Dlaczego konstrukcje żelbetowe nie są łatwe do poprawnego zaprojektowania i wykonania?
Niezależnie od tego, z jakiego materiału ma być wykonana konstrukcja domu jednorodzinnego, jej nośność musi być zaprojektowana z odpowiednim zapasem bezpieczeństwa. Tylko wtedy nie będzie ona stwarzać zagrożenia dla zdrowia i życia mieszkańców. Dotyczy to szczególnie – choć oczywiście nie tylko – stropu nad parterem, którego awaria budowlana mogłaby mieć tragiczne konsekwencje zarówno dla domowników znajdujących się na nim, jak i pod nim.
W Polsce dominują domy jednorodzinne z murowanymi ścianami oraz żelbetowymi stropami i schodami. Żelbetowe są w nich także podciągi, słupy oraz nadproża okienne i drzwiowe (Fot. 1). Duża popularność konstrukcji żelbetowych nie ma wpływu na to, że ich projektowanie i wykonywanie jest znacznie trudniejsze niż drewnianych czy stalowych.
Jest tak dlatego, że – w przeciwieństwie do stali i drewna – żelbet jest kompozytem, składającym się z betonu i prętów stalowych. Nic więc dziwnego, że nie tylko projektowanie, ale i wykonywanie z niego konstrukcji domów wymaga znacznej wiedzy oraz dużego doświadczenia. Ten problem w dużo mniejszym stopniu dotyczy konstrukcji stalowych i drewnianych, które są jednolite pod względem materiałowym.
Dodatkowym utrudnieniem jest to, że beton – choć sprawia wrażenie kruchego jak kamień – w rzeczywistości jest materiałem sprężysto-plastycznym. Z tego powodu na przykład ugięcia stropów żelbetowych – pod stałym obciążeniem – znacznie przyrastają w czasie, co może być powodem pękania wymurowanych na nich ścian działowych.
Zobacz: Czy beton jest rzeczywiście tak samo kruchy jak kamień?
Z drugiej strony sprężysto-plastyczne właściwości betonu mają też pozytywne konsekwencje. Dzięki nim konstrukcje żelbetowe – w momencie wyczerpania swojej nośności – nie niszczą się gwałtownie, lecz ulegają awarii powoli, sygnalizując ją wcześniej stopniowo narastającymi dużymi ugięciami lub powiększającym się zarysowaniem. Zaalarmowani tym mieszkańcy są więc w stanie bezpiecznie ewakuować się z domu, zanim elementy jego żelbetowej konstrukcji ulegną całkowitemu zniszczeniu.
Projektowanie konstrukcji żelbetowych
Już z tego wszystkiego widać, że poprawne zaprojektowanie żelbetowych elementów konstrukcyjnych nie jest łatwe. Wprawdzie teraz wykorzystuje się do tego celu programy obliczeniowe, ale to konstruktor określa ich obciążenia i schematy statyczne. Mogą więc zdarzać się pomyłki, choć trzeba przyznać, że w projektach konstrukcyjnych – nie tylko domów jednorodzinnych – nie są one zbyt częste.
Gdyby jednak na przykład kierownik budowy miał wątpliwości, czy wymiary lub zbrojenie którejś z żelbetowych belek nie są zbyt małe, warto, by inwestor powiedział o tym swojemu inspektorowi nadzoru albo projektantowi domu. Wprawdzie, gdyby w projekcie domu zdarzył się błąd, to odpowiada za niego konstruktor, który podpisał go swoimi uprawnieniami budowlanymi, zawsze jednak jest lepiej, jeśli uda się go w porę zauważyć i poprawić…
Wykonywanie konstrukcji żelbetowych
Zdecydowanie większe niż z projektowaniem bywają problemy z poprawnym wykonaniem konstrukcji żelbetowych. Przy czym nie dotyczy to jedynie najtrudniejszych do wykonania płytowych stropów monolitycznych. Na wielu budowach domów jednorodzinnych zdarzają się też kłopoty z wykonaniem prostych wieńców dachowych (Fot. 2).
Niektórym wykonawcom duże problemy sprawia także zmontowanie zgodnego z projektem zbrojenia belki, a następnie zabetonowanie jej w taki sposób, żeby jego dolne pręty nie były nawet częściowo odkryte. Będzie tak, jeśli podczas układania betonu dojdzie do jego rozfrakcjonowania i na dno deskowania dotrą jedynie grube ziarna kruszywa (Fot 3).
Tego typu błędy mają duży wpływ nie tylko na trwałość elementów żelbetowych, ale także na zmniejszenie ich nośności, spowodowane na przykład korozją zbrojenia. Trzeba bowiem pamiętać, że w konstrukcjach żelbetowych beton – oprócz współpracy ze stalą przy przenoszeniu obciążeń – ma między innymi chronić pręty zbrojeniowe przed korodowaniem, wytwarzając wokół całej ich powierzchni szczelną warstwę pasywną.
Zobacz: Do czego w konstrukcjach żelbetowych stal jest potrzebna betonowi, a beton – stali?
Jedną z zalet żelbetowej konstrukcji domu jest jej monolityczność, której nie da się w pełni zrealizować z innych materiałów budowlanych, na przykład ze stali lub drewna. Dzięki monolitycznemu połączeniu ze sobą słupów i belek w jeden szkielet żelbetowy, bryła budynku jest bardzo dobrze usztywniona. Dzięki temu jego ściany nie rysują się i nie pękają, na przykład z powodu nierównomiernego osiadania gruntu pod fundamentami.
Do osiągnięcia takiego stanu konieczne jest zachowanie ciągłości konstrukcji żelbetowej, a nie jest to łatwe, ponieważ nie da się wszystkich jej elementów zabetonować jednocześnie. Konieczny jest więc jej podział przerwami roboczymi w taki sposób, by monolityczność całej konstrukcji domu była możliwie jak największa, a jej robocze podziały nie obniżały jej nośności i sztywności.
Nie będzie tak, jeśli wykonawca nie „czuje” konstrukcji żelbetowych i na przykład wykonane przez niego połączenie narożnego słupa z belkami nadprożowymi i wieńcami stropowymi nie tworzy jednej, monolitycznej całości, a dodatkowo nie trzyma pionu (Fot. 4). Wtedy nie pozostaje mu nic innego, jak ukryć swoje nieudane „dzieło” pod ociepleniem ścian domu (Fot. 5).
Prawda jest bowiem taka, że monolityczność konstrukcji żelbetowych jest w stanie zapewnić jedynie wykonawca, który ma spore doświadczenie i wiedzę w zakresie ich realizacji. Przy czym jego profesjonalizm potrzebny jest podczas wszystkich etapów ich wykonywania – począwszy od ustawienia sztywnych i stabilnych deskowań, przez zgodny z projektem montaż szkieletów zbrojeniowych, po właściwe ułożenie i zagęszczenie mieszanki betonowej, a na końcu – staranną pielęgnację świeżego betonu przez pierwszych kilka dni jego twardnienia.
Zobacz: Dlaczego mieszankę betonową po ułożeniu w formie trzeba starannie zagęścić?
Dlatego dobrze, żeby osoba poszukująca wykonawcy do realizacji swojego domu, odwiedziła prowadzone przez niego budowy i oceniła jego umiejętności. Jeśli na przykład zobaczy, że ustawione przez niego deskowanie stropu monolitycznego jest nie tylko równe i poziome, ale nawet styki pomiędzy płytami szalunkowymi wypełnione są pianką montażową (Fot. 6), by nie wyciekał przez nie zaczyn cementowy, to jest to dobry prognostyk, że poradzi on sobie również z budową całego domu.
Dowodem na to może być także ułożenie zmontowanego zbrojenia stropu na plastikowych podkładkach dystansowych, oddzielających go od deskowania, dzięki którym wszystkie pręty będą miały właściwą grubość betonowej otuliny (Fot. 7).
Mieszanka betonowa tylko z pewnego cementu
Poprawne zaprojektowanie i wykonanie żelbetowych elementów konstrukcji domu jest warunkiem koniecznym, ale niewystarczającym do tego, by miała ona odpowiednią nośność, sztywność i trwałość. Muszą być one jeszcze wykonane z mieszanki betonowej, do której przygotowania użyto pewnego cementu, wyprodukowanego w cementowni.
Zastąpienie pewnego cementu, pochodzącego z cementowni, mieszankami cementowo-popiołowymi, niespełniającymi wymagań normy cementowej, stanowi dla konstrukcji żelbetowych duże zagrożenie. Wykonany z nich beton może po prostu nie mieć wystarczającej wytrzymałości i trwałości. W dodatku znajdujące się często w takich mieszankach niespalone cząstki węgla lub drewna, mogą powodować nie tylko korozję prętów zbrojeniowych, ale i samego betonu, który nie jest odporny na działanie kwasów organicznych.
Zobacz: Dlaczego do budowy domu należy używać tylko pewnego cementu?
Na szczęście teraz nawet na budowach małych domów używa się betonu towarowego, przywiezionego betonowozami z profesjonalnej wytwórni i podawanego na deskowanie za pomocą pompy. Przede wszystkim jego jakość jest zdecydowanie lepsza niż mieszanek betonowych, „wykręconych” na placu budowy w betoniarce ze żwiru, piasku, cementu i wody.
Ważne też, że – po policzeniu wszystkich kosztów – beton towarowy jest tańszy od przygotowywanego na budowie. Do tego jego użycie bardzo przyspiesza wykonanie żelbetowych elementów konstrukcji domu, co też daje się przeliczyć na korzyści finansowe.
WIĘCEJ NA TEN TEMAT
Dlaczego przed zakupem cementu warto uważnie sprawdzić napisy na workach?
Jakie oznaczenia powinny mieć worki z cementem?
Jak zapewnić właściwą otulinę prętom zbrojeniowym?
Jak zrobić dobry beton w warunkach małej budowy?
Jak na placu budowy przechowywać składniki do zrobienia betonu?
Jak dozować składniki betonu przygotowywanego na budowie?
Dlaczego w elementach betonowych nie powinno być „raków”?
Dlaczego konstrukcje z betonu – bardziej niż z innych materiałów – są odporne na ogień?
Dlaczego betonowe elementy domu mają duży wpływ na jego energooszczędność?