Dlaczego w elementach żelbetowych pręty zbrojeniowe muszą być właściwie zakotwione w betonie?
W konstrukcjach żelbetowych pręty stalowe przenoszą przede wszystkim naprężenia rozciągające w tych miejscach, w których beton sam by sobie z nimi nie poradził. Żeby jednak tak było, pręty stalowe muszą być solidnie zakotwione w betonie.
Dotyczy to oczywiście przede wszystkim tych miejsc elementów żelbetowych, w których zbrojenie jest rozciągane, a więc niezbędne do zapewnienia im odpowiedniej nośności. Takich rygorystycznych wymagań w zakresie kotwienia nie ma na przykład w stosunku do prętów stalowych, które są potrzebne w elementach żelbetowych jedynie w celach montażowych, przy formowaniu szkieletów zbrojeniowych.
PRZYCZEPNOŚĆ BETONU I STALI
Kotwienie prętów stalowych w betonie jest możliwe dzięki ich wzajemnej przyczepności. Jest ona wynikiem wzajemnego mechanicznego zazębiania się powierzchni betonu i stali w miejscu ich styku, adhezji, czyli przyciągania międzycząsteczkowego, oraz chemicznego związania obu materiałów.
Ich przyczepność zwiększa się wraz z klasą i wiekiem betonu. Poprawia ją też zagęszczanie mieszanki betonowej przez wibrowanie. Na przyczepność korzystny wpływ ma również skurcz betonu, bo powoduje, że zaciska się on wokół prętów, dodatkowo zwiększając siły tarcia.
Fot. 1 – W konstrukcjach żelbetowych stosuje się dwa rodzaje prętów: gładkie, wykonane ze stali miękkiej, oraz żebrowane, o większej wytrzymałości niż te pierwsze, wyprodukowane ze stali twardej
RODZAJ PRĘTÓW ZBROJENIOWYCH
Przyczepność stali do betonu zależy też od rodzaju prętów (Fot. 1). Przy żebrowanych, wykonanych ze stali twardej, jest ona nawet 1,5 raza większa niż prętów gładkich, zrobionych ze stali miękkiej. Z tego powodu – dla poprawienia kotwienia prętów gładkich w betonie – na ich końcach wykonuje się różnego kształtu haki, z których najskuteczniejszy jest zwykły (Rys. 1). Przy zastosowaniu haków prostych należy zwiększyć grubość otuliny betonowej, jeśli końce prętów dochodzą do skrajnych powierzchni elementów żelbetowych.
A tak na marginesie: w prętach żebrowanych – ze względu na twardość stali, z których są wykonane – nie da się na końcach zrobić haków i dlatego są one w procesie produkcji… żebrowane.
Rys. 1 – Dla lepszego zakotwienia prętów gładkich w betonie, na ich końcach wykonuje się haki o różnym kształcie, z których najskuteczniejszy jest hak pełny, nazywany zwykłym
Rys. 2 – Długość zakotwienia pręta powinna być co najmniej taka, by nie można go było wyrwać z betonu, zanim naprężenia w nim nie przekroczą wytrzymałości stali na rozciąganie
DŁUGOŚĆ ZAKOTWIENIA
Pręt zbrojeniowy jest zakotwiony na wystarczającą długość, jeśli podczas jego wyciągania z betonu z coraz większą siłą zostanie w końcu urwany z powodu przekroczenia wytrzymałości stali na rozciąganie (Rys. 2). Zakotwienie nie było natomiast odpowiednie, jeśli pręt udało się wyrwać z elementu z pokruszonymi fragmentami betonu, a on sam nie uległ zniszczeniu.
Zasady rozmieszczania i kotwienia prętów zbrojeniowych w różnych elementach żelbetowych wraz z określeniem minimalnych długości zakotwień podane są w przepisach normowych, których muszą przestrzegać projektanci, opracowujący projekt konstrukcji budynku. Jeśli więc tylko dom jest budowany zgodnie z dokumentacją projektową, nie należy się raczej obawiać problemów, spowodowanych niewystarczającym lub niewłaściwym zakotwieniem prętów zbrojeniowych w elementach żelbetowych.
Uwaga! Podane w normach minimalne długości zakotwienia prętów w betonie dotyczą jedynie elementów żelbetowych, które wykonano z mieszanek betonowych, przygotowanych z pewnego cementu, wyprodukowanego w cementowni. Jeśli do zrobienia betonu użyto różnego rodzaju mieszanek cementowo-popiołowych z mieszalni, to nie da się określić stopnia jego przyczepności do stali. Do tego w takich niepełnowartościowych mieszankach mogą być niespalone części organiczne, których obecność w betonie może powodować korozję prętów stalowych. Oznacza to – oprócz miejscowej utraty przyczepności – zmniejszanie się przekroju zbrojenia, a w konsekwencji obniżenie nośności całej konstrukcji, a nawet jej awarii.
KOTWIENIE PRĘTÓW W MIEJSCACH SZCZEGÓLNYCH
Konstrukcyjne elementy żelbetowe mają duże znaczenie dla bezpieczeństwa domu i dlatego zastosowane w nich zbrojenie powinno być wykonywane zgodnie z projektem. Dotyczy to nie tylko liczby, średnicy, kształtu i rozmieszczenia prętów zbrojeniowych, ale także ich właściwego zakotwienia w betonie.
Są jednak takie – wykonane z betonu – elementy w budynku, w których o odpowiednim zakotwieniu prętów decyduje wykonawca. To zatem od jego wiedzy na temat konstrukcji żelbetowych zależy, czy zrobi to dobrze, czy źle. Niestety na budowach domów jednorodzinnych bywa z tym różnie.
Takimi elementami są na przykład ławy fundamentowe, a dokładniej ich naroża (Fot. 2) oraz skrzyżowania typu T, czyli miejsca, w których ławy pod ścianami zewnętrznymi stykają się z tymi, które są pod wewnętrznymi. Bardzo często w tych miejscach pręty – zwłaszcza te od strony środka domu – zakotwione są w sposób niewłaściwy lub niewystarczający.
Fot. 2 – Pręty zbrojenia podłużnego ław fundamentowych są w ich narożach zakotwione zwykle źle lub zbyt słabo.
Fot. 3 – Również w narożach wieńców stropowych ich zbrojenie jest bardzo często kotwione w sposób niewłaściwy.
To samo dotyczy wieńców stropowych (Fot. 3), dla których w projekcie budowlanym określa się co najwyżej średnicę i liczbę prętów, które należy dać górą i dołem.
Dość typowym błędem jest niewłaściwy sposób kotwienia prętów, znajdujących się od wewnętrznej strony tych elementów (Rys. 3). Wygięcie ich końców i wzajemne połączenie drutem wiązałkowym sprawdza się jedynie dla prętów zewnętrznych.
Gdyby w którymś momencie doszło do rozciągania prętów od strony wnętrza budynku, to najpewniej skończyłoby się wyrwaniem ich z betonu. Dotyczy to szczególnie ław fundamentowych, ale także wieńców stropowych, okalających częściowo prefabrykowane stropy gęstożebrowe.
Rys. 3 – Jeśli wygięte końce wewnętrznych prętów zbrojeniowych zostaną połączone ze sobą jedynie drutem, to – zwłaszcza w ławach – łatwo będzie je wyrwać z betonu.
Rys. 4 – W narożach ław fundamentowych i wieńców stropowych wygięte końce wewnętrznych prętów zbrojenia podłużnego dobrze jest zawsze doprowadzić do zewnętrznych.
Przed takimi uszkodzeniami nie uchroniłyby ich także – podtrzymujące szkielet zbrojeniowy – strzemiona, które wykonane są z prętów o niewielkiej średnicy. W skrajnych sytuacjach mogłoby się to skończyć pęknięciami ścian domu, przed którymi zarówno ławy fundamentowe, jak i wieńce stropowe mają za zadanie je chronić.
By więc nie dochodziło do takiego pękania ław i wieńców w narożach, powinno się pręty wewnętrzne z wygiętymi końcami doprowadzić aż od prętów zewnętrznych (Rys. 4).
WIĘCEJ NA TEN TEMAT:
Jakiego cementu najlepiej użyć na budowie domu?
Do czego w konstrukcjach żelbetowych stal jest potrzebna betonowi, a beton – stali?
Dlaczego fundamenty domu warto wykonać ze szczelnego betonu?