribuzione di rinforzo non prefornito può essere necessaria per garantire un adeguato controllo della crepa.

Considerazioni pratiche di progettazione per il controllo del crack

Mentre i calcoli di larghezza di crepa forniscono una guida quantitativa preziosa, il controllo efficace della crepa in pratica richiede attenzione a numerosi dettagli di progettazione e costruzione che vanno oltre i semplici calcoli.

Requisiti minimi di rinforzo

La quantità minima e la spaziatura di rinforzo da utilizzare nei pavimenti strutturali, lastre di tetto e pareti per il controllo della temperatura e la fessura di restringimento è data in ACI 318 o in ACI 350R. Questi requisiti minimi di rinforzo assicurano che anche quando si verificano crepature a causa di restringimento, cambiamenti di temperatura o altri effetti, le crepe saranno ben distribuite e di larghezza limitata.

Il rinforzo minimo è particolarmente importante nei membri in cui il rinforzo primario è concentrato in posizioni specifiche, lasciando altre aree vulnerabili a incontrollate crepe. Il rinforzo della temperatura e del restringimento nelle lastre, il rinforzo della distribuzione in lastre di una sola strada, e il rinforzo della pelle nelle travi profonde tutti servono a controllare la crepatura nelle regioni lontano dal principale rinforzo flessore.

Distribuzione e spaziatura di rinforzo

La distribuzione del rinforzo in tutta la zona di tensione è spesso più importante della quantità totale di acciaio fornito. Diversi bar più piccoli distribuiti in tutta la larghezza di un membro forniscono un migliore controllo della crepa rispetto a meno barre più grandi con la stessa superficie totale. Ciò è perché le barre più piccole possono essere distanziate più da vicino, riducendo la distanza tra le barre e promuovendo una migliore distribuzione delle crepe.

I limiti massimi di spaziatura nei codici servono a garantire una distribuzione adeguata, che variano in genere in base alla condizione di esposizione e al livello di stress del rinforzo.

Requisiti di copertura in calcestruzzo

La copertura in calcestruzzo serve a molteplici scopi, tra cui protezione antincendio, protezione contro la corrosione e sviluppo del legame. Da una prospettiva di controllo della crepa, il rapporto tra copertura e larghezza di crepa è complesso. Mentre una maggiore copertura fornisce una migliore protezione della corrosione creando una più spessa barriera tra il rinforzo e l'ambiente, tende anche a provocare crepe di superficie più ampie per un determinato livello di sforzo di rinforzo.

I requisiti minimi di copertura specificati in codice si basano principalmente sulle esigenze di protezione da durata e fuoco, ma i progettisti devono essere consapevoli che aumentare la copertura al di là del minimo può richiedere una più stretta spaziatura a barre o altre misure per mantenere larghezze di crepa accettabili.

Controllo degli effetti di temperatura e di degrado

ACI 224R-01 afferma che la rottura dovuta all'essiccazione del restringimento non può mai essere eliminata nella maggior parte delle strutture, ma la gravità della rottura del restringimento può essere minimizzata attraverso le pratiche di progettazione e costruzione adeguate.

Il cemento può resistere a tensioni di trazione superiori se lo stress viene applicato lentamente; quindi è auspicabile prevenire un rapido essiccazione del calcestruzzo, che può essere raggiunto utilizzando composti di polimerizzazione, anche dopo la polimerizzazione dell'acqua.

Il design della miscela di cemento svolge anche un ruolo cruciale nel controllo del restringimento. Utilizzando i rapporti di trattamento dell'acqua più bassi, incorporando materiali cementizi supplementari, selezionando aggregati con caratteristiche di basso restringimento, evitando il contenuto eccessivo di cemento, tutti contribuiscono a ridurre il potenziale di restringimento. Tuttavia, queste misure devono essere bilanciate contro altri requisiti di performance concrete come la lavorabilità, lo sviluppo della forza e la durata.

Il posizionamento comune è un'altra importante considerazione per il controllo della rottura del restringimento. Le giunzioni di controllo adeguate e dettagliate forniscono posizioni prestabilite per la formazione di crepe, impedendo la fesura casuale in tutta la struttura. La spaziatura delle articolazioni di controllo dovrebbe essere basata sul restringimento previsto, il grado di restrizione e il rafforzamento fornito.

Pratiche di costruzione

Anche con un design adeguato, le pratiche di costruzione povere possono portare a un'eccessiva crepatura.

  • Posizione e consolidamento del calcestruzzo corretto:[] Il consolidamento inadeguato può creare vuoti e piani deboli che promuovono la crepatura.
  • Adequate curing:[ L'insufficienza di polimerizzazione permette una rapida perdita di umidità e può causare una profonda fessura superficiale. La curvatura deve essere mantenuta per una durata adeguata, tipicamente almeno sette giorni per il calcestruzzo normale.
  • Protezione da rapidi cambiamenti di temperatura:[] Proteggere il calcestruzzo fresco da temperature estreme, vento e luce solare diretta aiuta a prevenire la fesura di plastica restringimento e riduce le sollecitazioni termiche di prima età.
  • Costruzione di un giunto di lavoro:[] Le giunture di controllo, le giunture di costruzione e le articolazioni di espansione devono essere adeguatamente formate e posizionate per funzionare come previsto.
  • Avotando un eccessivo restringimento:[]] Rimozione delle forme in tempi appropriati ed evitando connessioni rigide alle strutture esistenti fino a quando il cemento non ha subito la maggior parte del suo precoce restringimento può ridurre la fessura indotta dalla restrizione.

Confronto con gli standard internazionali

Mentre ACI 224R fornisce una guida completa per il controllo delle crepe nella pratica nordamericana, è importante capire come queste raccomandazioni si confrontano con gli standard internazionali, in particolare Eurocode 2, che è ampiamente utilizzato in Europa e in molte altre parti del mondo.

Eurocodice 2 Approccio

Eurocode 2 fornisce un'espressione per calcolare la larghezza di crepa in cui la larghezza di crepa del design è uguale alla massima spaziatura di crack moltiplicata per la differenza tra la tensione media nel rinforzo e la tensione media nel cemento tra crepe, con solo la tensione aggiuntiva oltre lo stato di zero sforzo del cemento allo stesso livello considerato.

L'approccio Eurocode è più esplicitamente basato sul calcolo delle attuali disposizioni ACI 318, che richiedono un calcolo diretto delle larghezze di crack previste piuttosto che basarsi principalmente sulle limitazioni di spaziatura. Il Codice Modello CEB-FIP per le strutture in cemento (1990) dà l'approccio europeo alla valutazione della larghezza di crepa e larghezze di crepa ammissibili.

Differenze nelle Widths di merluzzo consentiti

Non c'è consenso riguardo alle larghezze di crepa massime, poiché la larghezza massima consentita di crepa nei membri in cemento armato esposti ai prodotti chimici di deonazione è di 0,18 mm dal Comitato ACI 224 e 0.3 mm da Eurocode 2. Questa differenza significativa riflette diverse filosofie rispetto al rapporto tra larghezza di fessura e durata.

La raccomandazione ACI più conservatrice per la deonizzazione dell'esposizione chimica riflette l'esperienza nordamericana con gravi condizioni di congelamento-sonda combinate con un'applicazione di sale pesante. L'Eurocodice limita, mentre meno restrittiva per la larghezza di crepa da solo, pone maggiore enfasi sulla qualità del calcestruzzo e coprire la profondità come fattori di durata primaria.

Differenze filosofiche

L'evoluzione delle disposizioni di controllo delle crepe in diversi codici riflette i dibattiti in corso sull'approccio più efficace per garantire la durata. La recente tendenza in ACI 318 lontano da calcoli di larghezza di crepa espliciti verso le disposizioni basate sulla spaziatura rappresenta un riconoscimento che la larghezza di crack da sola non è un predittore affidabile della durata a lungo termine e che la variabilità intrinseca nel cracking rende difficili le previsioni precise.

Al contrario, Eurocode 2 mantiene un approccio più intensivo di calcolo, che richiede agli ingegneri di verificare esplicitamente che le larghezze di crack calcolate rimangano entro limiti specificati. Entrambi gli approcci possono essere efficaci quando correttamente applicato, e la comprensione dei principi dietro ogni fornisce agli ingegneri una prospettiva più completa sul controllo della crepa.

Argomenti avanzati nell'analisi della larghezza di Crack

Effetti dipendente dal tempo

Le larghezze di scasso non sono statiche ma possono cambiare nel tempo a causa di vari effetti dipendente dal tempo. Il rumore del cemento sotto stress sostenuto può causare la ridistribuzione dello stress tra il cemento e il rinforzo, potenzialmente incide sulle larghezze di crepa.

La corrosione del rinforzo, se si verifica, può causare crepe per allargare significativamente come i prodotti ruggine occupano un volume maggiore dell'acciaio originale. Questo crea un ciclo di feedback positivo dove fessure più ampie permettono agli agenti più aggressivi di raggiungere l'acciaio, accelerando la corrosione e causando ulteriore allargamento della crepa.

Effetto della storia di caricamento

Il caricamento iniziale ai livelli di servizio provoca crepe da formare e aprire. Dopo lo scarico, le crepe possono chiudere parzialmente ma in genere non si chiudono completamente a causa delle deformazioni residue e della formazione di detriti nella crepa. Il successivo ricaricamento provoca la riapertura delle fessure esistenti prima della forma di nuove crepe.

Il carico ciclico, come quello sperimentato dalle strutture a ponte sotto il traffico, può causare effetti di fatica che influenzano la propagazione della crepa. Mentre le larghezze di crack sotto carichi di servizio statici possono essere accettabili, l'apertura ciclica e la chiusura delle crepe possono accelerare il deterioramento e dovrebbero essere considerate in strutture soggette a un significativo carico ciclistico.

Tensione Stiffamento

L'irrigidimento della tensione si riferisce al contributo del cemento in tensione tra le fessure alla rigidità complessiva di un membro in cemento armato. Anche dopo la crepa, il cemento tra le fessure continua a portare una certa tensione attraverso il legame con il rinforzo.

L'indurimento della tensione è più significativo a bassi livelli di carico poco dopo la prima crepatura e diminuisce come aumenta il carico e più crepe forma. L'effetto diminuisce anche nel tempo a causa di strisciamento e restringimento. Mentre l'indurimento della tensione è utile per la facilità di manutenzione, è tipicamente trascurato nei calcoli di resistenza per motivi di sicurezza.

Variabilità e considerazioni statistiche

Una delle sfide della previsione della larghezza di crepa è la variabilità intrinseca nel comportamento di cracking. Anche nelle prove di laboratorio accuratamente controllate, le larghezze di crepa possono variare significativamente tra campioni nominalmente identici. Questa variabilità deriva da numerose fonti, comprese le variazioni della resistenza alla trazione, le condizioni di legame locali e la natura casuale della formazione di crepa.

Le equazioni di previsione della larghezza di scatto prevedono tipicamente una larghezza media o caratteristica di crepa piuttosto che il massimo assoluto che potrebbe verificarsi.Gli ingegneri dovrebbero riconoscere che le larghezze di crepa massime reali possono superare i valori predetti del 30% o più a causa di questa variabilità intrinseca.

Considerazioni speciali per applicazioni specifiche

Strutture di conservazione dell'acqua

Le strutture di conservazione dell'acqua come serbatoi, serbatoi e piscine richiedono un controllo particolarmente rigoroso della crepa per evitare perdite. La larghezza massima raccomandata di 0,004 pollici (0,10 mm) per queste strutture riflette la necessità di mantenere la tenuta dell'acqua e prevenire la corrosione.

Oltre a controllare le larghezze di crepa attraverso il dettaglio di rinforzo, le strutture di conservazione dell'acqua spesso impiegano altre misure come post-tensioning per mantenere la compressione nel cemento, l'uso di cemento di restringimento-compensazione per ridurre la cracking, e l'applicazione di membrane o rivestimenti impermeabilizzanti per fornire protezione aggiuntiva contro la perdita.

Ponte Deck

Il ponte di cracking è un problema comune negli Stati Uniti e colpisce la durata e la durata di servizio dei ponti in cemento armato, con ispezioni fisiche di ponti a lastre strutturali a tre stagni in Ohio rivelando crepe più larghe di 1⁄8 pollici (3,2 mm). Queste larghezze di crepa superano i limiti consigliati per le strutture esposte ai prodotti chimici di degrado.

I ponti sono soggetti a condizioni particolarmente severe, tra cui carichi pesanti, esposizione al sale di denucleazione, cicli di congelamento-squadra e trattenuti dalle travi di supporto. Il controllo efficace della crepa nei ponti richiede attenzione al dettaglio di rinforzo, alla qualità del calcestruzzo, alla corretta polimerizzazione e alle pratiche di costruzione. L'uso di rinforzi in acciaio inox o verniciato epossidica fornisce protezione supplementare della corrosione ma non elimina la necessità di un corretto controllo della crepa.

Strutture di parcheggio

Le strutture di parcheggio affrontano sfide simili ai ponti di ponte, con esposizione ai sali di deonizzazione, cicli di congelamento-squadra e carichi di veicoli. Le superfici orizzontali dei ponti di parcheggio sono particolarmente vulnerabili a cracking e successiva corrosione.

Oltre al controllo delle crepe attraverso il dettaglio di rinforzo, le strutture di parcheggio beneficiano di misure protettive come sigillanti, sovrapposizioni e membrane impermeabilizzanti.

Strutture marine

Strutture esposte a acqua di mare o acqua di mare spray faccia condizioni estremamente aggressive a causa dell'alto contenuto di cloruro di acqua di mare combinato con il ciclismo a secco. La larghezza massima raccomandata di 0,006 pollici (0,15 mm) per queste condizioni riflette il rischio di corrosione grave.

Le strutture marine richiedono un calcestruzzo di alta qualità, a bassa permeabilità, con una adeguata profondità di copertura, oltre al corretto controllo della crepa. L'uso di materiali cementizi supplementari come cenere mosca o cemento slag può migliorare significativamente la resistenza alla penetrazione del cloruro.

Valutazione e riparazione delle strutture esistenti

Quando si valutano le strutture esistenti, gli ingegneri devono valutare se le larghezze di crack osservate indicano difficoltà strutturali o semplicemente una normale crepa di serviziabilità. La posizione, l'orientamento, il modello e la larghezza delle crepe forniscono tutti indizi sulla loro causa e significato.

Valutazione del mercurio

Le fessure flessografiche perpendicolari all'asse membro nelle regioni di alto momento sono generalmente attesi e accettabili se le loro larghezze sono entro limiti raccomandati.Le crepe diagonali possono indicare lo stress di taglio e richiedono una valutazione accurata.

La fessura di mappa casuale sulle superfici indica in genere la reazione di contrazione plastica o di alcali-aggregate piuttosto che la difficoltà strutturale. La fessura di pattern nelle lastre può derivare da restrittivi o movimenti termici.

Monitoraggio del merluzzo

Per le crepe che possono indicare lo stress strutturale in corso, il monitoraggio della larghezza di crepa cambia nel tempo fornisce informazioni preziose. Semplici monitor di crepa o strumentazione più sofisticata possono monitorare se le crepe sono stabili, ampliamento o chiusura. Le variazioni stagionali della larghezza di crepa a causa dei cambiamenti di temperatura sono normali e non devono essere confuse con progressivo deterioramento strutturale.

Metodi di riparazione

Il metodo di riparazione appropriato dipende dalla larghezza di crepa, causa e significato strutturale. Le crepe dormienti di Narrow possono essere sigillate con iniezione di epossidica o poliuretano per prevenire l'ingresso di umidità e cloruro. Le crepe di Wider o quelle soggette a movimento possono richiedere sigillanti flessibili applicati alla superficie.

Per le crepe che indicano lo stress strutturale, il rinforzo può essere necessario oltre alla riparazione della crepa. Ciò potrebbe comportare l'aggiunta di rinforzo esterno, post-tensioning, o rinforzo di polimeri rinforzati con fibra. Nei casi in cui la corrosione è avvenuta, il rinforzo corroso può essere esposto, pulito o sostituito, e il cemento riparato.

Direttive e bisogni di ricerca futuri

Mentre i metodi attuali di previsione della larghezza di crepa e le disposizioni di controllo sono generalmente efficaci, la ricerca continua a perfezionare la nostra comprensione del comportamento di cracking e sviluppare approcci migliorati.

Calcessità ad alta resistenza e alta performazione

I moderni cementi ad alta resistenza e ad alte prestazioni hanno caratteristiche di cracking diverse rispetto al calcestruzzo convenzionale. Il loro più alto modulo di elasticità e il diverso comportamento di restringimento può richiedere modifiche alle equazioni tradizionali di previsione della larghezza di crepa.

Materiali di rinforzo alternativi

I rinforzi in polimero rinforzato con fibra (FRP) e altri materiali non metallici hanno proprietà meccaniche diverse rispetto all'acciaio, tra cui il modulo inferiore di elasticità e nessuna preoccupazione di corrosione. Queste differenze influiscono sul comportamento di cracking e richiedono approcci di controllo della crepa modificati. La mancanza di rischio di corrosione può consentire larghezze di crepa più ampie per essere accettabile, ma la minore rigidità del rinforzo FRP può portare a fessure più ampie per un determinato livello di stress.

Calcestruzzo rinforzato

Test esemplari con fibra esibita carichi di cracking più alti, larghezze di crepa più piccole, deflettori di media espansione più piccoli e carichi di guasto più elevati rispetto a campioni identici senza fibra, e aggiunta di fibra a cemento senza modifiche ai dettagli di rinforzo in acciaio interno si prevede di ridurre la gravità e la portata di cracking in ponti di cemento armato che dimostrano che l'aggiunta di fibra migliora la resistenza di crepa.

L'aggiunta di fibre discreti al cemento può migliorare significativamente il controllo della crepa attraverso le crepe e la distribuzione di cracking più uniformemente. La ricerca continua a ottimizzare i tipi di fibre, dosaggi e combinazioni con il rinforzo convenzionale per ottenere il controllo e la durata della crepa migliorati.

Modellazione computazionale

L'analisi avanzata degli elementi finiti e altri metodi computazionali sono sempre più utilizzati per modellare il comportamento di cracking nelle strutture concrete. Questi strumenti possono spiegare la geometria complessa, le condizioni di carico e il comportamento materiale che sono difficili da affrontare con calcoli manuali semplificati.

Attuazione pratica e documentazione

Il controllo di crack di successo richiede non solo calcoli di progettazione adeguati, ma anche una comunicazione chiara dei requisiti e della verifica che sono soddisfatti durante la costruzione.

Documentazione di progettazione

I documenti di costruzione dovrebbero chiaramente specificare i requisiti di controllo della crepa, tra cui la massima spaziatura a barre, i rapporti di rinforzo minimi, i requisiti di qualità del calcestruzzo e le disposizioni speciali per il controllo delle crepe.

Per applicazioni critiche, i calcoli di progettazione che dimostrano la conformità ai limiti di larghezza di crepa dovrebbero essere inclusi nella documentazione del progetto, che fornisce un record dell'intento di progettazione e facilita la valutazione futura se si presentano problemi di cracking.

Ispezione delle costruzioni

I controlli sul campo devono verificare che il rinforzo sia posto come dettagliato, con una corretta spaziatura, copertura e supporto. Le deviazioni che potrebbero influenzare il controllo della crepa devono essere identificate e affrontate prima del posizionamento concreto.

Valutazione post-costruzione

Dopo la costruzione, l'ispezione periodica può identificare qualsiasi cracking che supera i limiti accettabili. L'identificazione precoce dei problemi consente riparazioni tempestive prima che si verifichi un deterioramento significativo. La documentazione delle posizioni di crack, le larghezze e i modelli fornisce una linea di base per il monitoraggio futuro e aiuta a identificare qualsiasi deterioramento progressivo.

Conclusioni

Calcolare e controllare le larghezze di crepa in elementi di cemento armato è essenziale per garantire strutture durevoli e funzionali che svolgono in modo soddisfacente durante la loro vita utile. Le linee guida ACI 224R-16 forniscono un quadro completo per la comprensione del comportamento di cracking e l'attuazione di misure efficaci di controllo della crepa.

Il controllo di crack richiede la comprensione dei molteplici fattori che influenzano la crepatura, comprese le caratteristiche di rinforzo, le proprietà concrete, le condizioni di carico e l'esposizione ambientale. Mentre i metodi di calcolo della larghezza di crepa forniscono una guida quantitativa preziosa, il controllo efficace della crepa dipende infine dalla corretta attenzione ai dettagli di progettazione, alla selezione dei materiali e alle pratiche di costruzione.

L'evoluzione delle disposizioni di controllo delle crepe nei codici e negli standard riflette la costante raffinatezza della nostra comprensione del rapporto tra larghezza di crepa e durata a lungo termine.

Gli ingegneri dovrebbero avvicinarsi al controllo della crepa con una prospettiva completa che considera non solo larghezze di crack calcolate, ma anche il contesto più ampio delle prestazioni strutturali, dei requisiti di durata e delle considerazioni pratiche di costruzione.

Per ulteriori informazioni sul controllo delle crepe e gli standard di progettazione strutturale, gli ingegneri possono fare riferimento alle risorse dell'American Concrete Institute [[], dell'Associazione Portland Cement[[, e di altre organizzazioni professionali dedicate ad avanzare la tecnologia e la pratica concreta.