'כליאת בטון' יכולה לשמש להגברת החוזק והמשיכות של הבטון. הגברת החוזק היא תוצאה מיידית של ומתבטאת בדרך כלל בעמידות מוגברת לכוח השיא. הגברת המשיכות דורשת חישובים מורכבים יותר על מנת לקבוע את יכולת העמוד לנוע או להסתובב ללא פגיעה משמעותית בחוזק.

מה שקורה זה שהבטון נלחץ ומנסה 'לברוח' דרך התרחבות של החתך. בשלב זה הFRP בעצם מתהדק ומונע את התרחבות החתך ו'מכריח' את הבטון לשאת עומס נוסף. זאת עד לשלב בו הFRP לא מצליח לשאת זאת בעצמו או שהבטון מתפורר פנימית.

יש מספר מודלים לעליית החוזק של הבטון הכלוא ובגדול זה נראה כך:

 

מסמך זה נערך ונכתב לאור הנחיות התקן האמריקאי לחיזוק רכיבים מבטון מזויין באמצעות FRP –

ACI 440.2R ולכן הוא עושה שימוש בנוסחות התקן הזה והתקנים המשלימים לו (כגון ACI 318).

 

הנחיות בסיסיות ודגשים מרכזיים:

• בשביל חישוב אצבע ניתן להניח שאפשרי לחזק עמוד לנשיאת עד 130% מתסבולתו המקורית, וגם זה בעיטוף במספר רב של שכבות. מעבר לזה זה כבר לא ישים בשל מעיכת הבטון.

כמה נקודות מרכזיות שצריך לשים לב אליהן:

א. העמוד הקיים (או לכל הפחות – החתך ללא הFRP) צריך לשאת את העומס במצב של שירות. בגלל שהFRP נכנס לפעולה רק במצבי קיצון נקודתיים אנחנו מעוניינים לשמור עליו פסיבי בעת העומס הרגיל. כדי להקפיד על כך מאמץ הבטון בעומס שירות צריך להיות עד 0.65 f'c. והמאמץ בפלדה האורכית עד 0.6fy על מנת להימנע מדפורמציות פלסטיות כתוצאה מעומס מחזורי.

ב. כדי לנצל את הFRP במלואו חשוב להקפיד על מגע רצוף עם הבטון (עיגול הפינות והחלקת הבטון) ולוודא שהסיבים של היריעה ניצבים לגמרי לציר האורך של עמוד (ולא אלכסוניים).

ג. התקן ממליץ לעבוד עם חתכים ביחס של עד 1/2 וכאשר אף מידה אינה עולה על 90 ס"מ. מעבר לזה אנו מניחים שלא נערכו ניסויים מספקים או לחילופין נערכו והוכח שכליאת הבטון לא מאוד יעילה.

ד. קיים תקן אירופאי לחיזוק בFRP וחלק מההנחיות ומההמלצות שלו שונות מדרך הפעולה האמריקאית. מומלץ ללמוד גם את התקן האירופאי כדי לקבל בטחון בפתרון המתוכנן.

 

על הכליאה:

הכליאה האפקטיבית ביותר מתקיימת בחתך עגול – בו יריעות הפחמן מפעילות לחץ אחיד מכל הכיוונים על הבטון. אולם מרבית החתכים שנעבוד איתם אינם עגולים. התקן מתייחס לכך על ידי מקדמי הפחתה הנובעים מצורת העמוד ומיחס שטח הבטון הכלוא בצורה אפקטיבית לשטח החתך המלא.

בשרטוט המצורף נראה חתך סכימטי בעל מידות b וh ואת שטח הבטון הכלוא. התקן האמריקאי מציע נוסחא לחישוב היחס בין השטחים ולפיו גם את מקדמי ההפחתה השונים.

שלבי העבודה:

1. איסוף נתונים (על החתך, העומסים, החומרים).
2. קביעת חוזק בטון רצוי.
3. מציאת המאמץ הפועל בכיוון הרדיאלי על הבטון.
4. מציאת מספר השכבות הFRP.
5. וידוא עמידה בדרישות התקן השונות.

 

1. איסוף נתונים (על החתך, העומסים, החומרים).
   • נתוני החתך:
     1. B
     2. H
     3. Rc
     4. Ag
     5. Ast (ρg)

• • נתוני חומרים:
    1. F’c
    2. Fy
  • נתוני עומסים:
    1. תסבולת קיימת
    2. עומס שימושי חדש
    3. עומס הרס חדש (תסבולת רצויה)

• • נתוני FRP:
    1. Tf
    2. Ef
    3. Ffu*
    4. εfu*

2. קביעת חוזק בטון רצוי.

כאמור, העלאת תסבולת החתך קורית על ידי העלאת כושר הנשיאה של הבטון והגדלת החוזק שלו כתוצאה מהעיטוף. לכן אנחנו צריכים לקבוע את החוזק המינימלי של הבטון שייתן לנו מענה לעומס ההרס החדש – זאת על ידי חילוץ החוזק מהנוסחא לתסבולת עמוד בלחיצה בACI-318.

מקרא:

3. מציאת המאמץ הפועל בכיוון הרדיאלי על הבטון.

לאחר שמצאנו את המאמץ הדרוש בבטון בכיוון הצירי – אנו צריכים למצוא את המאמץ הנובע ממנו שיתפתח בכיוון הראדיאלי. נוסחא 12-3 מספקת את הקשר הנ"ל

כאשר Ka הוא מקדם הנובע משטח הבטון הכלוא בפועל והמידות של החתך. – נדון בו בהמשך.

4. מציאת מספר השכבות הFRP.

בשביל למצוא את 'שטח החתך' של הFRP הדרוש לנו (למעשה את מספר השכבות של הFRP) אנו בעצם מתרגמים את המאמץ הראדיאלי בבטון לכוח שפועל על הFRP. נוסחא 12-4 מספקת לנו את הקשר הזה

כדאי לשים לב לחישוב הε. התקן משתמש בנוסחא 12-5 לקביעת העיבור האפקטיבי בFRP, כאשר הוא מרשה לקחת את Ke כ0.55.

זה גבול עליון של העיבור המותר בFRP. אנחנו יכולים להגביל יותר את העיבור כדי להיות על צד הביטחון. מן הסתם נשלם על כך בתוספת של יריעות.

בחתך לא עגול הD מחושב על פי נוסחא 12-8:

5. וידוא עמידה בדרישות התקן השונות.
   1. כדי שהכליאה תהיה אפקטיבית מספיק יש לוודא שהבטון מרגיש לחץ של לפחות 8% מחוזקו (fl/f'c). פחות מכך ולא ניתן יהיה להתייחס לבטון כ'כלוא'.
      
   2. לצורך וידוא עמידות הבטון אנחנו דורשים גם שהעיבור בבטון הכלוא לא יהיה גדול מ0.01 ולכן אנחנו בודקים אותו בהתאם לנוסחאות הבאות:
      

 

אם עומדים בכל התנאים – החיזוק אפשרי!

המקדמים הגאומטריים:

יש לשים לב:

• ככל שרדיוס העיגול גדל – המקדמים הללו גדלים (עד 1 בחתך עגול לגמרי) לעומת זאת חתך מרובע לגמרי שואף ל 0.333.
• חתך מלבני עשוי אמנם להגדיל את היחס Ae/Ac אך המקדמים עצמם יקטנו בשל יחס הצלעות.
• אחד הפרמטרים המשפיעים ביותר על המקדמים הוא רדיוס העיגול. ככל שהרדיוס גדל החתך דומה יותר לחתך עגול ויעילות הכליאה משתפרת. מומלץ לא לרדת מרדיוס של 25 ממ, ובמידת האפשר לעלות לכיוון 40-50 מ"מ.
  

מקדם הפחתה של יעילות כליאת הבטון. המקדם קטן ככל שיחס הצלעות גדל ומבטא את היעילות הפוחתת של הכליאה (שאומר שלמעשה עבור אותה כמות יריעות נצליח ליצור כליאה פחות טובה).

מקדם הגדלה לעיבור בבטון הכלוא. כלומר ככל שיחס הצלעות גדל כך אנחנו מתקרבים בצעדים גדולים יותר למגבלה של 10 פרומיל.