EN
Cum sunt definite dimensiunile armăturii: standarde, notație și dimensiuni cheie
Decodificarea sistemului #X și echivalențele metrice (6 mm–57 mm)
Dimensiunile armăturii respectă convenții standardizate de numerotare, unde designația #X corespunde diametrului exprimat în optimi de inch. De exemplu, armătura #3 are diametrul de 3/8 inch (9,5 mm), iar armătura #8 are diametrul de 1 inch (25,4 mm). Acest sistem acoperă dimensiunile #3 (6 mm) până la #18 (57 mm), iar echivalențele metrice permit coordonarea proiectelor la nivel global. Principalele conversii între sistemul imperial și cel metric includ:
- #4: 12,7 mm
- #5: 15,9 mm
- #9: 28,7 mm
- #11: 35,8 mm
Consistența diametrului asigură o distribuție uniformă a încărcărilor pe structurile de beton. Inginerii se bazează pe aceste dimensiuni standardizate—codificate inițial în ASTM A615—pentru a alinia configurațiile de armare cu normele internaționale de construcții, cum ar fi ACI 318 și ISO 6935.
Clasele ASTM A615/A706 și motivul pentru care diametrul singur nu determină rezistența
ASTM stabilește regulile privind rezistența necesară armăturii, în principal prin standardele sale, cum ar fi A615 pentru oțelul obișnuit din carbon și A706 pentru oțelurile cu aliaje joase sudabile. La evaluarea capacității de rezistență a unei bare, diametrul are, desigur, un rol, dar ceea ce contează, de fapt, este clasa rezistenței la curgere. De exemplu, clasa 60 rezistă la aproximativ 60.000 de lire pe inch pătrat (psi) sau la circa 414 megapascali (MPa). Clasa 80 atinge valori și mai mari, de aproximativ 80.000 psi sau 552 MPa. Interesant este faptul că două bare de aceeași grosime exactă, dar de clase diferite, pot prezenta o diferență de până la o treime în ceea ce privește rezistența la rupere. De asemenea, materialele reale utilizate fac întreaga diferență. În cazul oțelului A706, compoziția chimică este supusă unui control special, ceea ce îmbunătățește, de fapt, capacitatea de deformare plastică înainte de rupere și comportamentul în timpul cutremurelor, păstrând totuși dimensiunile exacte cerute. Pentru oricine este implicat în proiectarea structurilor, verificarea atât a măsurătorilor fizice, cât și a caracteristicilor metalurgice devine esențială. Și nu uitați să solicitați întotdeauna rapoartele de testare de la laminor, conform secțiunii 11 din standardul ASTM A615, atunci când verificați specificațiile.
Potrivirea dimensiunilor armăturilor cu aplicațiile structurale
Selectarea dimensiunii optime a armăturilor previne defectele costisitoare, în timp ce respectă normele de construcții și criteriile de performanță inginerescă. Diametrele mai mici sunt potrivite pentru încărcări mai ușoare și secțiuni mai subțiri; elementele mai masive necesită o armare robustă pentru a transfera eficient forțele de întindere și pentru a menține funcționalitatea sub încărcări continue.
Fundamente și plăci: optimizarea controlului fisurilor cu armături #2–#4 (6–13 mm)
Pentru elementele orizontale de construcție, cum ar fi plăcile pe teren și sistemele de fundații puțin adânci, constructorii utilizează în general armături cu diametre cuprinse între #2 și #4 (aproximativ 6–13 mm), în principal pentru a controla fisurile datorate contracției și problemelor legate de temperatură. La lucrul cu secțiuni subțiri de beton, aceste bare de diametru mai mic, așezate la distanțe de aproximativ 30–45 cm, contribuie la armarea uniformă a betonului, fără a crea puncte de concentrare a eforturilor care ar putea duce ulterior la probleme. Conform secțiunii 7.12 din cea mai recentă ediție a normativului ACI 318, utilizarea armăturilor #4 (cu diametrul de aproximativ 12,7 mm), dispuse la o distanță de doar 30 cm, reduce lățimea fisurilor cu peste jumătate în aplicațiile tipice de plăci rezidențiale, comparativ cu plăcile nearmate sau cele cu conținut insuficient de oțel. Utilizarea unor armături prea groase determină costuri suplimentare, complică turnarea betonului și crește riscul unei înglobări necorespunzătoare în amestec. Pe de altă parte, utilizarea unor armături prea subțiri face ca armătura să nu poată rezista fisurilor inițiale care apar în timpul întăririi, ceea ce afectează, în final, atât durabilitatea structurii, cât și aspectul estetic al acesteia.
Colțuri, grinzi și elemente portante: Când armătura #5–#11 (16–36 mm) asigură integritatea structurală
Elementele verticale și cele de încovoiere, cum ar fi stâlpii, grinzile și grinzile de transfer, necesită armături cu diametre cuprinse între #5 și #11 (aproximativ 16–36 mm) pentru a rezista tuturor tipurilor de eforturi la care sunt supuse simultan — compresiune, întindere și forțe tăietoare. În cazul barelor cu diametru mai mare, se observă o creștere semnificativă a capacității lor de rezistență. De exemplu, o bară #8 (adică 25,4 mm) suportă aproximativ cu 50 % mai multă încărcare decât o bară mai mică, de tip #5, din aceeași clasă de oțel, conform specificațiilor AASHTO LRFD, ediția a 10-a. Situația devine și mai specifică în contextul cerințelor seismice. În zonele cu risc ridicat de cutremur, normele de construcții impun utilizarea unor bare de cel puțin #7 (aproximativ 22,2 mm) în zonele de articulație plastică ale stâlpilor, astfel încât aceștia să se deformeze fără a ceda. Grinzile de transfer folosesc, de obicei, mai multe bare #11 (fiecare având 35,8 mm) grupate împreună pentru a rezista atât greutății verticale, cât și forțelor laterale. În final, inginerii calculează cantitatea de oțel necesară în beton pe baza raporturilor de arie. Majoritatea ghidurilor recomandă menținerea procentului de armare peste 1 % în secțiunile importante, conform Capitolului 10 din ACI 318-19.
Factori ingineresci critici care dictează selecția dimensiunii armăturii
Cerințe de încărcare, rezistența betonului și raportul dintre aria oțelului și cea a betonului
Cantitatea de încărcare structurală determină forța de întindere pe care oțelul beton trebuie să o suporte. Atunci când există încărcări moarte mai mari, cum ar fi sisteme mecanice voluminoase sau materiale groase pentru finisarea podelelor, precum și încărcări utile dinamice provenite, de exemplu, din garaje sau zone de adunare masive, inginerii specifică, în mod obișnuit, bare cu diametru mai mare. De exemplu, clădirile înalte necesită adesea bare #11 (aproximativ 35,8 mm) în stâlpii centrali, în timp ce fundațiile simple pot funcționa corespunzător chiar și cu bare #3 (aproximativ 9,5 mm). Un aspect interesant este faptul că betonul mai rezistent permite utilizarea unei cantități mai mici de oțel. Betonul de înaltă rezistență, cu o rezistență la compresiune de aproximativ 5.000 psi (35 MPa), permite proiectanților reducerea cerințelor de oțel cu aproape 20 % comparativ cu amestecurile obișnuite de 3.000 psi (21 MPa), cu condiția ca, în prealabil, să se verifice rezistența la aderență și lungimile de ancorare. Raportul dintre aria secțiunii de oțel și aria secțiunii de beton (rho) joacă un rol esențial în asigurarea atât a siguranței, cât și a eficienței economice a structurilor. Formula este următoarea: rho = As / (b × d), unde As reprezintă aria totală a oțelului întins, b este lățimea elementului structural, iar d este înălțimea utilă. Dacă acest raport depășește valoarea maximă admisă, betonul s-ar putea distruge înainte ca oțelul să înceapă să cedeze. Pe de altă parte, un raport sub valorile minime impuse ar putea duce la cedări neașteptate sub acțiunea eforturilor de întindere. Majoritatea proiectelor vizează un raport cuprins între 1 % pentru structuri simple, fără cerințe speciale, și până la 3–4 % pentru clădiri situate în zone seismice sau în locuri cu riscuri severe de coroziune, conform tabelului 10.3.1 din standardul ACI 318-19.
Restricții privind spațierea, norme seismice și considerente legate de dimensionarea rezistentă la coroziune
Când se lucrează cu limitări fizice, cum ar fi spații înguste pentru cofraj, dispuneri aglomerate de bare de armare sau numeroase perforații ale instalațiilor MEP care trec prin structură, alegerea diametrului barelor este determinată în mod frecvent de aceste constrângeri, nu doar de cerințele de rezistență. De aceea, mulți ingineri optează pentru bare de diametru mai mic, de obicei #4 sau #5, plasate la distanțe mai mici între ele, în loc să utilizeze bare de diametru mai mare, care pot chiar împiedica o consolidare corespunzătoare a betonului în timpul turnării. În ceea ce privește considerentele seismice, situația devine și mai specifică. Conform Capitolului 18 din ACI 318-19, nodurile grinda-stâlp necesită cel puțin bare #6 atunci când etrierii sunt distanțați la patru inch (101,6 mm) sau mai puțin. În plus, zonele de articulație plastică — unde structura se îndoaie sub acțiunea eforturilor — trebuie să fie armate cu o rezistență de armare de 1,25 ori mai mare decât cerința normală de rezistență, pentru a suporta toate aceste deformații fără a ceda. Mediile marine sau zonele în care drumurile sunt sărate în timpul iernii impun, de asemenea, utilizarea unor bare de diametru mai mare. În practică, executanții specifică adesea bare #8 (cu diametrul de 25,4 mm), în locul barelor standard #6 (19,1 mm), deoarece știu că armătura de oțel va pierde aproximativ jumătate de milimetru anual din cauza coroziunii pe întreaga durată de viață a clădirii. Deși barele de armare cu înveliș epoxidic sau din oțel inoxidabil își păstrează dimensiunile inițiale intacte, acestea nu aderă la beton la fel de bine ca și cele din oțel carbon obișnuit. Prin urmare, specificațiile trebuie ajustate atât pentru distanța dintre bare, cât și pentru lungimea de ancorare în reazeme, conform prevederilor din Capitolul 25 al ACI 318-19 și ale standardelor ASTM A775/A934.