Planșeul din beton armat este un element orizontal ce preia forțele verticale. Aceste forțe verticale se numesc încărcări și general vorbind, ne dorim o construcție capabilă de încărcări cât mai mari, cu o rigiditate cât mai mare. De aceea am ales cazul stâlpilor și planșeelor din beton armat. Când am explicat cu ce greutate putem încărca un planșeu și în ce condiții, am lăsat de-o parte felul în care acest planșeu interacționează cu stâlpii și cu zidurile. Această interacțiune este importantă, iar aici voi explica unele limite ale interacțiunii între stâlp și planșeu.
Betonul armat este cel mai potrivit material de construcții pentru alcătuirea unui planșeu. În ceea ce privește stâlpul, acesta poate fi confecționat și din oțel sau beton prefabricat, pentru eficiență și performanță . Informațiile din acest articol sunt valabile pentru stâlpii din beton armat, dar și pentru cei confecționați din europrofile din oțel, precum cele I sau H. Alternativ, putem utiliza stâlpi compuși din oțel și umpluți cu beton armat. Oțelul va juca un rol destul de important în această explicație.
Stâlpi de beton cu o arie mărită a suprafeței de contact
Mai spuneam cu altă ocazie că un stâlp are diferite solicitări pe lungimea lui. Adică la capete este mai solicitat decât în centrul. De aceea etrierii la extremitățile stâlpilor sunt mai deși. Asta ne-ar îndemna să îngroșăm stâlpul de beton la capete, sau să-l îngroșăm pe tot. În imaginea de mai jos puneți observa un capitel de beton într-un stâlp monolit. Făcut să pară ca o coloană formată din mai multe bucăți. Faptul că nu am îngroșat stâlpul rotund, mai înseamnă că am creat mai mult spațiu util în clădire și o încărcare redusă pe fundație.
Practic, nu ne deranjează îngroșarea stâlpului în partea de sus. Prin aplicarea acelui capitel, fiind vorba de ultimul etaj, s-a reușit evitarea utilizării grinzilor, la un planșeu destul de întins și subțire, mărirea suprafeței pe planșeul de jos, etc. Sunt o grămadă de avantaje pentru utilizarea unui capitel în capul stâlpului. Motivul pentru care nu îl utilizăm mai des are legătură cu cofrajele, dar și cu înălțimea redură a etajului. Cofrajele de beton care prevăd orice element mai puțin drept, tind să fie semnificativ mai scumpe și mai greu de montat.
Spuneam că la capate, stâplul este mai solicitat, din cauza tendinței stâlpului de a se îndoi sub încărcare. Aplicând un capitel, ca cel din imagine, reușim să reducem o partea din acest stres mecanic la capete. Știu că spuneam că jos nu putem îngroșa pentru că am influența negativ suprafața utilă cu fiecare stâlp și pe fiecare etaj, dar prin faptul că scurtăm partea de stâlp cu secțiunea mică, nu mai este nevoie să mai îngroșăm și jos, schimbându-se raportul între înălțime și grosime. Diferențele nu sunt mari, poate de un 10-30 mm la diametrul stâlpului.
Stâlpi care interacționează cu o arie de contact întărită a planșeului
În cazul clădirilor multietajate cu buget redus sau al teraselor unde înălțimea etajului este limitată, se optează pentru o întărire de oțel ascunsă direct în grosimea planșeului. Această soluție înlocuiește capitelul clasic atunci când spațiul, arhitectura sau bugetul nu permite instalarea lui. Deși capitelul este o variantă superioară deoarece optimizează atât stâlpul, cât și planșeul, inserția metalică are rolul strict de a preveni fenomenul de străpungere, oferind o alternativă compactă și eficientă.
Acest tip de consolidare este utilizat frecvent capăt de stâlp, adică la ultimul nivel sau la structurile subterane, unde condițiile de încărcare variază. La terasele blocurilor, unde sarcinile sunt mai mici și uniform distribuite, această metodă evită îngroșarea inutilă a planșeului, fără ca eventualele flexări să producă disconfort fonic. În schimb, la construcțiile subterane, inserția este vitală pentru a contracara presiunea ridicată a solului, împiedicând stâlpul să perforeze ultimul planșeu aflat în contact cu pământul de acoperire.
Pentru clădirile industriale destinate depozitării de mărfuri grele, există mai multe strategii de rigidizare care evită construcția unui planșeu excesiv de gros și costisitor. Pe lângă inserțiile de oțel, proiectanții pot alege rețele de grinzi ascunse în planșee cu goluri, sau tehnologia post-tensionării cu toroane. Toate aceste soluții tehnice au ca scop principal oprirea străpungerilor atunci când încărcare pe planșeu este mare. Însă mai căutăm și optimizarea raportului dintre greutatea proprie a structurii, capacitatea portantă și costurile de execuție.
Prevenirea străpungerilor la planșeele foarte grele
Abordarea industrială a problemei străpungerilor este ca în imaginea de mai jos. O să găsiți acel element de îngroșare a planșeului în zona de contact, pe la majoritatea clădirilor cu parcare fără grinzi. Ele se găsesc mai ales la parcările de la parter unde clădirea a fost proiectată pentru a permite accesul cu TIR-ul. Dacă punem grinzi și dorim să mai avem și suficient spațiul pentru un TIR, atunci înălțimea etajului crește prea mult. Un TIR are nevoie de un spațiu libe de minim 4,2 metri. Cu altă ocazie am scris despre dimensiunile exterioare ale TIR-urilor.
În mod normal ar fi bine să avem o înălțime minină de 4,5 metri, pentru a putea instala anumite instalații precum cele de direcționare și semnale luminoase, sistem de alarmă la incendiu, un sistem de țevi pentru stingerea incendiilor, etc. Aceste elemente sub stâlpi, deși arată destul de inestetic datorită formelor în care este turnat betonul, ne ajută să reducem înălțimea etajului cu cel puțin 50 de cm, va uneori chiar mai mult. El nu este deloc observabil la etajul superior, pe planșeu.
Din punct de vedere a costului, acest element de beton monolit care seamănă cu un capitel, economisește cei mai mulți bani, per unitate de încărcare. Ar avea sens să spun că poate fi instalat și la locuințe, mai ales la casele cu subsol sau demisol. La locuințe sunt trei tipuri de constructori. Primii sunt cei care fac planșeele mult prea subțire, iar străpungerile vin din motive evidente. Al doilea tip de constructor este cel cu grinzi mult prea adânci în raport cu grosimea planșeului, iar ultimul tip sunt cei care construiesc planșee prea groase și prea grele, cu un cost enorm.
Prevenirea străpungerilor după ce greșeala a fost deja făcută
Când se fac greșeli de dimensionare în raport cu încărcarea, sau când se schimbă destinația clădirii, se pot adăuga unele confecții metalice, pentru a simula un capitel. În imaginea de mai jos avem o situație, unde în lipsa grinzilor și a centurilor, planșeul nu putea răspunde încărcărilor. Nu era posibil montajul grinzilor și a centurilor, datorită arhitecturii și a înălțimii etajului. Clădirea este nouă și a fost proiectată greșit sau s-a dorit o post-tensionare care a eșuat din anumite motive. În continuare o să discutăm despre post-tensionare pentru că are mare legătură cu străpungerile.
Planșeele post-tensionate încorporează niște toroane foarte rezistente la tensiune, construite dintr-un oțel de trei ori mai rezistent decât o armătură normală de oțel. Această tehnică promite niște planșee cu deschideri mari, subțiri, rigide și mai ieftine. Însă două probleme rămân, ca la toate planșeele subțiri. Prima este interacțiunea cu stâlpul și posibilitatea strâpungerii atunci când aria de contact nu este suficient de mare. A doua ține de vibrarea planșeului atunci când îl încărcăm dinamic. Acele toroane poate că nu se rup, însă ele vibrează și crează disconfort, degradarea finisalelor, etc.
Aș vrea să închei cu o concluzie. Concluzia ar fi că deși planșeul de beton este foarte ieftător, de multe ori se împing lucrurile mult prea departe. Chiar dacă calculăm stâlpul și planșeele separat, și ele ies la calcul, trebuie să mai luăm în considerare și conlucrarea între elemente. În continuare vreau să vă prezint una din alternativele menționate mai devreme, de aceea am scris articolul despre planșee din beton armat cu rețele de grinzi.