Οπλισμός σκυροδέματος – Σίδηρος μπετόν

Σίδηρος: Το χημικό του σύμβολο (Fe) προέρχεται από την λατινική λέξη Ferrum, και είναι το τέταρτο σε αφθονία μέταλλο της γης, κατ’ όγκο (το πρώτο είναι το αργίλιο – δηλ. αλουμίνιο). Σαν μάζα, αποτελεί περίπου το 1/3 της συνολικής μάζας της γης. Οι ειδικοί εκτιμούν δε, ότι ο σίδηρος είναι το 6ο σε αφθονία στοιχείο στο σύμπαν.

Το άτομό του, με 26 πρωτόνια στον πυρήνα και ισάριθμα ηλεκτρόνια σε 4 πολύ απομακρυσμένες στιβάδες, αποτελεί το οικονομικότερο υλικό με την εξαιρετικά ισχυρή συνοχή που απαιτεί ένα τεράστιο πλήθος εφαρμογών, ανάμεσα στις οποίες και ο οπλισμός σκυροδέματος.Την ίδια στιγμή ο σίδηρος είναι απαραίτητο συστατικό του αίματος για την μεταφορά οξυγόνου. Το όνομά του υλικού είναι εφάμιλλο με τη σκληρότητα και την αντοχή. Ο σίδηρος με ελάχιστες προσμείξεις και σχετικά οικονομική επεξεργασία, μετατρέπεται σε χάλυβα (ή ατσάλι) προσφέροντάς μας το απαραίτητο πρόσθετο για να μετατρέψουμε το σκυρόδεμα σε χρήσιμο υλικό για την κατασκευή του σκελετού. Το σκυρόδεμα (μπετόν), με λιγότερο από 1/20 της δύναμης του χάλυβα σε θλίψη, στις περισσότερες περιπτώσεις επαρκεί για τις ανάγκες του σκελετού μιας οικοδομής σε θλιπτικά φορτία. Η αντοχή –ωστόσο- του σκυροδέματος σε εφελκυσμό, είναι τόσο μικρή, που για τις ανάγκες του φέροντος οργανισμού μιας οικοδομής θα πρέπει να θεωρηθεί μηδαμινή. Η όλη εικόνα αλλάζει άρδην όταν οπλίσουμε το σκυρόδεμα με ράβδους από χάλυβα. Τα δύο υλικά έχουν αξιοθαύμαστη συμβατότητα: α. διαστέλλονται και συστέλλονται με τον ίδιο περίπου ρυθμό στις αλλαγές της θερμοκρασίας, β. η αλκαλική σύνθεση του μπετού βοηθάει στην προστασία του χάλυβα από την οξείδωση (σκουριά) και γ. το μπετό προσκολλάται αρκετά δυνατά πάνω στις χαλύβδινες ράβδους που χρησιμοποιούμε για να το οπλίσουμε. Έτσι προσθέτουμε συνήθως χαλύβδινες ράβδους στο σκυρόδεμα ώστε να ενισχύσουμε τα σημεία όπου υπάρχουν εφελκυστικές δυνάμεις: στην περιφέρεια μιας κολώνας και ενός δοκαριού, στο κάτω μέρος μιας πλάκας και στο πάνω μέρος ενός προβόλου (μπαλκονιού). Το αποτέλεσμα του συνδυασμού των δύο υλικών είναι αρκετά καλό σε αμφότερες θλιπτικές και εφελκυστικές δυνάμεις. Μπορεί τώρα να μην αποφασίζαμε να φτιάξουμε ένα αυτοκίνητο ή ένα πλοίο από οπλισμένο σκυρόδεμα, αλλά μία από τις πρώτες χρήσεις οπλισμένου σκυροδέματος έγινε περίπου στα μέσα του 19ου αιώνα όταν ο Γάλλος Joseph Lambot, εφηύρε αυτή τη μέθοδο για την κατασκευή πλοιαρίων.

Ο οικοδομικός σίδηρος έχει πολύ ευμετάβλητη τιμή γιατί η πρώτη ύλη του (ο χάλυβας) είναι χρηματιστηριακό είδος και πουλιέται από τους προμηθευτές σε τέσσερις κυρίως μορφές, οι οποίες τιμολογούνται και διαφορετικά:

α. ράβδοι STAHL, μεγάλου μήκους με νευρώσεις στην επιφάνειά τους. Συχνά αποκαλούνται μπετόβεργες, σιδερόβεργες ή κολωνοσίδερα, γιατί κατά κύριο λόγο απαρτίζουν τον οπλισμό μιας κατασκευής. Να περιμένετε ότι περισσότερο από 50% του συνολικού βάρους του οπλισμού μιας κατασκευής θα αποτελείται από τέτοια σίδερα. Τοποθετούνται στην περιφέρεια των κολωνών, στο πάνω και το κάτω μέρος των δοκών (αλλά συχνά και στις παρειές), αλλά και σταυρωτά (διαμήκως και εγκαρσίως) σε όλες τις επίπεδες επιφάνειες (πλάκες, τοιχεία), σχηματίζοντας αυτό που λέμε σχάρα, συχνά δε σε δύο επίπεδα σχηματίζοντας έτσι διπλή σχάρα. Υπάρχουν σε διατομές διαμέτρου (Φ) από 0,8 έως 2,5 εκ. (ανά δύο χιλιοστά). Σημειώνουμε ότι η διάμετρος είναι καθαρή, δηλαδή μετριέται στο εσωτερικό των νευρώσεων κι όχι στο εξωτερικό τους. Το ίδιο ισχύει και για τους μανδύες παρακάτω. Το βάρος τους ανά μέτρο μήκους δίνεται από τον πίνακα δίπλα:

β. μανδύες (επίσης αποκαλούνται πλέγματα κολωνών ή τσέρκια). Είναι ακριβότερα από τις απλές ράβδους STAHL. Κόβονται από επίπεδα πλέγματα τυποποιημένων διαστάσεων και διπλώνονται (διαμορφώνονται) στην μάντρα. Ακολούθως τοποθετούνται στην περιφέρεια της διατομής μιας κολώνες ή μιας δοκού, εξωτερικά από τα κολωνοσίδερα, τυλίγοντάς τα μ’ αυτό τον τρόπο. Έτσι δεν επιτρέπουν στην κολώνα ν’ ανοίξει στην περίπτωση σεισμού. Οι μανδύες αποτελούνται από μπετόβεργες STAHLτοποθετημένες παράλληλα και συνδεδεμένες σ’ αυτή τη διάταξη με εγκάρσια λεπτά σιδεράκια πάχους 3 ή 4 χιλιοστών ηλεκτροκολλημένα πάνω σ’ αυτές. Υπάρχουν άμεσα διαθέσιμοι μανδύες μόνο σε Φ8, Φ10 και Φ12, και μόνο ανά 10 εκ.. Σε άλλα μεγέθη (διαφορετικές διατομές ή/και πυκνότητες) θα πρέπει να παραγγελθούν στο εργοστάσιο, κάτι που σημαίνει σημαντική καθυστέρηση στο έργο. Αν η στατική μελέτη προβλέπει μανδύες Φ8/12, τότε αντί να προσπαθήσουμε να βρούμε ένα εργοστάσιο που θα δεχτεί να φτιάξει τέτοιους μανδύες για την ποσότητα που χρειαζόμαστε θα πρέπει μάλλον, να τοποθετηθούν μανδύες Φ8/10. Αυτό με τη σειρά του σημαίνει ότι βάζουμε περίπου 20% περισσότερο οπλισμό στους μανδύες (από ότι προβλέπει το σχέδιο). 30 με 50% του συνολικού βάρους του οπλισμού μιας συμβατικής κατασκευής θα αποτελείται από μανδύες.

γ. Δομικά πλέγματα: Αποτελούνται από λεπτές μπετόβεργες διατομής 4 έως 6 χιλιοστών, ηλεκτροκολλημένων μεταξύ τους σε ορθογωνική διάταξη (καρέ). Τα ορθογώνια που σχηματίζονται είναι διαστάσεων από 10 έως και 25 εκ.. Τα πλέγματα έχουν συνήθως διαστάσεις 2 επί 5 μ.. Χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση πλακών που ακουμπούν στο έδαφος και δεν έχουν μεγάλες απαιτήσεις για οπλισμό. Συχνά αυτές τις πλάκες τις λέμε γκρό μπετό, γιατί είναι σχεδόν (αλλά όχι ακριβώς) άοπλο. Τις περισσότερες φορές τέτοιο είναι το δάπεδο του υπογείου μας, ή ένας διάδρομος από μπετό στον κήπο μας. Σε σημεία που μπορεί να έχουν αυξημένες φορτίσεις μπορεί να τοποθετηθούν διπλά πλέγματα.

δ. κοινό σίδερο: μπετόβεργες χωρίς τις νευρώσεις που έχει το STAHL. Χρησιμοποιούνται μόνο σε βοηθητικές εργασίες του καλουπώματος (π.χ. φουρκέτες) και αποτελούν ένα ελάχιστο μέρος της συνολικής απαιτούμενης ποσότητας οπλισμού.

Πόσος χάλυβας περίπου αναλογεί ανά κυβικό μέτρο μπετού?Ανάλογα και με τις αντισεισμικές απαιτήσεις της κατασκευής μπορούμε να περιμένουμε ότι θα έχουμε από 80 μέχρι 140 κιλά χάλυβα ανά κυβικό. Οι πλάκες και τα τοιχεία έχουν συνήθως λιγότερα κιλά, ενώ οι κολώνες και τα δοκάρια έχουν πολύ περισσότερο. Σε κάθε περίπτωση στο τέλος του έργου δεν θα πρέπει να περισσεύουν πολλά σίδερα, αλλά στις ενδιάμεσες φάσεις καλά είναι να έρχεται και κανένα σίδερο παραπάνω που θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί μετά.

Μπορεί να προμετρηθεί με ακρίβεια? Όχι. Ο υπολογιστής που τρέχει τη στατική μελέτη της κατασκευής παράγει τις ποσότητες του χρησιμοποιούμενου χάλυβα, αλλά αυτή η εκτίμηση δεν περιέχει τις φύρες που θα υπάρξουν, ή τις αναμονές που θα πρέπει να αφεθούν.

Οι αναμονές: προεκτάσεις των κολωνοσίδερων πάνω από το ύψος της επόμενης σκυροδέτησης ώστε να συνδεθούν με την μεθεπόμενη σκυροδέτηση. Το ύψος των αναμονών θα πρέπει να προβλεφθεί επαρκές. Συνήθως σκυροδετούμε τις κολώνες του ενός επιπέδου, ακολούθως την πλάκα και μετά τις κολώνες του επόμενου επιπέδου. Σ’ αυτή την περίπτωση θα πρέπει οι αναμονές των πρώτων κολωνών να είναι αρκετές για την σύνδεση με τις κολώνες του δεύτερου επιπέδου. Το μήκος των αναμονών θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 70Φ, δηλ. 70 φορές το διαμέτρημα του χάλυβα. Μετά από κάθε σκυροδέτηση οι αναμονές θα πρέπει να καθαρίζονται, ώστε να επιτρέπεται στο μπετό της επόμενης σκυροδέτησης να δέσει καλά τον οπλισμό.

Τσέρκια: πρέπει να έχουν τις απολήξεις τους διπλωμένες στις 45 μοίρες,

και τα κολωνοσίδερα που προβλέπεται να είναι στις γωνίες των απολήξεων θα πρέπει να είναι πάντα στο εσωτερικό των γωνιών κι όχι εξωτερικά. Η φωτογραφία παραπάνω δείχνει έναν μανδύα με τις απολήξεις των τσερκιών σωστά γυρισμένες, ενώ η παρακάτω φωτο, δείχνει ένα ανεπαρκές

γύρισμα της απόληξης του τσερκιού που θα πρέπει να αποφεύγεται.