Żelbet

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

Żelbet (żelazobeton, żelbeton[a]) – kompozyt strukturalny[4] składający się przede wszystkim z betonu, który został uformowany w element konstrukcyjny lub cały obiekt wraz ze wzmocnieniem w postaci prętów zbrojeniowych lub innym materiałem stalowym zwanym po prostu wkładką stalową[4] nazywany wynalazkiem XIX wieku[5].

Tak wykonane połączenie tych dwóch materiałów jest powszechnie stosowane w budownictwie oraz 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 kompozytowym.

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 i wiaduktów.

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 układa się w deskowaniu (szalunku) na miejscu wbudowania elementu (na budowie) lub 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 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 żelbetonu 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 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, co pozwala pracować prętom stalowym;
  • 3 faza to faza zniszczenia elementu, kiedy obciążenie przekracza wytrzymałość.

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.

Uwagi

  1. Słowo „żelbeton” obecne jest w Słowniku języka polskiego PWN z lat 1958–1969 pod red. W. Doroszewskiego[1]. Współczesny Słownik języka polskiego PWN nie wyszczególnia takiego określenia, a jedynie „żelazobeton”[2] i „żelbet”[3].

Przypisy[edytuj]

  1. Witold Doroszewski (red.): Żelbeton. W: Słownik języka polskiego PWN [on-line]. 1958–1969. [dostęp 2014-11-25].
  2. Żelazobeton. W: Słownik języka polskiego PWN [on-line]. [dostęp 2014-11-25].
  3. Żelbet. W: Słownik języka polskiego PWN [on-line]. [dostęp 2014-11-25].
  4. a b Rodzaje kompozytów. [dostęp 2015-08-28].
  5. Jerzy S. Majewski: Żelbet – odkrycie XIX wieku. W: artykuł wydawnictwa MURATOR [on-line]. 2007–05-16. [dostęp 2015-08-28].
  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.