Żelbet

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Przekrój przez żelbet – widoczny pręt stalowy w otaczającym betonie

Żelbet (żelazobeton) – kompozyt strukturalny składający się z betonu wzmocnionego zbrojeniem lub jednym elementem stalowym zwanym wkładką stalową[1]. Żelbet formuje się w elementy konstrukcyjne lub całe obiekty monolityczne za pomocą form drewnianych (szalowanie), stalowych lub plastikowych. Nazywany jest czasem wynalazkiem XIX wieku[2].

Tak wykonane połączenie tych dwóch materiałów jest powszechnie stosowane w budownictwie, a prawie niezauważalne w architekturze.

Beton jest materiałem przenoszącym naprężenia ściskające, jednak jego wytrzymałość na rozciąganie jest bardzo mała. Stal w elemencie żelbetowym przenosi głównie naprężenia rozciągające, choć często stosuje się zbrojenie ściskane. Połączenie stali i betonu pozwala budować konstrukcje różnego typu. Do zbrojenia stosuje się wkładki w postaci prętów, lin, strun, kabli i siatek. Można spotkać także konstrukcje ze „sztywnym zbrojeniem”, tzn. takie, w których elementy stalowe o dużych przekrojach (np. dwuteowniki, ceowniki) są wykorzystane jako rdzeń, np. w słupie żelbetowym.

Właściwa współpraca betonu i stali w konstrukcji możliwa jest dzięki przyczepności betonu do stali (w celu jej zwiększenia stosuje się pręty żebrowane) oraz zbliżonej rozszerzalności termicznej obu materiałów.

Do zalet żelbetu, jako materiału konstrukcyjnego, należą: ogniotrwałość, odporność na znaczne obciążenia statyczne i dynamiczne, swoboda w kształtowaniu elementów, duża odporność na korozję (przy zachowaniu właściwej otuliny wkładek stalowych i poprawnym zagęszczeniu układanej mieszanki betonowej). Odporność na wpływy atmosferyczne można podnieść wykonując stosunkowo tanie zabezpieczenie powłokowe. Zabezpieczenia te stosuje się przede wszystkim w konstrukcjach mostów, wiaduktów i stropów dachowych.

Nazwa[edytuj]

Funkcjonują współcześnie dwie nazwy materiału: żelbet i żelazobeton. Poza tym w Słowniku języka polskiego PWN z lat 1958–1969 pod red. W. Doroszewskiego figuruje określenie „żelbeton”[3]. Współczesny Słownik języka polskiego PWN nie wyszczególnia tego określenia, a jedynie „żelazobeton”[4] i „żelbet”[5].

Podział[edytuj]

BGPŁ – dawny magazyn zakładów Towarzystwa Akcyjnego Wyrobów Wełnianych Fryderyka Wilhelma Schweikerta z 1912 roku - jeden z pierwszych budynków żelbetowych w Europie.

Ze względu na sposób współpracy wkładek stalowych z betonem rozróżnia się:

  • żelbet – szkielet z prętów stalowych (zbrojenie) układa się w deskowaniu (szalunku) na miejscu wbudowania elementu (na budowie) lub w formie (w wytwórni prefabrykatów) i zalewa mieszanką betonową. Po uzyskaniu przez beton wymaganej wytrzymałości otrzymuje się element, w którym stal przenosi naprężenia rozciągające, a beton ściskające. Współpraca tych materiałów opiera się na przyczepności betonu do stali i zbliżonej wartości współczynników rozszerzalności termicznej;
  • siatkobeton – zbrojenie ma postać siatek – tkanych lub zgrzewanych, o kwadratowych oczkach o wymiarach 6–12 mm. Charakteryzuje się zwiększoną odpornością na obciążenie dynamiczne, dużą jednorodnością, zwiększonym wydłużeniem względnym i wytrzymałością na rozciąganie, dobrą szczelnością i odpornością na powstawanie rys;
  • beton sprężony – zbrojenie wykonuje się ze stali o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (stale wysokogatunkowe). Do elementu betonowego wprowadza się wstępne naprężania ściskające przez rozciągnięcie zbrojenia przed zabetonowaniem. Wprowadzone naprężenia w betonie są przeciwne do naprężeń powstających od naprężeń użytkowych. Zatem część obciążeń równoważy naprężenia wstępne. Ze względu na sposób wprowadzenia naprężeń sprężających rozróżnia się:
    • strunobeton – struny (pojedyncze druty lub ich wiązki złożone z kilku strun) napręża się w formie i stabilizuje na naciągu. Po zalaniu formowanego elementu i uzyskaniu przez beton przynajmniej 70% wymaganej wytrzymałości naciąg jest zwalniany. Stal wprowadza do betonu naprężenia ściskające – w ten sposób uzyskujemy beton sprężony;
    • kablobeton – w deskowaniu (formie) układa się kanały wzdłuż tras przebiegu kabli sprężających. Deskowanie wypełnia się mieszanką betonową. Po uzyskaniu przez beton min. 70% wartości wymaganej wytrzymałości wprowadza się kable do kanałów i naciąga się je. Kable są mocowane na końcach a kanały wypełniane zawiesiną – zaczynem cementowo-wodnym. Po związaniu zaczynu otrzymuje się element monolityczny, w którym beton i stal współpracują ze sobą. Elementy kablobetonowe można sprężać w miejscu ich wbudowania;
  • fibrobeton (drutobeton, włóknobeton) – beton zbrojony krótkimi kawałkami cienkich drutów stalowych lub z tworzyw sztucznych rozmieszczonych równomiernie w masie.

Historia[edytuj]

Most żelbetowy przy ulicy Zamojskiej w Lublinie zbudowany w 1909 roku przez Mariana Lutosławskiego
Przykład zastosowania żelbetu w budownictwie obronnym – polski ciężki schron bojowy „Sęp” wchodzący w skład Ośrodka Oporu Jastarnia

Historia żelbetu rozpoczyna się w XIX w. Jako pierwszy beton ze zbrojeniem połączył Joseph-Louis Lambot, który w roku 1848 z tego materiału zbudował barkę zaprezentowaną na wystawie w Paryżu w 1855 r. W 1867 francuski ogrodnik Joseph Monier wykonał z betonu zbrojonego siatką doniczki na kwiaty. Gdy zauważył, że nie popękały na mrozie, pomysł opatentował. Koncepcję zbrojenia betonu uzasadnił naukowo w 1892 roku francuski inżynier Francois Hennebique, w 1894 powstał w oparciu o jego teorię i jego projekt pierwszy żelbetowy most w Viggen w Szwajcarii, w tym samym roku wybudowano najstarszy most żelbetowy w północnej Polsce na Kanale Elbląskim, na drodze DrulityLepno. Elementy sprężone jako pierwszy zastosował w 1920 roku Eugène Freyssinet.

W Polsce pionierem zastosowania żelbetu w budownictwie był polski wynalazca oraz inżynier Marian Lutosławski, który w 1902 roku w Warszawie założył biuro projektowo-konstrukcyjne. Jako pierwszy w kraju opracował naukowo i praktycznie zagadnienia konstrukcji żelbetowej, a także był pionierem zastosowania tych technologii w praktyce[6]. Zaprojektował stropy żelbetowe pierwszego domu zbudowanego z użyciem tej techniki przy ul. Solec w Warszawie oraz elementy konstrukcji nośnej w kościele św. Zbawiciela w Wilnie. W latach 1908–1909 zaprojektował i zbudował dwa pierwsze żelbetowe mosty w Lublinie[7][8].

Zasada działania żelbetu[edytuj]

W pracy zginanej belki żelbetowej pod stopniowo zwiększanym obciążeniem można wyróżnić 3 fazy:

  • 1 faza, kiedy naprężenia w betonie nie przekraczają jeszcze jego wytrzymałości na rozciąganie. W tej fazie przekrój pracuje jak przekrój betonowy bez zbrojenia;
  • 2 faza zaczyna się po przekroczeniu wytrzymałości betonu na rozciąganie. W tej fazie pojawiają się rysy w strefie rozciąganej i beton przestaje pracować; do pracy włączają się pręty stalowe.
  • 3 faza to faza zniszczenia elementu, kiedy obciążenie przekracza wytrzymałość stali na rozciąganie lub betonu na ściskanie.

Zarysowanie elementu żelbetowego jest naturalne i niemożliwe do wyeliminowania, normy[9][10] nakazują jednak ograniczenie rozstawu i szerokości rozwarcia rys.

Zastosowanie[edytuj]

Żelbet jest uniwersalnym materiałem budowlanym stosowanym do budowy wszystkich elementów konstrukcyjnych – fundamentów, ścian, płyt, powłok, ścian oporowych i innych. Wiele budynków jest wykonywanych jako monolity żelbetowe. Stosowano go też do budowy fortów i schronów.

Przypisy[edytuj]

  1. Rodzaje kompozytów. [dostęp 2015-08-28].
  2. Jerzy S. Majewski: Żelbet – odkrycie XIX wieku. Murator, 2007–05-16. [dostęp 2015-08-28].
  3. Witold Doroszewski (red.): Żelbeton. W: Słownik języka polskiego PWN [on-line]. 1958–1969. [dostęp 2014-11-25].
  4. Żelazobeton. W: Słownik języka polskiego PWN [on-line]. [dostęp 2014-11-25].
  5. Żelbet. W: Słownik języka polskiego PWN [on-line]. [dostęp 2014-11-25].
  6. Marian Lutosławski 1914 ↓.
  7. Bogdan Klukowski 1998 ↓, s. 92.
  8. Kazimierz Dopierała 2005 ↓, s. 135.
  9. PN-B-03264:2002 – Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone – Obliczenia statyczne i projektowanie.
  10. EN 1992-1-1 – Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu, pkt. 7.3

Bibliografia[edytuj]

  • Bogdan Klukowski: Lutosławscy w kulturze polskiej. Drozdowo: Tow. Przyjaciół Muzeum Przyrody w Drozdowie, 1998. ISBN 8391059006.
  • Marian Lutosławski: Warunki techniczne do projektowania i wykonania robót żelbetowych w budownictwie szkieletowem miejskiem. Warszawa: 1914.
  • Kazimierz Dopierała: Encyklopedia polskiej emigracji i Polonii: P-S. T. 4. Oficyna Wydawnicza Kucharski, 2005. ISBN 8389376105.