Acest articol este un material de suport pentru alte articole în care am să explic cum și de ce se armează betonul într-un mod anume. În unele articole explic armarea stâlpilor de beton, în altele vorbesc despre armarea corectă a planșeelor și tot așa. Este important să înțelegeți povestea betonului pentru a înțelege slăbiciunile lui. Odată înțelese, aceste slăbiciuni îți vor indica locul unde trebuie amplasată armătura. Cantitatea de armătură necesară și felul în care trebuie să abordezi amplasarea armăturii în funcție de forma elementului de beton se va face în urma unor calcule.
[adinserter block=”3″]
Într-un fel, în acest articol arăt problemele, iar în articole viitoare arăt soluțiile pentru fiecare tip de element în parte. Informațiile pot fi utilizate și la armarea pereților din cărămidă, armarea ipsosului de modelaj sau la armarea șapelor pe bază de ciment. În acest text vei pune accentul pe armarea cu bare, adică clasicele bare din oțel striat și nestriat. Armarea cu toroane sau cu fibre urmează să fie explicată atunci când le vine rândul, acelea acționând un pic diferit și un pic specializat. Le separ pentru că nu doresc să confundați unele principii de funcționare.
Ce este betonul armat?
Betonul armat este un material de construcții compus din beton, un material foarte rezistent la compresiune și din alt material care este foarte rezistent la tensiune. Astfel de materiale rezistente la tensiune sunt metalele și polimerii. Orice metal poate fi considerat pentru armarea betonului, dar cel mai des utilizat este oțelul de aproximativ 500 de Newton sub formă de bare de armătură sau cel de 1300-1700 de Newton, sub formă de toroane. Altfel spus, aceste toroane sunt niște șufe confecționate dintr-un oțel foarte tare și foarte rezistent la tensiune.
[adinserter block=”3″]
În locurile unde oțelul nu poate fi utilizat, se utilizează polimeri sintetici care au forma unor fire scurte și foarte subțiri sau sub formă de bare similare cu cele din oțel. Polimerii sunt mase plastice extraordinar de rezistente la tensiune. Betonul protejează armătura, de oxidare și de acțiunea unor compuși chimici, iar oțelul protejează betonul de fisuri. Se spune că aceste două materiale conlucrează, alcătuind un material nou. Betonul armat este cu adevărat materialul secolului 20. Din perspectiva mea, poate fi considerat și materialul secolului 21, pentru structuri subterane.
Întotdeauna vă voi recomanda să construiți fundația unei structuri din beton armat. În momentul de față, pur și simplu, nu avem un material mai bun. Sau cel puțin nu avem unul viabil din punct de vedere financiar. Spun asta pentru că există compuși poliuretanici, ca spuma folosită la instalarea ferestrelor, care pot înlocui partea de clădire din betonul armat scufundată în sol. Însă aceste soluții au niște prețuri colosale. Mai au niște implicații ecologice odată cu dezafectarea clădirii. În sens larg, betonul armat și nearmat rămâne în continuare cea mai bună soluție pentru fundații.
Cum s-a ajuns la armarea betonului?
Betonul este un material foarte rezistent la compresiune. La tensiune însă, el nu prea ne oferă cine știe ce avantaje. Acest lucru este valabil și pentru cărămidă, piatră sau mortar. Toate au o rezistența foarte mare la compresiune, dar una neglijabilă la tensiune. În imaginea de mai jos o să vedem cum arăta un planșeu înainte să existe betonul armat. Tehnologia utilizată la construirea acestei clădiri este foarte diferită de cea utilizată la clădirile moderne. Pereții nu par așa de diferiți, însă tavanul da. Sunt dezavantaje majore și ineficiențe grosolane dacă alegem să construit ca în antichitate.
[adinserter block=”3″]
Însă, construcțiile subterane folosesc în continuare această tehnologie. De aceea am ținut neapărat să o și cunoașteți. În imagine avem o structură construită din materiale rezistente la compresiune. Piatra, cărămida și mortarul care le leagă, au aproximativ aceeași slăbiciune la tensiune. Tavanul pe care îl vedeți este o succesiune de cărămizi care transmit compresiunea din centrul acestui gang, vezi linia albastră subțire, spre margini. Încărcarea se împarte în mod egal pe două direcții așa cum indică săgețile albastre.
Aceste forțe ajung în arcurile de cerc amplasate pe stâlpi și sunt descompuse în mod egal, pe direcția săgeților roșii. Forță ajunge la rândul ei să apese vertical în jos. Prin intermediul stâlpului încărcarea este transmisă în fundație și în sol, vezi săgeata verde. Mai sunt și alte lucruri de explicat mai departe sau felul în care a ajuns planșeul de sus să apese pe linia albastră, dar am vrut să vă arăt că avem doar forțe de compresiune și că cele de tensiune sunt foarte mici sau inexistente. Pentru a exista o stabilitatea structurii, clădirea este foarte rigidă, masivă, grea și scumpă.
Cum armăm betonul în general?
Întotdeauna, barele de armătură din beton sunt striate și ancorate. Țineți minte aceste două lucruri. Indiferent cum armați, întotdeauna trebuie să aveți barele de oțel striate și ancorate. În continuare am să vă explic motivul. În imaginea de mai jos avem niște mărgele. Mărgelele sunt puse pe o sfoară. Vreau să considerați că sfoara este armătura de beton, iar că mărgelele reprezintă betonul care înconjoară armătura. Fără sfoară, mărgelele se vor împrăștia peste tot. Fără mărgele, sfoara ar fi o chestie subțire, moale și practic inutilă.
[adinserter block=”3″]
Împreună, tensionând foarte mult sfora, vom obține o grindă solidă și rigidă. Sper să urmez cu un material video pentru a vă arăta cât de rezistentă este o astfel de grindă din mărgele. Se numește armătură longitudinală și arată că dacă ancorezi sfoara la capete, vei obține o tensiune în bare de oțel când betonul încearcă să cadă jos. Se va întâmpla dacă sfoara se va rupe, sau va fi tăiată intenționat. Eu cred ca toate mărgelele se vor împrăștia pe jos. Cu alte cuvinte, elementul nostru de beton armat va ceda instant. Practic el va înceta să mai fie armat.
Vom încerca să limităm o astfel de tragedie prin a crea o ancoră, o fixare la fiecare mărgea. Aici intervine striația. Dacă bara de oțel este striată, iar betonul a fost corect compactat și vibrat în jurul ei, el va ține cu dinții de această bară de armătură chiar dacă bara a fost tăiată. Armarea betonului cu bare prea groase, poate împiedica această îmbrațișare corectă a armăturii de către beton. Motivul este că suprafața de contact între beton și oțel este prea mică. Pentru a rezolva problema, vom utiliza mai multe bare mai subțiri. Și uite așa, am comprimat 800 de pagini, în 300 de cuvinte.
Cât oțel și cât beton este necesar?
Am spus mai devreme că este greșit să supraarmăm betonul. Peste nivelul de 1% oțel, din volumul total al elementului de beton armat, înseamnă că supraarmăm. Am să vă explic de ce spun asta. Betonul conlucrează cu oțelul. Dacă comprimăm betonul peste capacitatea lui la compresiune, acesta va ceda violent, sub forma unui șoc. Pe noi ne interesează să armăm simetric. Adică capacitatea de compresiune a betonului trebuie să fie egală cu capacitate de tensiune a oțelului. Altfel, oțelul va zdrobi betonul când acesta va fi supus unei încărcări extraoridinare.
[adinserter block=”3″]
O astfel de încărcare este un cutremur, sau o explozie sau o alunecare de teren. Acum am să vin cu o informație nouă care contrazice rândul de mai sus. Dacă reacția de spargere a betonului este una violentă, oare a oțelului va fi la fel? Răspunsul este nu. Oțelul este un material care se alungește destul de mult înainte să se rupă. El are 4 limite, de proporționalitate, elastică, plastică și de rupere. În articolul Limitele care au loc la întinderea oțelului din armătură, am vorbit pe larg despre aceste limite. Noi căutăm să avem un element de beton armat, care ne anunță atunci când cedează.
Avertizarea vine când oțelul se alungește exagerat, iar crăpăturile din beton devin sesizabile. Țineți minte cele 3 argumente. Primul este că urmărim să avem doar 1% oțel din volumul total al elementului de beton armat, al doilea este că elementul trebuie să fie simetric proporționat, adică compresiunea să fie egală cu tensiune pe direcția de exploatare și al treilea, oțelul să cedeze primul, nu betonul. Practic argumentul trei îl modifică un pic pe al doilea în favoarea betonului pentru o comportare mai sigură a elementelor din beton armat.